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西門子正在研發(fā)一種系統(tǒng)化監(jiān)測系統(tǒng),它能夠利用無人機(jī)和三維圖像分析技術(shù)監(jiān)測各類管線、大型工業(yè)設(shè)施以及高壓配電系統(tǒng)中的電纜塔。
在我們看得見以及看不見的地方,管線如同動脈網(wǎng)絡(luò)一般遍布。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,管線一直是安全、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。但問題同樣存在,管線運(yùn)營商需要監(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。而在管線總長約占管線總長度(217萬英里,即350萬公里)65%的美國,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周會對管線進(jìn)行一次空中監(jiān)測。但是,這樣的外部監(jiān)測不僅成本不菲,而且通常缺乏相應(yīng)設(shè)備,無法判定管線覆土厚度是否滿足要求。
得益于精密的傳感器,無人機(jī)有比人類更為敏銳的視覺。不僅如此,無人機(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。
精確測量
然而,在不久的將來,西門子研發(fā)的技術(shù)將讓一切發(fā)生改變。來自西門子中央研究院的Claudia Windisch解釋說:“我們正在研發(fā)一種效率更高的全新監(jiān)測系統(tǒng)。它可以借助無人機(jī),從空中對管線覆土厚度進(jìn)行自動系統(tǒng)化測量。為了做到這一點(diǎn),我們會將移動設(shè)備、機(jī)載傳感器與智能圖像分析技術(shù)相結(jié)合。”
無人機(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,這些圖片將通過網(wǎng)絡(luò)接口傳送至西門子的管線分析平臺,由平臺根據(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)將通過網(wǎng)絡(luò)接口或在SCADA系統(tǒng)中發(fā)送給管線運(yùn)營商。
空中傳感器
每年,管線運(yùn)營商都會因泄漏、損壞和非法蒙受數(shù)百萬美元的損失。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)測管線。如果系統(tǒng)能在早期檢測出偏差,運(yùn)營商就能盡快采取應(yīng)對措施,防止可能發(fā)生的損壞或故障。”
在實(shí)際運(yùn)作過程中,相關(guān)人員將沿著管線閥站,以30到50公里的間隔布置無人機(jī)。如果管線過程控制系統(tǒng)中有傳感器報(bào)告異常,距離近的無人機(jī)將自行飛往異常管道段進(jìn)行檢測。無人機(jī)會將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng),由后者對異常狀況進(jìn)行分析并提出對策。西門子中央研究院的軟件專家Daniel Schall說:“為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),我們在現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)中結(jié)合了圖像和過程數(shù)據(jù)的自動分析功能。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)劃在德國和奧地利開展多次飛行試驗(yàn),以測試不同的傳感器系統(tǒng)、無人機(jī)和輕型飛機(jī)。
目前,無人機(jī)仍由人工遠(yuǎn)程控制。但在不久的將來,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)庫以支持更優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)。
建筑物監(jiān)測
除用于監(jiān)測管線之外,西門子的技術(shù)同樣適用于其它領(lǐng)域,如建筑物監(jiān)測等。大型辦公樓和工業(yè)建筑通常會消耗大量熱能。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。無人機(jī)可以輕便且安全地檢測到這些容易流失熱能的區(qū)域。
無人機(jī)搭載的紅外攝像頭能對建筑物散發(fā)的熱量進(jìn)行成像,然后將這些圖片與可見光譜圖片相結(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)測架空導(dǎo)線
架空導(dǎo)線是另一個可能的無人機(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)保型電動卡車供電。在這種應(yīng)用場景中,無人機(jī)同其他監(jiān)測設(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,專門的軟件將評估圖像,檢測松垂電纜、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)線是否及何時會損壞。有了這些信息,運(yùn)營商就可以盡早采取措施防止故障發(fā)生。
北極,冰山聳立,白雪皚皚,氣候嚴(yán)寒,人跡罕至。在一片仿佛與世隔絕的冰天雪地中,北極熊媽媽帶著小熊在厚厚的冰層上慵懶閑適地曬太陽。
北極熊媽媽帶著小熊慵懶地曬太陽。
忽然,遠(yuǎn)方一陣陣咔嚓咔嚓冰層破裂的聲音引起了它們的好奇,原來是一艘紅色的大船正在碾碎厚厚的冰層穩(wěn)步前行。
總長206米、大載重量為28500噸的奧達(dá)克斯號(Audax)從比利時啟航,經(jīng)過8天8夜的航行,到達(dá)位于俄羅斯亞馬爾半島上的薩別塔港。它正為大的亞馬爾液化天然氣項(xiàng)目運(yùn)送大型建造模塊。
2017年此項(xiàng)目投入運(yùn)行后,北極冰雪覆蓋下的能源寶庫將被打開,冰封了億萬年的油氣資源將被喚醒,為人類*地輸送寶貴能源。
目前,奧達(dá)克斯號是僅有的兩艘具備在北級冰凍季節(jié)連續(xù)運(yùn)輸能力的船舶之一。西門子*的電力推進(jìn)系統(tǒng)為它提供強(qiáng)大的動力保障,并優(yōu)化能源效率,對亞馬爾液化天然氣項(xiàng)目的進(jìn)展起到關(guān)鍵作用。
動力強(qiáng)勁
