CN112148034A - 一种氢燃料电池油田巡检无人机及巡检方法 - Google Patents

一种氢燃料电池油田巡检无人机及巡检方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无人机设备技术领域，为了解决现在利用无人机采集到的油田图像识别困难，降低了对油田异常情况判定准确性的问题，提供可一种氢燃料电池油田巡检无人机，包括采集模块，用于采集油田图像；处理模块，用于油田图像进行处理；识别模块，用于对处理后的油田图像进行识别；报警模块，在识别出油田图像存在异常时，报警模块还发送排查提示；操控模块，用于接收手动遥控信息，控制模块根据手动遥控信息控制无人机本体进行飞行；记录模块，记录当前时刻的暂停飞行点；第一通信模块还用于接收排查确认信息，在接收到确认信息后，控制模块控制无人机本体返回暂停飞行点并按照预设路径进行飞行。

Description

一种氢燃料电池油田巡检无人机及巡检方法
技术领域
本发明涉及无人机设备技术领域，具体为一种氢燃料电池油田巡检无人机及巡检方法。
背景技术
无人机指的是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操作的不载人飞机，在民用方面，无人机广泛被运用到航拍、农植保等领域中。现有的巡检无人机在对油田进行巡检时，通常是利用无人机采集油田的图像，并将采集到的图像传输回控制终端，管理人员通过控制终端就可以查看图像并判定油田是否出现异常。而随着图像识别技术的发展，控制终端已经能够通过对采集的图像进行识别实现异常的智能判定，并在判定出有异常的时候发送警示信息，以提醒管理人员及时对异常处进行维护等，保证油田正常工作。
然而，由于石油贮藏的地形多是褶皱的背斜地层，油田地形复杂，因此在对无人机采集到的图像进行判定时，可能就会存在有判定失误的情况，受地形的影响，就会降低对油田异常情况判定的准确性。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种氢燃料电池油田巡检无人机，以解决现在利用无人机对油田进行巡检时，由于油田地形复杂，采集到的油田图像识别困难，降低了对油田异常情况判定准确性的问题。
本发明提供的基础方案一是：一种氢燃料电池油田巡检无人机，包括无人机本体和控制终端；无人机本体搭载有采集模块，用于采集油田图像；
第一通信模块，用于将油田图像发送给控制终端，并接收控制终端发送的预设路径；
控制模块，用于控制无人机本体按照预设路径进行飞行；
控制终端包括第二通信模块，用于接收油田图像；
处理模块，用于对接收的油田图像进行处理；
识别模块，用于对处理后的油田图像进行识别；
报警模块，在识别出油田图像中存在异常时发送报警信息；
在识别出油田图像存在异常时，报警模块还发送排查提示；
控制终端还包括操控模块，用于接收手动遥控信息；
第二通信模块向第一通信模块发送手动遥控信息，控制模块根据手动遥控信息控制无人机本体进行飞行；
记录模块，在控制模块控制无人机本体根据手动遥控信息飞行时，记录当前时刻的暂停飞行点；
第一通信模块还用于接收排查确认信息，在接收到确认信息后，控制模块控制无人机本体返回暂停飞行点并按照预设路径进行飞行。
基础方案一的原理及有益效果是：与现有的巡检无人机相比，本方案中，1.在识别到油田有异常时，通过控制模块和操控模块的配合使用对无人机本体的手动操控，管理人员通过对无人机本体的手动操作则能够对油田异常处进行二次查看并进行异常的手动确认，通过对异常的二次判定提高了异常识别的准确性；
