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西門子正在研發(fā)一種系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠利用無(wú)人機(jī)和三維圖像分析技術(shù)監(jiān)測(cè)各類管線、大型工業(yè)設(shè)施以及高壓配電系統(tǒng)中的電纜塔。

在我們看得見(jiàn)以及看不見(jiàn)的地方，管線如同動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)一般遍布全球。它為我們輸送各類物資，從石油、天然氣，到氨水、水，甚至啤酒。數(shù)十年來(lái)，管線一直是最為安全、高效的運(yùn)輸手段之一，用以取代成本高昂的公路或鐵路運(yùn)輸方式。但問(wèn)題同樣存在，管線運(yùn)營(yíng)商需要監(jiān)控這些廣泛鋪設(shè)在地表或深埋地下的管線。事實(shí)上，許多關(guān)鍵管線上方的覆土厚度與管線處的環(huán)境安全密切相關(guān)。比如，在歐洲，法律規(guī)定地埋式天然氣和石油管線的覆土厚度必須達(dá)到1米。而在管線總長(zhǎng)約占全球管線總長(zhǎng)度（217萬(wàn)英里，即350萬(wàn)公里）65%的美國(guó)，管線埋設(shè)深度通常為地下3到6英尺。

一般情況下，直升飛機(jī)每隔2到4周會(huì)對(duì)管線進(jìn)行一次空中監(jiān)測(cè)。但是，這樣的外部監(jiān)測(cè)不僅成本不菲，而且通常缺乏相應(yīng)設(shè)備，無(wú)法判定管線覆土厚度是否滿足要求。

得益于精密的傳感器，無(wú)人機(jī)有比人類更為敏銳的視覺(jué)。不僅如此，無(wú)人機(jī)操作便捷、外形小巧、成本低廉，可以取代昂貴的直升飛機(jī)，為提高基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和效率創(chuàng)造了可能。

精確測(cè)量

然而，在不久的將來(lái)，西門子研發(fā)的技術(shù)將讓一切發(fā)生改變。來(lái)自西門子中央研究院的Claudia Windisch解釋說(shuō)：“我們正在研發(fā)一種效率更高的全新監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它可以借助無(wú)人機(jī)，從空中對(duì)管線覆土厚度進(jìn)行自動(dòng)系統(tǒng)化測(cè)量。為了做到這一點(diǎn)，我們會(huì)將移動(dòng)設(shè)備、機(jī)載傳感器與智能圖像分析技術(shù)相結(jié)合。”

無(wú)人機(jī)配備彩色攝像頭和近紅外線攝像頭，沿著地下埋設(shè)的長(zhǎng)距離管線，按預(yù)先設(shè)定的路線飛行，拍攝地表的照片。未來(lái)，這些圖片將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳送至西門子的管線分析平臺(tái)，由平臺(tái)根據(jù)數(shù)據(jù)生成或更新管線表面三維模型，并附上地理坐標(biāo)。Windisch表示：“該系統(tǒng)測(cè)量覆土厚度的精確度可達(dá)10厘米左右。因此，這一系統(tǒng)能提供高質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果，便于進(jìn)行可重復(fù)的客觀分析。”完成分析后，數(shù)據(jù)將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口或在SCADA系統(tǒng)中發(fā)送給管線運(yùn)營(yíng)商。

空中傳感器

每年，全球管線運(yùn)營(yíng)商都會(huì)因泄漏、損壞和非法蒙受數(shù)百萬(wàn)美元的損失。而如果發(fā)生泄漏的地區(qū)人跡罕至，維護(hù)團(tuán)隊(duì)往往需要耗時(shí)數(shù)日才能確定故障地點(diǎn)。西門子石油與天然氣業(yè)務(wù)管線解決方案負(fù)責(zé)人Mike Liepe表示：“我們正在研發(fā)一種自動(dòng)三維圖像分析系統(tǒng)，將幫助客戶更經(jīng)濟(jì)高效地監(jiān)測(cè)管線。如果系統(tǒng)能在早期檢測(cè)出偏差，運(yùn)營(yíng)商就能盡快采取應(yīng)對(duì)措施，防止可能發(fā)生的損壞或故障。”

在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，相關(guān)人員將沿著管線閥站，以30到50公里的間隔布置無(wú)人機(jī)。如果管線過(guò)程控制系統(tǒng)中有傳感器報(bào)告異常，距離最近的無(wú)人機(jī)將自行飛往異常管道段進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)人機(jī)會(huì)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)，由后者對(duì)異常狀況進(jìn)行分析并提出對(duì)策。西門子中央研究院的軟件專家Daniel Schall說(shuō)：“為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們?cè)诂F(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)中結(jié)合了圖像和過(guò)程數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析功能。異常和缺陷將顯示在真實(shí)的三維環(huán)境中。這些信息與SCADA系統(tǒng)提供的可視化數(shù)據(jù)有助于輕松查明故障，并快速采取措施。”

研究人員預(yù)計(jì)將于一年后完成研發(fā)，并計(jì)劃在德國(guó)和奧地利開展多次飛行試驗(yàn)，以測(cè)試不同的傳感器系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)和輕型飛機(jī)。

目前，無(wú)人機(jī)仍由人工遠(yuǎn)程控制。但在不久的將來(lái)，他們將實(shí)現(xiàn)自主操控，并將為工作人員提供不斷拓展的數(shù)據(jù)庫(kù)以支持更優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)。

建筑物監(jiān)測(cè)

除用于監(jiān)測(cè)管線之外，西門子的技術(shù)同樣適用于其它領(lǐng)域，如建筑物監(jiān)測(cè)等。大型辦公樓和工業(yè)建筑通常會(huì)消耗大量熱能。這些熱能需要留在建筑物內(nèi)部，而不應(yīng)從幕墻或屋頂?shù)母魺嵝阅懿涣嫉慕Y(jié)構(gòu)處逸出。無(wú)人機(jī)可以輕便且安全地檢測(cè)到這些容易流失熱能的區(qū)域。

無(wú)人機(jī)搭載的紅外攝像頭能對(duì)建筑物散發(fā)的熱量進(jìn)行成像，然后將這些圖片與可見(jiàn)光譜圖片相結(jié)合。所得到的數(shù)據(jù)可用于計(jì)算出三維模型，以標(biāo)明熱量流失的地點(diǎn)。

密切監(jiān)測(cè)架空導(dǎo)線

架空導(dǎo)線是另一個(gè)可能的無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。架空導(dǎo)線系統(tǒng)不僅能為列車和纜車提供電力，而且也能為環(huán)保型電動(dòng)卡車供電。在這種應(yīng)用場(chǎng)景中，無(wú)人機(jī)同其他監(jiān)測(cè)設(shè)備一樣，沿規(guī)定路線飛行并為基礎(chǔ)設(shè)施拍攝照片。隨后，專門的軟件將評(píng)估圖像，檢測(cè)松垂電纜、故障電纜塔以及其他潛在風(fēng)險(xiǎn)。這種軟件甚至可以確定架空導(dǎo)線是否及何時(shí)會(huì)損壞。有了這些信息，運(yùn)營(yíng)商就可以盡早采取措施防止故障發(fā)生。