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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、高效的運輸手段之一，用以取代成本高昂的公路或鐵路運輸方式。但問題同樣存在，管線運營商需要監(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，直升飛機每隔2到4周會對管線進行一次空中監(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，無人機有比人類更為敏銳的視覺。不僅如此，無人機操作便捷、外形小巧、成本低廉，可以取代昂貴的直升飛機，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，從空中對管線覆土厚度進行自動系統(tǒng)化測量。為了做到這一點，我們會將移動設(shè)備、機載傳感器與智能圖像分析技術(shù)相結(jié)合。”

無人機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。Windisch表示：“該系統(tǒng)測量覆土厚度的精確度可達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)送給管線運營商。

空中傳感器

每年，管線運營商都會因泄漏、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，維護團隊往往需要耗時數(shù)日才能確定故障地點。西門子石油與天然氣業(yè)務(wù)管線解決方案負責人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)濟高效地監(jiān)測管線。如果系統(tǒng)能在早期檢測出偏差，運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。”

在實際運作過程中，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。如果管線過程控制系統(tǒng)中有傳感器報告異常，距離近的無人機將自行飛往異常管道段進行檢測。無人機會將采集的數(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：“為實現(xiàn)這一目標，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)計將于一年后完成研發(fā)，并計劃在德國和奧地利開展多次飛行試驗，以測試不同的傳感器系統(tǒng)、無人機和輕型飛機。

目前，無人機仍由人工遠程控制。但在不久的將來，他們將實現(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。

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。

無人機搭載的紅外攝像頭能對建筑物散發(fā)的熱量進行成像，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)可用于計算出三維模型，以標明熱量流失的地點。

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險。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噸的奧達克斯號（Audax）從比利時啟航，經(jīng)過8天8夜的航行，到達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目運送大型建造模塊。

2017年此項目投入運行后，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，奧達克斯號是僅有的兩艘具備在北級冰凍季節(jié)連續(xù)運輸能力的船舶之一。西門子*的電力推進系統(tǒng)為它提供強大的動力保障，并優(yōu)化能源效率，對亞馬爾液化天然氣項目的進展起到關(guān)鍵作用。

動力強勁

作為*艘破冰能力達1.5米的極地重載甲板運輸船，奧達克斯號能同時承運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，相當于每小時3.8公里左右。

可以說，亞馬爾液化天然氣項目能否如期投運，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)運送模塊了。

奧達克斯號采用西門子的電力推進系統(tǒng)，從發(fā)電、配電到驅(qū)動，保證船只能以強勁、節(jié)能的動力經(jīng)受極地破冰的嚴峻挑戰(zhàn)。

輪機長Erik-John Gerssen表示：“對推進系統(tǒng)大的挑戰(zhàn)是運行狀態(tài)中的螺旋槳撞上冰塊時傳遞給推進電機的巨大瞬時扭矩。西門子特別設(shè)計的推進電機*經(jīng)得起扭矩變化的考驗。”

奧達克斯號輪機長Erik-John Gerssen的工作是確保船上一切設(shè)備的穩(wěn)定運行。西門子的電力推進系統(tǒng)確保船只經(jīng)受住極地破冰的嚴峻考驗。

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，西門子推進電機仍能持續(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。

在西門子電力推進系統(tǒng)中，兩臺8兆瓦和兩臺7.6兆瓦的發(fā)電機為船只*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。中低壓配電柜則負責安全高效地將電力分配并傳輸?shù)酱闲枰牟糠?。而兩臺主推進變頻器則與兩臺12兆瓦的主推進電機*協(xié)同，適應(yīng)破冰狀態(tài)和正常航行時不同的功率需求。

在西門子電力推進系統(tǒng)中，發(fā)電機為船只*地提供穩(wěn)定的電力。

“同時，瞬時扭矩變化對于電力系統(tǒng)帶來的負荷也必須考慮在內(nèi)。推進電機配備的軟件和電力管理系統(tǒng)具備特殊功能設(shè)計，保證破冰船穩(wěn)定的電力供應(yīng)。” Erik-John Gerssen談道。

奧達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到使用效率，使船只處于較經(jīng)濟節(jié)能的運行狀態(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，船上機械設(shè)備、油料等各項系統(tǒng)的運行狀態(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時收集和監(jiān)控各系統(tǒng)的運行參數(shù)，讓船長在駕駛室就能了如指掌。整合的西門子Siship電力推進系統(tǒng)有助于提高奧達克斯號的整體效率和可靠性，減少油耗，從而降低運營成本。

西門子基于Siship的全集成自動化解決方案實時收集和監(jiān)控各系統(tǒng)的運行參數(shù)，讓船長在駕駛室就能了如指掌。

遠程維護

奧達克斯號遠行北冰洋，如果設(shè)備運行出現(xiàn)異常征兆，遠在上海的西門子工程師也能通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程診斷，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。

遠程診斷服務(wù)主要能實現(xiàn)兩大功能：硬件診斷和遠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。這種方式有點類似于QQ提供的遠程協(xié)助。這樣一來，工程師無需再趕赴現(xiàn)場即可實現(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)動集團石油天然氣及船舶部遠程診斷服務(wù)主管施慶華說：“有了遠程診斷服務(wù)后，問題得到及時解決，客戶滿意，我們也高興。”

奧達克斯號遠行北冰洋，如果設(shè)備運行出現(xiàn)異常征兆，遠在上海的西門子工程師也能通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程診斷，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)。

“在本項目中，西門子提供的電力推進系統(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)用性保駕護航，并將為極地探索和資源開發(fā)做出新的貢獻。” 西門子（中國）有限公司過程工業(yè)與驅(qū)動集團船舶解決方案部項目總監(jiān)胡向東說。

肩負重任的奧達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！