无人机低空摄影测量技术在油气长输管道中的应用探析

无人机低空摄影测量技术在油气长输管道中的应用探析

李泽 李令伟

中石化江汉石油工程设计有限公司 湖北武汉 430073

摘要：

油气输送线路工程中带状地形图的测绘是一项针对性较强的测绘工作，面广、跨度大、周期长、测绘强度大，无人机低空摄影测量技术的发展和引入，能有效的降低外业劳动强度，弥补传统测绘的一些薄弱环节。一方面可以节省物力人力，缩短作业周期，节本增效；另一方面可以提高部分地区测绘精度。所以，无人机低空摄影测量技术值得业内人员细心研究，大力推广应用。

关键词 无人机；长输管道；低空；精度；摄像测量

1前言

作为一种新型地形施测方式，无人机遥感摄影测量技术作业模式灵活多变，易于操作；设备和作业成本较低，受气候和场地影响较小；高效快速，能够获得高分辨率遥感影像。在小区域、地形复杂地区和快速测量方面具有得天独厚的优势，是航空摄影测量和航天遥感测量等传统方式的有效补充，近年来获得了飞速的发展。但与传统摄影测量方式相比，无人机低空遥感测量系统获得的影像存在像幅较小、像片较多、重叠率不规则和影像倾角过大等特点。旋翼无人机因其载重和平台稳定性方面比固定翼无人机略差，很少用于无人机低空遥感摄影测量领域。但是因为其具有垂直起降和空中悬停等特点，随着飞控的发展，旋翼无人机在市场中得到了越来越多的应用。本文以旋翼无人机为飞行平台，设计并组建了一套无人机遥感摄影测量系统，并对其可行性进行了实验验证，实现了多幅无人机影像的后期处理和拼接^[1]。

2无人机低空摄影测量技术基本原理和技术特点及优势

2.1无人机低空摄影测量技术工作原理

无人机低空摄影测量技术，以获取高分辨率数字影像为应用目标，以无人驾驶飞机为飞行平台，以高分辨率数码相机为传感器，通过3s技术在系统中集成应用，最终获取小面积、真彩色、大比例尺、现势性强的航测遥感数据^[2]。

2.2无人机低空摄影测量系统组成

1）无人机机载系统；

2）地面飞行监控系统；

3）影像处理系统。

2.3无人机低空摄影测量技术的特点和优势

无人机低空摄影测量主要用于基础地理数据的快速获取和处理，为制作正射影像、地面模型或基于影像的区域测绘提供最简捷、最可靠、最直观的应用数据，具有较大优势和显著特点。

2.3.1体积小、重量轻、机动灵活

无人机具有灵活机动的特点，受空中管制和气候的影响较小。

2.3.2精度高、测图精度可达1:1000

无人机为低空飞行，飞行高度在５０～１０００ｍ，属于近景航空摄影测量，摄影测量精度达到了亚米级，精度范围通常在０．１～０．５ｍ，符合大比例尺地形图的测图要求，能够满足多数工程建设的要求。

2.3.3成本相对较低、操作简单

无人机低空航摄系统使用成本低，耗费低，对操作员的培养周期相对较短，系统的保养和维修简便，可以无需机场起降。是当前唯一将摄影与测量集为一体的航摄方式，可实现测绘单位按需开展航摄飞行作业这一理想生产模式。

2.3.4周期短、效率高

对于面积较小的或呈狭长型形分布的大比例尺地形测量任务，受天气和空域管理的限制较多，大飞机航空摄影测量成本高；而采用全野外数据采集方法成图，作业量大，周期长，成本也比较高。而将无人机遥感系统进行工程化、实用化开发，则可以利用它机动、快速、经济等优势，在阴天、轻雾天也能获取合格的影像，从而将大量的野外工作转入内业，既能减轻劳动强度，又能提高作业的效率和精度。

3工程应用实例

某储气库联络线工程，线路总长约40千米，要求测量带宽300米，成图周期9天。若采用单一的RTK施测模式，仅外业就需8天（2个测量组，每组每天可完成2.5千米长度的的数据采集和草图绘制，40/(2*2.5)=8），再加内业绘图和最终检查时间，9天远远不够。为满足作业周期要求，经项目组讨论决定，采用“RTK+无人机低空摄像”的模式。利用无人机低空摄像测量技术获取测区的三维模型和点云数据，利用RTK施测管道预设中线和航飞影像检查点的三维坐标^[3]。这样，外业时间就缩短到了4天（2个测量组，每组每天可完成5-6千米长度的的数据采集，40/(2*5)=4），从而为内业成图提供了宽裕的时间，也保证能按工期顺利提交测量资料。

3.1影像获取与处理

使用的无人机型号为大疆精灵4rtk，配备6块随箱电池，飞行航高设定为150米，航向重叠率65%，旁向重叠率80%，单架次有效飞行时间约为18分钟。

3.1.1航飞区域规划设置

为保证测量带宽周边影像重叠足够，完好的解算出三维模型和正射影像，满足图纸出图要求，设置飞行宽度600米，在飞行航高150米的状态下，有9条航线^[4]。

3.1.2像控布设

像控点布设成纵向间隔300米左右的对点，对点间的横向间隔也约为300米，材料采用红白色自喷漆或布条，形状为1米见方的十字型、T型或L型。

3.1.3 DEM和DOM的生产

无人机航测外业完成后，采用瑞士Pix4D公司的无人机数据处理软件Pix4dMapper，通过光束法进行空中三角测量，完成区域网平差后由软件生成空三报告，然后进行DEM和DOM生产。

3.1.4利用RTK定位测量对空中三角测量精度的验证

表1 利用RTK定位检核预定检查点统计分析表（单位：米）

由以上二表统计分析可知，布设的检查点经过空中三角测量区域网联合平差后的三维坐标值和利用RTK定位测量采集的三维坐标值差值都在规范标准规定的限差内，特别是平面坐标远低于规定的中误差值，充分说明了无人机低空摄影测量满足油气长输管道工程的测图精度。

4提高航飞成果精度的有益措施

1）选择有利的航飞时间；

2）尽可能增加重叠率；

3）像控点布设在和周边环境对比教为明显的理想位置且满足数量要求；

4）不断提高作业人员的飞行实操和内业处理技能；

5）选用配备高像素高分辨率照（摄）相机和抗风防抖技术成熟的新型无人机。

5结论

在社会经济快速发展的同时，使得无人机低空摄像测量技术得到了显著的进步，并且有效的促进了无人机低空摄像测量技术的适用性。油气长输管道工作中利用无人机低空摄影测量进行作业，是个可行的作业模式，是新形势下测量工作的创新，是对其他作业模式的有益的补充，可以取得事半功倍的效果。所以，我们测量人需要全面的掌握无人机低空摄像测量技术相关专业理论知识，结合专业系统实际情况，高效切实的运用之，最大限度的提升其的整体应用效率，必将成为测绘行业的发展趋势。

参考文献：

[1] 梁运兴．无人机航空摄像测量技术在地形测绘中的应用探析[J]，科技传播，2018，10（14）：98-99.

[2] 段柏文．无人机航空测量在地形测绘中的应用[J]，资源信息与工程，2018，33（02）：135-136.

[3] 周永．无人机航摄在大比例尺地形图测绘中的应用研究[J]，城市建筑，2015（5）：246．

[4] 文国仓．江世会.浅析不同地形下的无人机航线设计[J]，测绘，2014，37（3）：105-107.

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