AUSE-V1搜索和救援飞行模拟器

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AUSE-V1搜索和救援飞行模拟器


石油是当今社会非常重要的资源,石化厂和油气管道中大型设备的稳定性非常重要。化工厂的设备设施庞大而复杂,在高温高压条件下工作。它们长期暴露在空气中,遭受风雨淋漓,容易因老化、腐蚀等问题而发生严重的泄漏事故。为了保证化工厂的正常运行,有必要对化工厂和管道设施进行例行检查,及时消除设备和管道的隐患。无人机巡检是利用无人机携带其他辅助设备巡检化工厂的新型巡检技术。可有效补充人工巡检难以或人工巡检难以到达的巡检区域。大大提高了检查效率,保证了安装设备的正常运行。



AUSE-V1搜索和救援飞行模拟器

一、目的与意义


石油是当今社会非常重要的资源,石化厂和油气管道中大型设备的稳定性非常重要。化工厂的设备设施庞大而复杂,在高温高压条件下工作。它们长期暴露在空气中,遭受风雨淋漓,容易因老化、腐蚀等问题而发生严重的泄漏事故。为了保证化工厂的正常运行,有必要对化工厂和管道设施进行例行检查,及时消除设备和管道的隐患。无人机巡检是利用无人机携带其他辅助设备巡检化工厂的新型巡检技术。可有效补充人工巡检难以或人工巡检难以到达的巡检区域。大大提高了检查效率,保证了安装设备的正常运行。

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无人机操作人员在开始工作之前需要经过大量的飞行技能培训,只有通过认证考试后才能持证就业。但是,持证成员掌握巡逻检查飞行要求和紧急情况下的响应技能还需要一些时间。化工厂是一个重要区域,无人机在飞行过程中坠毁可能会对工厂内的人员和设备造成损坏。因此,对操作人员的飞行技能要求极高。为了加强操作人员防范飞行事故的操作技能,需要开发高科技多旋翼无人机仿真训练系统,可以进一步再现多旋翼无人机巡检控制的过程,使工作人员熟悉多旋翼无人机作业和化工厂巡检技能。同时,员工可以有机会进行有针对性的重复技能练习,提高自己的业务技能。
 

2、研究案例


我们对贵阳千玺煤化工投资有限公司“30万吨/年煤制乙二醇项目”进行了深入调研,该公司已投入无人机巡检。前溪煤化工厂占地面积66.7公顷(666667 m2)。主要反应装置分为:煤炭储运装置、煤气化装置、空分装置、转化装置、低温甲醇洗涤装置、硫磺回收装置、乙二醇装置等。

巡检设备:防爆无人机、可见光及红外云台、防爆仪(气体检测仪)、扩音器。
巡检重点:装置安全巡检、高层反应设备巡检、电厂电力巡检、火炬等高温反应设备巡检等。
巡检功能:配备爆炸检测设备的无人机在厂内进行气体泄漏巡检、厂内安全巡检、配备红外设备的无人机巡检及泄漏源位置、高层反应装置表面涂层剥落、厂用架空电力线路巡检等。

 

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3、项目开发内容及实施方案

3.1 石化厂三维场景建模

1)化工厂场景倾斜摄影建模

分析利用真实化工厂无人机应用场景的数据,利用倾斜摄影技术对整个厂区进行3D建模,真实还原大型石化厂化工设备和布局的全貌。将构建的 3D 建模导入 3D 引擎 UE。
 
化工厂无人机巡检模拟系统
化工厂无人机巡检模拟系统

2)关键装备精细化建模

巡检无人机和任务设备将根据图纸对化工厂的反应装置和关键巡检装置及零部件进行精细化建模,并根据装置设计图纸采用3dsMax工具,完成常规典型炼油设备巡检的详细建模:火炬、储罐场、常压和减压蒸馏装置、 催化裂化装置、催化重整装置、加氢装置、延迟焦化装置、硫磺回收装置等。完成常规典型化工设备巡检的详细建模:乙烯装置、丙烯装置、分离装置、转换装置等。
化工厂无人机巡检模拟系统
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3.2 无人机及巡检设备建模

1)飞行平台建模

该平台支持多种主流无人机型号。同时,平台与无人机厂商合作,利用无人机尺寸、CAD图纸、原型照片方法和3dMax工具,对化工厂防爆无人机等专用无人机进行实拍建模,制作等比例三维模型,实现无人机的细节修复。