2.本方案中，考虑到异常是可能发生在油田任何地方的，即无人机本体在根据预设路径进行飞行的途中随时都可能会因为操控模块的操控而脱离预设路径进行飞行，因此本方案中，还设置有记录模块，对无人机本体沿预设路径飞行途中被打断时刻的暂停飞行点进行记录，在第一接收模块接收到确认信息后，则表示此时已经对异常处进行并完成了二次确认，此时控制模块控制无人机本体返回暂停飞行点并进行按照预设路径进行飞行，能够保证无人机本体按照预设路径完成的进行飞行，以对油田进行全面的巡检。
优选方案一：作为基础方案一的优选，第一通信模块还用于获取油田中油井设备的工作数据并发送给第二通信模块；控制终端还包括存储模块，存储有标准数据，识别模块还用于根据标准数据对工作数据进行识别，在识别出工作数据存在异常时，报警模块发送工况异常信息。说明，本方案中，工作数据异常指的是工作数据与标准数据不符，包括工作数据大于或小于标准数据。有益效果：本方案中，利用第一通信模块获取油井设备的工作数据，获取到的工作数据则能够反应设备的工况，再由识别模块根据存储的标准数据对工作数据进行识别，当识别工作数据存在异常时，也就表明对应的设备异常，此时报警模块发送工况异常信息，以提醒管理人员及时对异常的设备进行维护，保证设备正常运行。
优选方案二：作为基础方案一的优选，记录模块为PTK定位模块。有益效果：本方案中，采用PTK模块作为记录模块，拥有更强大的抗磁干扰能力与精准定位能力，从而能够更精准的记录暂停飞行点，保证无人机本体可以能准确按照预设路线进行飞行，从而避免巡检途中出现遗落区域。
优选方案三：作为基础方案一的优选，无人机本体还搭载有红外测温仪，用于测量油田中油井设备的工作温度，存储模块存储有温度阈值，识别模块根据温度阈值对工作温度进行识别，在识别到工作温度高于温度阈值时，报警模块发送偏磨信息。有益效果：考虑到由于油井在使用过程中，抽油杆会因为失稳等原因出现偏磨，使得油管和抽油杆、接箍之间产生摩擦，从而影响油井设备工作，而且由于抽油杆下部是处于油井下部的，普通的图像采集并不能采集到下部的抽油杆，也就无法判断抽油杆是否发生偏磨，因此本方案中通过无人机本体搭载的红外测温仪采集油井设备的工作温度，若识别到油井设备的工作温度高于温度阈值，则表明抽油杆可能发生偏磨，此时报警模块发送偏磨信息，以提醒管理人员及时对相应抽油井的偏磨情况进行确认以及维护，进而保证抽油井的正常工作。
优选方案四：作为优选方案一的优选，存储模块存储有快飞速度值和慢飞速度值，预设路径包括基础路段和重要路段；在控制模块控制无人机本体在基础路段飞行时，控制模块控制无人机本体以快飞速度值进行飞机，在无人机本体在重要路段进行飞行时，控制模块控制无人机本体以慢飞速度值进行飞行。有益效果：考虑到在对一些需要重点巡检的重要地段进行巡逻时需要仔细的巡逻，因此本方案中，当无人机本体在重要路段飞行时，控制模块控制无人机本体以慢飞速度值进行飞行，无人机此时慢速飞行，从而能够保证采集到的油田图像更清晰，进而保证识别结构能够能为准确。
优选方案五：作为优选方案四的优选，无人机本体搭载有为供电的电源组件，电源组件包括氢燃料电池和锂电池，在无人机本体以快飞速度值飞行时，控制模块控制氢燃料电池和锂电池为无人机本体供电，在无人机本体以慢飞速度值飞行时，控制模块控制锂电池为无人机本体供电以及氢燃料电池为锂电池供电。有益效果：考虑到在无人机本体以快飞速度值飞行时，无人机本体的功耗大，因此此时控制模块控制氢燃料电池和锂电池同时为无人机本体供电，以保证满足无人机本体功耗需求，而在无人机本体以慢飞速度值进行飞行时，此时无人机本体的功耗小，此时控制模块控制锂电池为无人机本体进行供电，保证无人机本体的同时再由氢燃料电池为锂电池进行供电，对锂电池进行充电，从而延长了锂电池的续航时间，进而延长了无人机本体的飞行时间。
