Ispezione automatizzata con droni del ponte da PipeChina

In che modo l’M300 RTK migliora l’ispezione del ponte sospeso della pipeline in Cina

PipeChina, noto formalmente come China Oil and Gas Pipeline Network, è il più grande conglomerato mondiale di raffinazione del petrolio, gas e petrolchimico. Per fornire greggio grezzo alle sue raffinerie, l’azienda ha creato una sofisticata rete di oleodotti e ponti sospesi che mantengono il petrolio greggio in circolazione 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per garantire l’integrità del sistema, PipeChina impiega un esercito di ingegneri il cui compito è ispezionare regolarmente questa intricata rete di condutture e ponti sospesi.

Uno di questi ingegneri di ispezione è Li Wei, Senior Manager di Pipeline Inspection, PipeChina Southern. In passato, lui e il suo team avrebbero ispezionato ogni struttura salendo sui ponti sospesi per cercare visivamente i difetti. Inoltre, avrebbe anche utilizzato sofisticate apparecchiature a terra per ispezionare i tubi del ponte, le saldature, i giunti, i morsetti, i rivetti, le travi, le capriate, le spalle in cemento, i cavi di sostegno del ponte e altro. Sebbene sia estremamente dispendioso in termini di tempo e manodopera, questo processo è necessario in quanto i ponti sono soggetti a corrosione, crepe, strappi, piegamenti, fratture, perdite, delaminazioni, restringimenti e danni da gelo-disgelo.

Con così tanti potenziali pericoli che potrebbero interessare i ponti sospesi, ispezionare queste strutture spesso remote è un compito a dir poco molto impegnativo. Non solo è laborioso e dispendioso in termini di tempo, ma anche pericoloso, costoso e dispendioso in termini di attrezzature. Ancora più importante, l’ispezione manuale limita la capacità di un ingegnere di fare confronti da un anno all’altro.

A peggiorare le cose, l’accesso ai ponti sospesi remoti non è sempre una passeggiata nel parco. Durante la stagione delle piogge, le strade possono essere inondate o il terreno può essere ostruito da detriti. Inoltre, possono verificarsi frane, i ponti potrebbero essere danneggiati a causa dell’innalzamento delle acque alluvionali e potrebbe essere presente fauna selvatica territoriale. Questo non solo rende il lavoro degli ingegneri molto più difficile, ma mette anche a rischio l’intero sistema se i ponti e le tubazioni non possono essere ispezionati correttamente.

Istituzione di una task force congiunta per l’ispezione dei ponti con i droni

Nel 2020, PipeChina ha collaborato con DJI per creare una task force congiunta progettata per esplorare la fattibilità dell’utilizzo di veicoli aerei senza pilota (UAV) o droni per ispezionare la rete di ponti sospesi di tubazioni di PipeChina. Dopo aver allestito un laboratorio di ricerca, condotto test e utilizzato droni per ispezionare i veri ponti di condotte in Cina, il team di PipeChina ha fatto diverse scoperte sull’ispezione dei ponti sospesi con droni. Innanzitutto, hanno scoperto che l’utilizzo di droni per ispezionare i ponti sospesi è estremamente efficiente ed economico. Non solo i droni sono più sicuri e più precisi, ma gli ingegneri possono anche usarli per ispezionare più frequentemente le infrastrutture del petrolio e del gas, il che può prolungare la vita di queste costose risorse.

Come PipeChina ha utilizzato i droni DJI per l’ispezione automatizzata dei ponti

Il team PipeChina e DJI ha utilizzato un Matrice 300 RTK e un Phantom 4 RTK (P4 RTK) per testare l’efficacia degli UAV sul campo. Una missione riuscita è stata sorvolata su un ponte sospeso a Luizhou, una città situata nella provincia di Guangxi, nel sud della Cina.

Dopo aver inizialmente mappato il ponte dal cielo con il P4 RTK e WayPoint Master, il primo compito del team è stato quello di decidere esattamente quali singole parti del ponte dovevano essere ispezionate dal drone. Come puoi immaginare, i ponti sospesi hanno molte parti critiche per la continuità complessiva delle strutture.