2)巡检设备建模

真正还原无人机配备的任务设备:红外热像仪、长焦变焦摄像机、扩音器、爆炸测试仪(气体泄漏测试)、配备模具(任务设备扩展模块)。实现任务装备细节和应用方法的真实还原。
化工厂无人机巡检模拟系统
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3.3 石化无人机巡检流程及课题发展

1)高层反应装置巡检

系统对重要的高层反应装置进行精细化建模,如模拟高层设备的故障和缺陷以及建筑外墙涂料的腐蚀和脱落;模拟无人机巡视80米以上火炬设施关键设备,如火炬高空点火器、永续光热电偶等。系统相应设置相关设备的故障和缺陷。
化工厂无人机巡检模拟系统
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2) 油气泄漏检测和泄漏定位

对厂区重要设备设施进行泄漏检测 通过模拟可见光昼夜和红外场景。恢复厂区配备气体检测仪的无人机日常巡检的检漏。在紧急情况下,配备可见光和红外设备,以快速确认和定位设备的泄漏源。
化工厂无人机巡检模拟系统
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3)工厂电力巡检

对厂区供电线路设施和部件进行精细化建模,开发无人机厂区供电巡检模块。无人机对厂区内架空供电线路和设备进行模拟巡检,并开发相应的缺陷模块。训练操作员快速识别和处理能力,确保厂区用电安全。

4) 基本飞行技能培训

根据飞行操作关键技能点的相关取证和飞行操作要求,设计无人机起飞、着陆、悬停、八字形飞行、四边飞行航线等基本飞行技能训练,锻炼操作人员基本飞行技能。

3.4 环境影响因子研究与突发情况应对发展

研究开发化工厂区高层建筑之间电磁干扰、气象变化、风向突然变化等意外事故对无人机的影响及操作人员的应对策略和技能。在巡检现场增加影响因素(结冰、多云、晴天、温度、风、云、雨、雪、雾、GPS故障、碰撞等)。培训操作人员在紧急情况下的响应能力。研究化工厂巡检的程序和要素。制定模拟操作拍摄数据的质量评价方案。使工作人员在培训中掌握无人机巡检技能,从巡检业务逻辑、安全意识、操作技能三个方面对操作人员进行全面培训,使其通过实践提高事故处理能力和业务水平,确保化工厂稳定安全运行。
 

3.5 关键技术

1)基于Airsim+pixhawk的无人机飞行特性实时仿真

针对真实无人机巡检飞行过程中复杂的环境特征,研究不同类型普通无人机在不同环境条件下的飞行特性以及这些因素对无人机飞行特性和操控性的影响。使用Pixhawk + Airsim实现飞机特性的模拟。基于微软AirSim构建真实场景的飞机驾驶环境,提供逼真的环境,模拟无人机的功率和感知,给用户最真实的操作体验。
化工厂无人机巡检模拟系统
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2) 高精度3D场景建模

利用真实化工厂巡检场景数据,在仿真系统中构建无人机、设备模块、场景、化工设备、管道的三维模型,并根据图纸数据进行精细化建模,将构建的三维模块导入三维引擎UE。三维场景具有友好的视觉界面,完整的模型基础效果,清晰的模型细节,高质量的粒子和逼真的效果。

3)VR与仿真的交互集成

开发头戴式设备作为主要输入工具,使学习者完全被虚拟场景包围并同步实时空间定位。它不再使用按钮手柄和控制台等传统输入法,而是集成了真实的无人机手柄和飞行控制,以实现与实际无人机操作相同的操作模式。
化工厂无人机巡检模拟系统
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4)自然影响因素模拟

研究复杂因素(结冰、多云、晴天、温度、风、云、雨、雪、雾、GPS 故障、碰撞等)对无人机性能和操控性的影响。针对化工厂复杂的地形和环境特征,研究化工厂反应装置中不同类型普通无人机的飞行特性和高层建筑之间的复杂地形环境条件,以及这些不利因素对无人机飞行特性和操控性的影响。将这些因素整合到仿真系统中,还原真实复杂环境下的无人机线巡作业,训练操作人员在紧急情况下的响应能力。