优选方案六：作为优选方案一的优选，识别模块还用于从油田图像中对油井设备的工作状态进行识别得到识别结果，并根据识别结果对对应油井设备的工作数据进行识别，在识别出识别结果与工作数据不符时，报警模块发送警告信息。有益效果：考虑到油井设备在使用过程中，在出现使用故障时，可能存在工作数据与实际工作状况不符的情况，若此时只凭借工作数据对油井设备的工作状态进行判定，则存在判定不确定的情况，因此本方案中采用对工作数据和识别结果对油井设备的工作状态进行二次判定，当识别结果与工作数据不符时，则表明此时油井设备的工作状态存在异常，报警模块发送警告信息，以提醒管理人员对对应油井设备进行重点巡视，从而保证油井正常工作。
本发明目的之二在意提供一种对油田异常情况判定准确性高的油田巡检方法，本发明提供的基础方案二是：一种油田巡检方法，包括以下步骤：控制步骤：控制无人机本体根据预设路径进行飞行；
采集步骤：在飞行过程中无人机本体采集油田图像；
识别步骤：对采集到的油田图像进行处理识别；
报警步骤：在识别到油田图像存在异常时发送报警信息；
还包括以下步骤：排查步骤：在识别到油田图像存在异常时，根据手动遥控信息控制无人机本体飞行并记录暂停飞行点，在接收到排查确认信息后，控制无人机本体飞回暂停飞行点并按照预设路径进行飞行。
基础方案二的原理及有益效果：与现有的巡检方法相比，本方案中，1.还设置有排查步骤，通过手动操作无人机本体的方式，看控制无人机本体对发现异常的油田区域重点进行排查，通过对异常处进行二次判定的方式提高了异常识别的准确性；
2.本方案中，在接收到排查确认信息后，无人机本体回到暂停飞行点后按照预设路径继续飞行，能够保证无人机本体按照预设路径完成的进行飞行，以对油田进行全面的巡检。
优选方案七：作为基础方案二的优选，报警步骤还包括获取油田中油井设备的工作数据，根据预设的标准数据对工作数据进行识别，在识别出工作数据存在异常时发送工况异常信息。有益效果：本方案中，获取的油井设备的工作数据能够反应油井设备的工作情况，对工作数据进行的识别则能够判定油井设备是否发生故障，当识别出工作数据存在异常时表明油井设备存在故障，此时发送工况异常信息以提醒管理人员及时对异常的油井设备进行维护，保证油井设备的正常运行。
优选方案八：作为基础方案二的优选，报警步骤还包括测量油田中油井设备的工作温度，根据预设的温度阈值对工作温度进行识别，在识别到工作温度高于温度阈值时发送偏磨信息。有益效果：本方案中，还采集油井设备的工作温度，并根据预设的温度阈值对工作温度进行识别，在工作温度高于温度阈值时，则表明抽油杆可能发生偏磨，此时发送偏磨信息，以提醒管理人员及时对相应抽油井的偏磨情况进行确认以及维护，进而保证抽油井的正常工作。
附图说明
图1为本发明实施例一中氢燃料电池油田巡检无人机的模块框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
基本如附图1所示：一种氢燃料电池油田巡检无人机，包括无人机本体和控制终端；无人机本体搭载有采集模块，用于采集油田图像，采集的油田图像包括油田景象和油田内油井设备的工作图像，在其他实施例中，采集模块还采集油田的视频信息；
第一通信模块，用于将油田图像发送给控制终端，并接收控制终端发送的预设路径，还获取油田中油井设备的工作数据；
控制模块，用于控制无人机本体按照预设路径进行飞行；
红外测温仪，用于测量油田中油井设备的工作温度，本实施例中油井设备为抽油机；
控制终端包括储模块，存储有标准数据和温度阈值；
第二通信模块，用于接收油田图像以及工作数据；
处理模块，用于对接收的油田图像进行处理，处理时，包括对采集到的油田图像进行图像增强、分割、滤波等操作，本实施例中包括图像增强和图像分割操作；