作為*艘破冰能力達(dá)1.5米的極地重載甲板運(yùn)輸船,奧達(dá)克斯號能同時承運(yùn)2個1萬噸的大型海工模塊,在厚厚的冰面上保持2節(jié)航速前行,相當(dāng)于每小時3.8公里左右。
可以說,亞馬爾液化天然氣項(xiàng)目能否如期投運(yùn),就全靠它和它的姐妹船普拉克斯號(Pugnax)來為天然氣工廠的建設(shè)運(yùn)送模塊了。
奧達(dá)克斯號采用西門子的電力推進(jìn)系統(tǒng),從發(fā)電、配電到驅(qū)動,保證船只能以強(qiáng)勁、節(jié)能的動力經(jīng)受極地破冰的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
輪機(jī)長Erik-John Gerssen表示:“對推進(jìn)系統(tǒng)大的挑戰(zhàn)是運(yùn)行狀態(tài)中的螺旋槳撞上冰塊時傳遞給推進(jìn)電機(jī)的巨大瞬時扭矩。西門子特別設(shè)計(jì)的推進(jìn)電機(jī)*經(jīng)得起扭矩變化的考驗(yàn)。”
奧達(dá)克斯號輪機(jī)長Erik-John Gerssen的工作是確保船上一切設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。西門子的電力推進(jìn)系統(tǒng)確保船只經(jīng)受住極地破冰的嚴(yán)峻考驗(yàn)。
換名話說,在極地冰區(qū),在螺旋槳葉片有可能面臨數(shù)百噸的沖擊力時,西門子推進(jìn)電機(jī)仍能持續(xù)輸出充沛動力確保船舶克服阻礙,保證船只在浮冰中順利航行。
在西門子電力推進(jìn)系統(tǒng)中,兩臺8兆瓦和兩臺7.6兆瓦的發(fā)電機(jī)為船只*地提供穩(wěn)定的電力。變壓器將產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)化為可供驅(qū)動系統(tǒng)和其他設(shè)備使用的電壓。中低壓配電柜則負(fù)責(zé)安全高效地將電力分配并傳輸?shù)酱闲枰牟糠帧6鴥膳_主推進(jìn)變頻器則與兩臺12兆瓦的主推進(jìn)電機(jī)*協(xié)同,適應(yīng)破冰狀態(tài)和正常航行時不同的功率需求。
在西門子電力推進(jìn)系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)為船只*地提供穩(wěn)定的電力。
“同時,瞬時扭矩變化對于電力系統(tǒng)帶來的負(fù)荷也必須考慮在內(nèi)。推進(jìn)電機(jī)配備的軟件和電力管理系統(tǒng)具備特殊功能設(shè)計(jì),保證破冰船穩(wěn)定的電力供應(yīng)。” Erik-John Gerssen談道。
奧達(dá)克斯號配備了西門子電源管理系統(tǒng)(PMS),一方面可以合理分配電力達(dá)到使用效率,使船只處于較經(jīng)濟(jì)節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài);另一方面,在情況下,可以保障電力分配到需要能源的關(guān)鍵設(shè)備,確保船只的可操作性。
奧達(dá)克斯號配備了西門子電源管理系統(tǒng)(PMS),確保電力的合理分配。在情況下,保障設(shè)備電力供應(yīng),提高船只的安全性和可操作性。
航行途中,船上機(jī)械設(shè)備、油料等各項(xiàng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)時刻保持透明可控。西門子基于Siship的全集成自動化解決方案實(shí)時收集和監(jiān)控各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),讓船長在駕駛室就能了如指掌。整合的西門子Siship電力推進(jìn)系統(tǒng)有助于提高奧達(dá)克斯號的整體效率和可靠性,減少油耗,從而降低運(yùn)營成本。
西門子基于Siship的全集成自動化解決方案實(shí)時收集和監(jiān)控各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),讓船長在駕駛室就能了如指掌。
遠(yuǎn)程維護(hù)
奧達(dá)克斯號遠(yuǎn)行北冰洋,如果設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常征兆,遠(yuǎn)在上海的西門子工程師也能通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷,讓問題在發(fā)現(xiàn)之初就得到妥善解決,提高船上設(shè)備的可用性和船只的安全性。
遠(yuǎn)程診斷服務(wù)主要能實(shí)現(xiàn)兩大功能:硬件診斷和遠(yuǎn)程軟件操作界面的修改。一旦船員發(fā)現(xiàn)問題,西門子工程師只需要登錄對方電腦,就可以讀取診斷信息。這種方式有點(diǎn)類似于QQ提供的遠(yuǎn)程協(xié)助。這樣一來,工程師無需再趕赴現(xiàn)場即可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng),為客戶節(jié)省時間、降低成本。
西門子(中國)有限公司過程工業(yè)與驅(qū)動集團(tuán)石油天然氣及船舶部遠(yuǎn)程診斷服務(wù)主管施慶華說:“有了遠(yuǎn)程診斷服務(wù)后,問題得到及時解決,客戶滿意,我們也高興。”
奧達(dá)克斯號遠(yuǎn)行北冰洋,如果設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常征兆,遠(yuǎn)在上海的西門子工程師也能通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷,讓問題在發(fā)現(xiàn)之初就得到妥善解決。
近些年來,在極地破冰船建造領(lǐng)域新技術(shù)不斷涌現(xiàn),并且得到了廣泛的應(yīng)用。西門子一直在密切關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展,并積極為船舶提供*的電力系統(tǒng)。
“在本項(xiàng)目中,西門子提供的電力推進(jìn)系統(tǒng)成為了極地破冰船型應(yīng)用的新*。從極地重載甲板運(yùn)輸船開始,西門子的*技術(shù)為船只的高可靠性、高效率和應(yīng)用性保駕護(hù)航,并將為極地探索和資源開發(fā)做出新的貢獻(xiàn)。” 西門子(中國)有限公司過程工業(yè)與驅(qū)動集團(tuán)船舶解決方案部項(xiàng)目總監(jiān)胡向東說。
肩負(fù)重任的奧達(dá)克斯號即將踏上新的航程。未來,西門子也將繼續(xù)探索創(chuàng)新船舶科技,為人類的海洋之旅增添新的動力!