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型無人機

西門子正在研發一種系統化監測系統，它能夠利用無人機和三維圖像分析技術監測各類管線、大型工業設施以及高壓配電系統中的電纜塔。

在我們看得見以及看不見的(de)地方(fang)，管(guan)(guan)線(xian)(xian)如同(tong)動脈網絡一(yi)般遍布。它為(wei)(wei)我們輸(shu)送各類物(wu)資，從石(shi)油、天然(ran)(ran)氣，到(dao)(dao)(dao)氨(an)水(shui)、水(shui)，甚至啤酒。數(shu)十年來，管(guan)(guan)線(xian)(xian)一(yi)直是(shi)為(wei)(wei)安(an)全、高效的(de)運輸(shu)手段之(zhi)一(yi)，用(yong)以取代成本高昂的(de)公路或鐵(tie)路運輸(shu)方(fang)式(shi)。但問題(ti)同(tong)樣存在，管(guan)(guan)線(xian)(xian)運營商需(xu)要監(jian)控這些廣泛鋪設(she)在地表或深埋地下的(de)管(guan)(guan)線(xian)(xian)。事實上，許多關鍵管(guan)(guan)線(xian)(xian)上方(fang)的(de)覆土厚度(du)與管(guan)(guan)線(xian)(xian)處(chu)的(de)環境安(an)全密切相關。比如，在歐洲，法律規定地埋式(shi)天然(ran)(ran)氣和石(shi)油管(guan)(guan)線(xian)(xian)的(de)覆土厚度(du)必須達(da)到(dao)(dao)(dao)1米。而在管(guan)(guan)線(xian)(xian)總長(chang)約占(zhan)管(guan)(guan)線(xian)(xian)總長(chang)度(du)（217萬英里，即350萬公里）65%的(de)美國，管(guan)(guan)線(xian)(xian)埋設(she)深度(du)通(tong)常為(wei)(wei)地下3到(dao)(dao)(dao)6英尺。

一般(ban)情(qing)況下，直升飛機每隔2到4周會對管(guan)線(xian)進(jin)行一次(ci)空中監測。但是，這樣的(de)外(wai)部監測不僅成本不菲，而(er)且通(tong)常(chang)缺乏相應設備，無法判定管(guan)線(xian)覆土厚度是否滿足要求。

得(de)益于精密的(de)傳感(gan)器，無人機有比人類更為敏銳的(de)視覺。不僅如此(ci)，無人機操作(zuo)便捷、外(wai)形小巧、成本低廉，可以取代昂貴的(de)直升飛機，為提高基(ji)礎設施的(de)安全性(xing)和(he)效率創造了可能。

精確測量

然而，在(zai)不(bu)久的(de)將來，西門子研(yan)發(fa)(fa)的(de)技術將讓一切發(fa)(fa)生改變。來自(zi)西門子研(yan)究院的(de)Claudia Windisch解釋說：“我們(men)正(zheng)在(zai)研(yan)發(fa)(fa)一種效率更高的(de)全新(xin)監(jian)測系(xi)統(tong)。它可以借(jie)助無(wu)人機，從空中對管線(xian)覆土厚度進(jin)行自(zi)動系(xi)統(tong)化測量。為了做到這(zhe)一點，我們(men)會將移(yi)動設備(bei)、機載(zai)傳感(gan)器與智能(neng)圖像(xiang)分析技術相(xiang)結合。”

無(wu)人機配備(bei)彩(cai)色(se)攝像(xiang)頭(tou)和近紅(hong)外線(xian)(xian)攝像(xiang)頭(tou)，沿(yan)著地(di)下埋設(she)的(de)(de)長距(ju)離管線(xian)(xian)，按預先設(she)定的(de)(de)路線(xian)(xian)飛(fei)行，拍攝地(di)表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)照(zhao)片。未(wei)來，這些(xie)圖(tu)片將(jiang)通過網絡接口傳送(song)至西(xi)門子的(de)(de)管線(xian)(xian)分(fen)析平臺，由(you)平臺根據數(shu)(shu)據生成或更(geng)新(xin)管線(xian)(xian)表(biao)(biao)(biao)面三(san)維模型，并附上地(di)理坐標。Windisch表(biao)(biao)(biao)示：“該系統(tong)測(ce)量覆土(tu)厚度的(de)(de)精確度可(ke)(ke)達10厘米(mi)左右(you)。因此(ci)，這一系統(tong)能提供高質量的(de)(de)測(ce)量結(jie)果，便于進行可(ke)(ke)重(zhong)復的(de)(de)客觀分(fen)析。”完成分(fen)析后，數(shu)(shu)據將(jiang)通過網絡接口或在SCADA系統(tong)中發送(song)給管線(xian)(xian)運營商(shang)。

空中傳感器

每(mei)年，管(guan)線(xian)運營商都會因(yin)泄漏、損壞和非(fei)法盜取蒙(meng)受數百(bai)萬(wan)美元的(de)損失。而如果(guo)發(fa)生(sheng)泄漏的(de)地區人跡罕(han)至(zhi)，維護團隊往往需要耗時數日(ri)才能(neng)確定故(gu)障地點。西門子石(shi)油與天然氣業務管(guan)線(xian)解決方(fang)案負責人Mike Liepe表示(shi)：“我們正在(zai)研發(fa)一種自動三維圖像(xiang)分析系(xi)統，將幫助(zhu)客戶(hu)更經濟高效地監測管(guan)線(xian)。如果(guo)系(xi)統能(neng)在(zai)早(zao)期檢測出偏差，運營商就(jiu)能(neng)盡快(kuai)采取應對措施，防止可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)的(de)損壞或故(gu)障。”