识别模块，用于对处理后的油田图像进行识别，还根据标准数据对工作数据进行识别，根据温度阈值对工作温度进行识别；
报警模块，在识别出油田图像中存在异常时发送报警信息，本实施例中，当识别到计量流量计异常或有人员出现在油田禁止通行的区域，即计量流量计的工作数据(读数)与预设的标准数据不符，包括工作数据高于或低于预设的标准数据，判定油田出现异常，在其他实施例中，油田异常还包括油田内油井温度升高或降低；在识别出工作数据存在异常时，发送工况异常信息；在识别到工作温度高于温度阈值时，报警模块发送偏磨信息；
在识别出油田图像存在异常时，报警模块还发送排查提示；
控制终端还包括操控模块，用于接收手动遥控信息；
第二通信模块向第一通信模块发送手动遥控信息，控制模块根据手动遥控信息控制无人机本体进行飞行；
记录模块，在控制模块控制无人机本体根据手动遥控信息飞行时，记录当前时刻的暂停飞行点；本实施例中记录模块为PTK定位模块，在其他实施例中记录模块还可以为GPS定位模块；
第一通信模块还用于接收排查确认信息，在接收到确认信息后，控制模块控制无人机本体返回暂停飞行点并按照预设路径进行飞行。
基于上述的氢燃料电池油田巡检无人机，本实施例还公开了一种油田巡检方法，包括以下步骤：
控制步骤：控制无人机本体根据预设路径进行飞行；
采集步骤：在飞行过程中无人机本体采集油田图像；
识别步骤：对采集到的油田图像进行处理识别；
报警步骤：在识别到油田图像存在异常时发送报警信息；获取油田中油井设备的工作数据，根据预设的标准数据对工作数据进行识别，在识别出工作数据存在异常时发送工况异常信息；测量油田中油井设备的工作温度，根据预设的温度阈值对工作温度进行识别，在识别到工作温度高于温度阈值时发送偏磨信息；
排查步骤：在识别到油田图像存在异常时，根据手动遥控信息控制无人机本体飞行并记录暂停飞行点，在接收到排查确认信息后，控制无人机本体飞回暂停飞行点并按照预设路径进行飞行。
具体实施过程如下：工作时，控制模块控制无人机本体根据预设的预设路径进行飞行，在飞行过程中，无人机本体上搭载的采集模块采用油田景象和油井设备的工作图像。然后由处理模块对采集到的油田图像进行处理，识别模块对处理后的油田图像进行识别，当识别到有油田图像异常时，如识别到油田图像内出现漏油时，报警模块发送报警信息和排查提示。
在报警模块发送排查提示时，此时控制终端的操控模块接收手动遥控信息，然后控制模块根据手动遥控信息控制无人机本体飞行，在这个过程中，管理人员可通过操控模块和控制模块的配合操控无人机本体对出现异常的地方进行二次巡逻并再次采集异常地方的油田图像，并进行二次识别，从而提高了识别结果的准确性。
在第一通信模块接收到排查确认信息后，表示此时已经完成了对油田的异常处的二次识别，此时控制模块控制无人机本体飞回到暂停飞行点后，再次根据预设路径进行飞行，以完成完整的预设路径的飞行。
在飞行过程中，无人机本体上搭载的红外测温仪还测量油井设备的工作温度，存储模块内预存有温度阈值，在识别到工作温度高于温度阈值时，则认为抽油设备发生偏磨，此时报警模块发送偏磨信息。
实施例二
与实施例一相比，本实施例中，无人机本体搭载有为供电的电源组件，电源组件包括氢燃料电池和锂电池，存储模块预存有快飞速度值和慢飞速度值，预设路径包括基础路段和重要路段，具体的，油田根据产油量进行基础区域和重要区域的划分，其中在基础区域内的飞行路径即为基础路段，在重要区域内的飞行路径即为重要路段；在控制模块控制无人机本体在基础路段飞行时，控制模块控制无人机本体以快飞速度值进行飞机，控制模块控制氢燃料电池和锂电池为无人机本体供电；在无人机本体在重要路段进行飞行时，控制模块控制无人机本体以慢飞速度值进行飞行，控制模块控制锂电池为无人机本体供电以及氢燃料电池为锂电池供电。