Successivamente, il team ha determinato il percorso più ottimale per l’UAV mentre volava sul ponte. Utilizzando DJI Terra, gli ingegneri di PipeChina hanno caricato le immagini raccolte dal volo iniziale del P4 RTK e hanno costruito un modello 3D del ponte sospeso della pipeline di Luizhou. Durante la visualizzazione del modello sui propri computer, il team ha quindi modificato la traiettoria di volo, i waypoint, le posizioni di inclinazione del gimbal e le impostazioni dello zoom della fotocamera per garantire che ogni aspetto importante del ponte fosse tenuto in considerazione. Inoltre, DJI Terra ha una funzione che ha permesso agli ingegneri di eseguire la traiettoria di volo simulata sui loro computer per ricontrollare che nessun dettaglio fosse perso. Consentendo agli ingegneri di regolare la traiettoria di volo comodamente dai propri computer, DJI Terra ha migliorato l’efficienza complessiva della missione.

In loco, un esperto pilota di droni ha inizialmente fatto volare l’UAV attorno al ponte per testare la traiettoria di volo e regolare i waypoint. Una volta che i waypoint sono stati accuratamente impostati lungo le aree chiave del ponte, gli ingegneri con un addestramento minimo sui droni potrebbero facilmente pilotare il drone utilizzando la sua traiettoria di volo pre-pianificata. E dopo aver selezionato questo percorso prestabilito, gli ingegneri hanno potuto sedersi mentre il drone volava da solo in ciascun waypoint e scattava automaticamente foto precise del ponte.

A causa del design complesso dei ponti sospesi con cavi, tiranti, travi e altri punti ristretti, è importante che il drone utilizzato disponga di sensori di rilevamento degli ostacoli integrati, come l’M300 RTK. Ancora più importante, con una potente fotocamera con zoom come Zenmuse H20, il drone raramente ha bisogno di volare vicino a qualsiasi ostacolo.

Dopo che i dati di volo sono stati registrati, gli ingegneri hanno utilizzato le immagini ad alta risoluzione scattate dall’UAV per analizzare e confrontare le foto sulla base di misurazioni lineari, di area e volumetriche. Durante l’ispezione di ogni foto in dettaglio per individuare ed evidenziare le aree problematiche, gli ingegneri hanno aggiunto annotazioni ed etichette a mappe e misurazioni che hanno migliorato i rapporti e le comunicazioni.

Per assicurarsi che nessuna pietra fosse lasciata intentata, hanno eseguito più simulazioni di volo e ottimizzato ulteriormente la traiettoria di volo e le impostazioni dei waypoint. Una volta soddisfatto, il team ha consentito all’algoritmo AI del drone di confrontare automaticamente le immagini in tempo reale acquisite durante il volo e di calibrare i migliori angoli di ripresa. Non appena tutto è stato confermato, il drone potrebbe quindi effettuare automaticamente la sua missione e scattare le migliori foto possibili senza la necessità di un pilota esperto di droni. E potrebbe ripetere la stessa traiettoria di volo più e più volte.

Come PipeChina ha confermato i risultati dell’ispezione automatizzata dei ponti
Dopo aver esaminato i dati registrati e aver modificato ancora una volta la traiettoria di volo, gli ingegneri sono quindi tornati al ponte sospeso, hanno lanciato il drone M300 RTK e hanno eseguito la traiettoria di volo pre-programmata che includeva 190 waypoint e numerose impostazioni della fotocamera e del gimbal. Per controllare due o tre volte i risultati, il team ha fatto eseguire al drone numerose volte la traiettoria di volo pre-programmata per verificarne l’affidabilità, la precisione e la ripetibilità.

Una volta acquisiti tutti i dati ad alta risoluzione in loco, il team è tornato nel proprio ufficio per confrontare e analizzare i dati. Di conseguenza, gli ingegneri di ispezione di PipeChina hanno riscontrato che le immagini raccolte da Matrice 300 RTK e Zenmuse H20 sono estremamente accurate e hanno determinato che l’uso di droni per ispezionare i ponti sospesi delle tubazioni non solo fa risparmiare tempo, ma è anche conveniente e molto più sicuro.