在實(shi)際運作過程(cheng)中，相關人員(yuan)將(jiang)沿著(zhu)管線(xian)閥站，以30到(dao)50公里的(de)間隔布置無(wu)人機(ji)。如果管線(xian)過程(cheng)控(kong)制系統中有(you)傳感(gan)器報告異(yi)常，距離近的(de)無(wu)人機(ji)將(jiang)自(zi)行飛往異(yi)常管道(dao)段(duan)進(jin)行檢測(ce)。無(wu)人機(ji)會將(jiang)采集的(de)數據發送(song)至(zhi)控(kong)制系統，由后者對異(yi)常狀況進(jin)行分析(xi)并(bing)提出對策(ce)。西門子(zi)研(yan)究院(yuan)的(de)軟件專家(jia)Daniel Schall說：“為實(shi)現這(zhe)一目標(biao)，我們(men)在現有(you)的(de)SCADA系統中結合了(le)圖像和(he)過程(cheng)數據的(de)自(zi)動分析(xi)功能(neng)。異(yi)常和(he)缺陷(xian)將(jiang)顯(xian)示在真實(shi)的(de)三維環(huan)境中。這(zhe)些信息與SCADA系統提供(gong)的(de)可視化(hua)數據有(you)助于(yu)輕(qing)松查明故障，并(bing)快速采取措(cuo)施。”

研究(jiu)人(ren)(ren)員預(yu)計(ji)將于(yu)一年后完(wan)成研發，并(bing)計(ji)劃在(zai)德國和奧地利開展多次飛(fei)行試驗，以(yi)測試不(bu)同的傳感器系統、無(wu)人(ren)(ren)機和輕型飛(fei)機。

目前，無(wu)人機(ji)仍由人工(gong)遠程控制。但在不(bu)久的將來，他們將實(shi)現自主操控，并將為工(gong)作(zuo)人員提(ti)供不(bu)斷(duan)拓展的數據庫(ku)以支持更優化(hua)的基礎設(she)施(shi)維護。

建筑物監測

除用于監測管線(xian)之(zhi)外(wai)，西門(men)子的(de)(de)技術同樣適(shi)用于其它領(ling)域，如(ru)建筑(zhu)物監測等(deng)。大(da)型(xing)辦公樓和(he)工業建筑(zhu)通常會消耗大(da)量熱(re)(re)能(neng)(neng)。這些熱(re)(re)能(neng)(neng)需要(yao)留在建筑(zhu)物內(nei)部，而不應從幕墻或屋(wu)頂的(de)(de)隔熱(re)(re)性(xing)能(neng)(neng)不良的(de)(de)結構處逸出。無(wu)人機可以輕便且(qie)安(an)全地檢測到這些容易流失熱(re)(re)能(neng)(neng)的(de)(de)區域。

無人機(ji)搭載的(de)紅外(wai)攝像(xiang)(xiang)頭能對建筑物散發的(de)熱量進行成像(xiang)(xiang)，然(ran)后將這些圖(tu)片與可見(jian)光譜圖(tu)片相結合。所(suo)得到的(de)數據可用于計(ji)算出三維模型，以(yi)標明熱量流失的(de)地點。

密切監測架空導線

架(jia)空導線(xian)(xian)是另一(yi)個可能(neng)的無(wu)人機應(ying)用領域(yu)。架(jia)空導線(xian)(xian)系統不僅能(neng)為(wei)列(lie)車和纜(lan)車提供電(dian)力，而且(qie)也能(neng)為(wei)環保型(xing)電(dian)動(dong)卡車供電(dian)。在這(zhe)(zhe)種(zhong)應(ying)用場(chang)景中，無(wu)人機同其(qi)他監測設備一(yi)樣，沿規(gui)定(ding)路(lu)線(xian)(xian)飛行(xing)并(bing)為(wei)基(ji)礎(chu)設施拍攝照片(pian)。隨后，專門的軟件(jian)將評(ping)估圖像，檢測松垂電(dian)纜(lan)、故障電(dian)纜(lan)塔以(yi)及其(qi)他潛在風險。這(zhe)(zhe)種(zhong)軟件(jian)甚至可以(yi)確定(ding)架(jia)空導線(xian)(xian)是否及何時會損壞(huai)。有了這(zhe)(zhe)些信息，運營商就(jiu)可以(yi)盡早采(cai)取措施防止故障發生。

SIEMENS）公司生(sheng)產(chan)的(de)可編程序(xu)控制器在我國的(de)應用(yong)也(ye)相當廣泛，在冶金、化(hua)工、印(yin)刷(shua)生(sheng)產(chan)線(xian)等(deng)領域都有應用(yong)。西門子(zi)（SIEMENS）公司的(de)PLC產(chan)品包(bao)括LOGO，S7-200(CN)，S7-1200, S7-300，S7-400，工業(ye)網絡(luo)，HMI人機界面(mian)，工業(ye)軟件等(deng)。 西門子(zi)S7系(xi)列(lie)(lie)PLC體積(ji)小、速度(du)快、標準化(hua)，具有網絡(luo)通信能(neng)力(li)，功能(neng)更強，可靠性(xing)更高。S7系(xi)列(lie)(lie)PLC產(chan)品可分為微(wei)型PLC（如(ru)S7-200），小規(gui)模性(xing)能(neng)要(yao)求的(de)PLC（如(ru)S7-300）和中、高性(xing)能(neng)要(yao)求的(de)PLC（如(ru)S7-400）等(deng)。 

在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。 
 即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用

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