在飞行过程中，当无人机本体在基础路段上飞行时，控制模块控制无人机本体以快飞速度值进行飞行，此时氢燃料电池以及锂电池为无人机本体供电，在无人机本体在重要路段上飞行时，控制模块控制无人机本体以慢飞速度值进行飞行，此时锂电池为无人机本体供电，同时氢燃料电池为锂电池供电，锂电池充电，同时在飞行过程中，无人机本体采集到的油田图像将更为清晰，有利于进行识别，以提高判定的准确性。
实施例三
与实施例一和实施例二不同之处在于，本实施例中，识别模块还用于从油田图像中对油井设备的工作状态进行识别得到识别结果，并根据识别结果对对应油井设备的工作数据进行识别，在识别出识别结果与工作数据不符时，报警模块发送警告信息。
考虑到油井设备上传的工作数据可能出现失误，以计量流量计为例，当计量流量计出现故障时，一方面是因为石油产量异常下降，另一方面则可能只是因为计量流量计出现故障导致，因此为了提高判定的准确性，本实施例中，采用对工作数据和识别结果对油井设备的工作状态进行二次判定，当识别结果与工作数据不符时，则表明此时油井设备的工作状态存在异常，报警模块发送警告信息，以提醒管理人员对对应油井设备进行重点巡视，从而保证油井正常工作。
实施例四
与实施例一至实施例三的不同之处在于，本实施例中，存储模块还存储油田图像对应的采集时间以及获取油井设备的工作数据的获取时间；
控制终端还包括比较模块，用于将相同时间的采集时间与获取时间对应的油田图像识别结果与油井设备的工作数据进行比较，在比较出识别结果与工作数据不匹配时，报警模块发送示警信息。
考虑到为了保证油田的正常工作，能够及时发现出现的问题，通常需要管理人员定时对油田进行巡检，而由于无人机本体的巡逻是由管理人员启动的，有时候可能会因为偷懒或延时的理由，导致无人机本体没有按时进行巡逻工作，也就意味着油田图像识别出的识别结果并不准确表示当时油田情况，如计划在下午四时对油田A进行巡逻，但是管理人员实际是在下午六点才操作无人机本体进行的巡逻，并将采集到的油田图像谎报为下午四时的油田图像进行存储，而又由于油井设备的工作数据的获取是由获取模块自动获取的，因此对于油井设备的工作数据来说，获取到的工作数据是能够准确表示油井设备当前时刻的工作状态的。因此本实施例中，还对油田图像对应的采集时间以及获取油井设备的工作数据的获取时间进行存储，比较模块将相同时间对应的油田图像识别结果与油井设备的工作数据进行比较，如将采集时间为下午四点的油田图像的识别结果与获取时间同样为下午四点的油井设备的工作数据进行比较，若比较出识别结果与工作数据不匹配时，则说明无人机本体可能并没有按时进行巡逻，到导致同一时刻里，油田图像的识别结果与油井设备的工作数据不匹配的情况，此时报警模块发送示警信息，以对管理人员进行示警，提醒管理人员需要按时操作无人机本体进行巡逻，以保证油田的正常工作。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池油田巡检无人机，包括无人机本体和控制终端；所述无人机本体搭载有采集模块，用于采集油田图像；
第一通信模块，用于将所述油田图像发送给所述控制终端，并接收控制终端发送的预设路径；
控制模块，用于控制所述无人机本体按照所述预设路径进行飞行；
控制终端包括第二通信模块，用于接收所述油田图像；
处理模块，用于对接收的油田图像进行处理；
识别模块，用于对处理后的油田图像进行识别；
报警模块，在识别出所述油田图像中存在异常时发送报警信息；
其特征在于：在识别出所述油田图像存在异常时，所述报警模块还发送排查提示；
所述控制终端还包括操控模块，用于接收手动遥控信息；