Poiché i test con i droni hanno avuto così tanto successo, Zhang ha continuato dicendo che si aspetta che i suoi ingegneri aumentino il tasso di ispezione dei ponti sospesi da una volta all’anno a una volta al trimestre o addirittura una volta al mese. Questa maggiore velocità di ispezione potrebbe portare a misurazioni più accurate e aiutare gli ingegneri a trovare più rapidamente i guasti nel loro vasto sistema di oleodotti, prolungando così la vita della rete e mantenendo il flusso del greggio.

Come funziona l’ispezione automatizzata con modalità di volo e waypoint intelligenti

Una volta che l’M300 RTK è in volo, un pilota può registrare la propria traiettoria di volo utilizzando la funzione di registrazione della missione dal vivo del drone quando l’UAV è in modalità di volo intelligente. Questo strumento altamente efficace consente ai piloti di registrare dettagli complessi del loro volo, nonché di impostare angoli della telecamera, impostazioni dello zoom e orientamenti del gimbal in ogni waypoint tracciato, quindi archiviare tali dati sulla scheda di memoria del drone. Inoltre, i piloti possono utilizzare facilmente il display touchscreen del radiocomando per selezionare rapidamente elementi mirati ed impostare waypoint o evidenziare aree di interesse.

Di conseguenza, il drone produce inquadrature fotografiche coerenti e ottiene risultati migliori. Soprattutto, una volta impostata la traiettoria di volo, l’ispettore deve solo avviare il piano di volo preregistrato e il drone eseguirà automaticamente le stesse identiche manovre registrate più e più volte. Ciò garantisce che un ponte possa essere ispezionato esattamente allo stesso modo ogni volta, consentendo così agli ingegneri di confrontare facilmente le immagini attuali con quelle delle missioni precedenti. Ciò evidenzia efficacemente potenziali problemi e crea una libreria di immagini storiche di ogni componente critico di ogni ponte nel sistema.

Non appena l’ispezione del ponte con il drone è terminata, gli ingegneri possono esaminare senza sforzo le immagini ad alta risoluzione del drone e cercare danni o altri problemi associati ai ponti sospesi. Pertanto, utilizzando i droni, gli ingegneri possono ispezionare i ponti molto più rapidamente ed evitare i pericoli comuni dell’ispezione dei ponti a piedi, e inoltre, possono svolgere missioni a distanza di sicurezza da luoghi difficili da raggiungere.

Funzionalità di ispezione aggiuntive dell’M300 RTK

Il Matrice 300 RTK dotato di uno Zenmuse serie H20 possiede una serie di funzionalità avanzate che rendono ancora più semplice l’ispezione del ponte con i droni:

• Offre batterie autoriscaldanti sostituibili a caldo con una stazione batteria a ricarica rapida per mantenere il flusso di energia durante la tua missione.
• Supporta tre slot di carico utile in modo che i piloti possano collegare strumenti aggiuntivi al drone (fino a 2,7 kg di peso aggiuntivo), come un riflettore, un altoparlante, LiDAR o altri carichi utili di terze parti.
• Fornisce un’interfaccia utente perfetta con Primary Flight Display, controllo a campione AI, foto della griglia ad alta risoluzione, funzionalità pinpoint e smart track e la possibilità di controllare la temperatura degli oggetti con un semplice tocco dello schermo.
• Include un gimbal a 3 assi autostabilizzante, messa a fuoco automatica, compensazione della temperatura ed esposizione automatica per garantire immagini chiare e coerenti.
• Hardware cinematico in tempo reale (RTK) integrato per un posizionamento accurato a livello di centimetro dei waypoint e Smart Oblique Capture per ridurre il numero di foto necessarie per rilevare una posizione.
• Simula le traiettorie di volo su modelli 2D e 3D esistenti e consente di aggiungere annotazioni ed etichette alle immagini in modo da poter individuare le aree problematiche.
• Incorpora doppia visione e sensori TOS su tutti i lati del drone e offre un faro anticollisione con 6 sensori direzionali e di posizionamento per evitare ostacoli avanzati.

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