Общество с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Уфа» имеет опыт применения беспилотных летательных аппаратов для мониторинга выполнения работ на объектах линейной части магистральных газопроводов, в частности при проведении капитального ремонта, на предмет выявления соответствия объемов выполненных работ заявленным. Опробованы методы мониторинга за ходом выполнения работ по капитальному ремонту, соответствием этапов выполнения работ, контролем за площадкой производства работ, складированием материалов, расстановкой техники, организацией переездов, полос отвода, вырубкой древесно-кустарниковой растительности и выполнением земляных работ с помощью беспилотных летательных аппаратов.
На основании полученных результатов продолжается работа по развитию в этом перспективном направлении, как в части использования новых летательных аппаратов, так и применения навесного оборудования.
В качестве альтернативы ранее применяемому беспилотному комплексу Superscam-450 («летающее крыло»), представленному на рисунке 1, были опробованы беспилотные аппараты вертолетного типа, преимуществами которых являются компактность, уменьшенная на 30 % масса, простота запуска (развертывание в течение 15 минут, отсутствие необходимости в катапульте, отсутствие требований к взлетной площадке), простота управления (автоматический взлет и посадка). Данные беспилотные летательные аппараты вертолетного типа не сложны в применении и не требуют отдельных специальных навыков (достаточно пройти образовательные курсы в объеме 12 часов), поэтому их возможно эксплуатировать собственным персоналом Общества, что снизит зависимость Общества от привлечения на возмездной основе сторонних подрядных организаций.
В 2021 году Обществом апробирован беспилотный комплекс вертолетного типа Supercam X6M2 российского производства, производитель – группа компаний «Беспилотные системы». Беспилотный комплекс вертолетного типа Supercam X6M2, представленный на рисунках 2 и 3, имеет навесное оборудование (подвесная фотовидеокамера, GNSS-модуль) и наземный GNSS-приемник JAVADTriumph-1. Одним из аргументов применения данной технологии послужил вопрос о возможности импортозамещения с использованием минимального количества импортного оборудования. Применялось оборудование основного производства и сборки на территории Российской Федерации (кроме фото- и видеоаппаратуры) с использованием собственного программного обеспечения (летный навигатор).
Преимуществом данной беспилотной технологии является возможность определения напряженно-деформированного состояния газопроводов методом фотограмметрии путем создания трехмерных моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов.
Одним из актуальных вопросов безопасной эксплуатации магистральных газопроводов ПАО «Газпром» является оценка напряженно-деформированного состояния на участках упругопластического изгиба. Влияние геодинамических процессов со временем может привести к изменению пространственного положения трубопровода, в результате фактические нагрузки, действующие на трубопровод, могут значительно превысить нагрузки, заложенные в нормативный расчет при проектировании.
В настоящее время оценка напряженно-деформированного состояния потенциально опасного участка осуществляется на основе инструментальных измерений пространственного положения оси трубопровода. В рамках проработки вариантов использования беспилотников на объектах Общества была проведена апробация способа, позволяющего на вскрытом газопроводе выявлять участки с ненормативным уровнем напряженно-деформированного состояния, проверять соответствие уложенного участка газопровода проектному положению, фактические координаты участка газопровода, протяженность участка и его продольный профиль на одном из объектов Общества. В основе данного способа заложено использование высокоточных 3D-моделей с геодезической привязкой, построенных на базе данных, полученных с беспилотного летательного аппарата.
Для проверки достоверности способа в качестве эталона была использована методика измерения радиуса упругого изгиба участка магистрального газопровода, основанная на данных, полученных в результате физических замеров пространственного положения оси газопровода.
Далее была проведена съемка этого же участка с использованием беспилотного летательного аппарата Supercam X6M2 с GNSS-приемником JAVAD Triumph-1. По результатам съемки были построены 3D-модель, цифровая модель рельефа и продольный профиль участка газопровода. Цифровая модель рельефа представляет собой средство цифрового отображения трехмерных пространственных объектов в виде трехмерных данных как совокупности высот или иных значений. Для построения 3D-модели было использовано отечественное программное обеспечение Agisoft Metashape 1.6.0. Благодаря использованию технологии RTK (real-time kinematic) точность съемки составила 5 см на 1 м2. В результате получен и апробирован дополнительный инструмент, позволяющий охватывать большой объем работ и вычислений в сжатые сроки без потери точности. На рисунке 3 представлено изображение цифровой модели участка газопровода.
Предложенный способ также позволяет производить корректное вычисление объемов земляных масс. Способ основывается на определении объема геометрического тела, представленного на трехмерной модели. Затем осуществляется классификация по виду и фракции и выполняется расчет объемов грунта.