所述第二通信模块向所述第一通信模块发送所述手动遥控信息，所述控制模块根据所述手动遥控信息控制所述无人机本体进行飞行；
记录模块，在所述控制模块控制所述无人机本体根据手动遥控信息飞行时，记录当前时刻的暂停飞行点；
所述第一通信模块还用于接收排查确认信息，在接收到确认信息后，所述控制模块控制所述无人机本体返回暂停飞行点并按照所述预设路径进行飞行。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池油田巡检无人机，其特征在于：所述第一通信模块还用于获取油田中油井设备的工作数据并发送给所述第二通信模块；所述控制终端还包括存储模块，存储有标准数据，所述识别模块还用于根据所述标准数据对所述工作数据进行识别，在识别出所述工作数据存在异常时，所述报警模块发送工况异常信息。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池油田巡检无人机，其特征在于：所述记录模块为PTK定位模块。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池油田巡检无人机，其特征在于：所述无人机本体还搭载有红外测温仪，用于测量油田中油井设备的工作温度，所述存储模块存储有温度阈值，所述识别模块根据所述温度阈值对所述工作温度进行识别，在识别到所述工作温度高于所述温度阈值时，所述报警模块发送偏磨信息。
5.根据权利要求2所述的氢燃料电池油田巡检无人机，其特征在于：所述存储模块存储有快飞速度值和慢飞速度值，所述预设路径包括基础路段和重要路段；在控制模块控制所述无人机本体在所述基础路段飞行时，所述控制模块控制所述无人机本体以所述快飞速度值进行飞机，在所述无人机本体在所述重要路段进行飞行时，所述控制模块控制所述无人机本体以慢飞速度值进行飞行。
6.根据权利要求5所述的氢燃料电池油田巡检无人机，其特征在于：所述无人机本体搭载有为供电的电源组件，所述电源组件包括氢燃料电池和锂电池，在所述无人机本体以快飞速度值飞行时，所述控制模块控制所述氢燃料电池和锂电池为所述无人机本体供电，在所述无人机本体以慢飞速度值飞行时，所述控制模块控制所述锂电池为所述无人机本体供电以及所述氢燃料电池为所述锂电池供电。
7.根据权利要求2所述的氢燃料电池油田巡检无人机及巡检方法，其特征在于：所述识别模块还用于从所述油田图像中对油井设备的工作状态进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果对对应油井设备的工作数据进行识别，在识别出所述识别结果与所述工作数据不符时，所述报警模块发送警告信息。
8.一种油田巡检方法，包括以下步骤：控制步骤：控制无人机本体根据预设路径进行飞行；
采集步骤：在飞行过程中无人机本体采集油田图像；
识别步骤：对采集到的油田图像进行处理识别；
报警步骤：在识别到油田图像存在异常时发送报警信息；
其特征在于：还包括以下步骤：排查步骤：在识别到油田图像存在异常时，根据手动遥控信息控制无人机本体飞行并记录暂停飞行点，在接收到排查确认信息后，控制所述无人机本体飞回暂停飞行点并按照预设路径进行飞行。
9.根据权利要求8所述的油田巡检方法，其特征在于：所述报警步骤还包括获取油田中油井设备的工作数据，根据预设的标准数据对所述工作数据进行识别，在识别出所述工作数据存在异常时发送工况异常信息。
10.根据权利要求8所述的油田巡检方法，其特征在于：所述报警步骤还包括测量油田中油井设备的工作温度，根据预设的温度阈值对所述工作温度进行识别，在识别到所述工作温度高于所述温度阈值时发送偏磨信息。
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