Анализ результатов расчета напряженно-деформированного состояния газопровода показывает следующие перспективы использования способа фотограмметрии:
- возможность применения беспилотных летательных аппаратов для обследования протяженных участков газопроводов на предмет выявления ненормативного уровня напряженно-деформированного состояния;
- обеспечение дополнительного контроля за физическими объемами работ (протяженность участка, границы отвода, переезды, глубина заложения трубопровода и так далее), выполняемых подрядными организациями при строительстве новых и капитальном ремонте существующих газопроводов;
- возможность создания трехмерных моделей существующих объектов Общества, сложных участков рельефа местности, площадных объектов, для создания цифрового архива базы данных объектов, зданий, сооружений и строительных конструкций Общества.
Кроме того, актуальным может стать выполнение воздушного лазерного сканирования с использованием беспилотных летательных аппаратов. Воздушное лазерное сканирование – метод сбора геопространственных данных, основанных на определении координат и точек отражения лазерного луча от препятствий или объектов, по заданным характеристикам. В качестве полезной нагрузки на беспилотный летательный аппарат, представленный на рисунке 5, устанавливается лазерный сканер АГМ, представленный на рисунке 6, со встроенным GNSS-приемником и возможностью подключения аэрофотосъемочной камеры, благодаря чему появляется возможность выполнять аэрофотосъемку совместно с лазерным сканированием, вследствие чего плотные облака точек формируются не только по данным с лазерного сканера, но и с помощью фотограмметрии. При объединении этих процессов повышается точность построения и детализация трехмерных объектов.
Результатом съемки методом воздушного лазерного сканирования является цифровая трехмерная точечная модель рельефа местности с высокой плотностью и точностью, которая используется в качестве основы для ортофотопланов, цифровых топографических планов масштабов 1:500 и мельче, а также трехмерных моделей рельефа и находящихся на местности объектов. На рисунках 7 и 8 изображены цифровые модели, построенные на основании данных лазерной съемки.
Среди преимуществ технологии воздушного лазерного сканирования можно выделить следующие:
– высокая производительность съемки и большой диапазон охвата территории;
– cинхронизация работы с цифровой аэрофотосъемкой;
– фотореалистичные и текстурированные 3D-модели местности по итогам съемки;
– высокая экономическая эффективность в сравнении с наземными и даже мобильными методами съемки;
– возможность работы в труднодоступных районах без непосредственного присутствия на местности;
– возможность работы с российской спутниковой системой ГЛОНАСС.
Беспилотные летательные аппараты возможно использовать также для тепловизионной съемки, используя в качестве навесного оборудования специально оборудованные камеру и тепловизор.
Тепловизионная съемка – это метод обследования территорий или отдельных объектов инфраструктуры для обнаружения тепловых потерь, мест утечек путем отображения температурного контраста. Тепловизионная съемка с беспилотника является эффективным способом обнаружения скрытых дефектов сооружений и коммуникаций. В результате выполнения тепловизионной съемки получают цифровые модели местности или модели отдельных сооружений.
При этом способе материалы съемки обрабатываются в специализированном программном обеспечении. С его помощью автоматически восстанавливается исходное положение центров фотографирования, получают облака точек и полноценные текстурированные 3D-модели. Таким образом, происходит обработка изображений в видимом диапазоне, после чего центры снимков тепловизора и фотокамеры совмещаются (с учетом поправок на положение центров съемочных матриц), что позволяет получать высокую точность геопривязки инфракрасных кадров, создавая точные тепловые модели, на которых видны все очаги высоких температур. Инфракрасные изображения преобразовываются в псевдоцветные, легко воспринимаемые человеческим глазом. Результатом такого обследования становится трехмерная карта дефектов и проблемных зон сооружений, выявление зон с большой разницей температур.
На рисунках 9 и 10 изображены результаты съемки с тепловой и обычной камеры беспилотного летательного аппарата. Инфракрасная съемка точно идентифицирует место утечки за счет температурного контраста. В ходе проведения работ по тепловизионному обследованию крановых узлов магистрального газопровода ООО «Газпром трансгаз Уфа» данным методом было осуществлено имитирование утечки на стояке отбора газа. В результате на псевдоцветном изображении было выявлено охлаждение крана с утечкой по причине охлаждения природного газа при его расширении.
Преимуществами тепловизионной съемки является возможность проведения следующих видов работ:
- определение утечек метана на трубопроводной арматуре, в оборудовании ГРС;
- определение потерь тепловой энергии зданий и сооружений;
- обследование объектов повышенной опасности (высокая температура), таких как выхлопные тракты газоперекачивающих агрегатов, тепловые коммуникации;
- работа в труднодоступных районах без непосредственного присутствия на местности.
Возможно проведение работы с российской спутниковой системой ГЛОНАСС.
Использование беспилотных летательных аппаратов, помимо контроля за проведением ремонтных и строительных работ, имеет перспективы в области эксплуатации и диагностики объектов газотранспортной системы, проведения предпроектных изысканий, подготовки производства работ. Возможность использования различного навесного оборудования для получения той или иной информации и перевода ее в цифровые данные дает основание для дальнейшего исследования и изучения перспектив применения беспилотных летательных аппаратов в газовой отрасли.
