油气管道工程中无人机航空摄影测量技术分析

油气管道工程中无人机航空摄影测量技术分析

康煜媛 景苏明 马东山 刘文川

中国石油工程项目管理公司天津设计院 天津 300457

摘要：在科技进步的今天，无人机航空摄影测量技术取得了长足的进步。为了检验无人机航空摄影测量技术在石油管线施工中的可行性，本文对其进行了一些论述，并对其主要技术及步骤进行了归纳，认为无人机航空摄影测量技术在石油管线施工中是切实可行的，为以后的有关工程项目的开展提供借鉴意义。

关键词：无人机；航空摄影测量；油气管道

引言：大部分的石油管线的传输距离较长，具有跨越区域等特性，一旦泄漏很可能导致重大事故，对社会和国民经济都会造成不可挽回的损害，因此，必须强化石油管线的安全监管。无人机在农业、电力、石油、地震、林业、气象、国土资源、公安、海洋水利、测绘、城市规划、影视拍摄等诸多领域中发挥了重要作用。无人机航空摄影测量技术在石油管线安全监测、隐患排除、应急救援等方面也发挥着重要作用。

1 无人机航空摄影测量技术概述

在地形测绘方面，无人机航拍具有较高的精度，能为使用者提供可靠的测量数据，而且使用费用低廉。无人机航拍的具体实施步骤是：现场象控点的布设、图像资料的采集；通过内业三加密、数字制图等技术，可以在较短的时间内获取高精度的低空图像数据。而且，无人机的适应性更强，一些人工难以抵达的区域，很难采集到地面的数据，而无人机的飞行环境和起降环境都不需要太多的限制，对各种地形的反应速度也很快。在进行地形测量时，将数字摄像机安装在无人机上，可以迅速获取地面图像的细节，并能迅速产生三维可视化数据，并将采集到的数据通过计算机进行传输，从而为地形图的绘制提供可靠的数据支撑。此外，该技术还可以与卫星遥感、航空测量技术相结合，具有很好的兼容性。

2 航空摄影测量在测绘中的优势

2.1 数字航摄仪的应用

航拍对于摄影技术的要求很高，一是要保证飞行器的稳定，二是要保证拍摄的准确性。数码航空摄影是现代国家普遍使用的一种高分辨率的测量仪；精度高，适合航拍，它的作用就是航空摄影，它有八个感应器和四个多频带感应器，产生影像的原理，可以简单概括为根据少量的红、蓝、绿、近红等色彩数据叠加而成。同时，为适应航空摄影的要求，它的影像常常是直观、易于阅读的。由于飞行器类型和测绘工作性质的差异，数码航摄系统需要满足各种尺度下的航摄需求，由于摄仪器中的方位要素是固定的，因此可以调整飞行器的高度，以达到对航摄地面分辨率的要求，保证航摄资料符合规范要求。与传统的测量方法相比，航拍测量具有成本低、灵活性高的优点，而且受天气和空域的影响不大，在城市规划、国土调查、油气管道建设、抗震救灾等方面都扮演着重要角色。

2.2 IMU/DGPS的应用

IMU/DGPS是一种综合导航技术，它由 INS和 GPS组成，两者在某种意义上是相辅相成的，它的作用就是帮助航空摄影测量和获取图像，从而获得更准确的图像。IMU/DGPS是一种在空中摄影的辅助手段，它可以为飞行器上的图像进行补充，并为其提供位置数据，经过系统的运算和计算，最后得到精确的坐标，是近年来航空摄影技术发展的一种新技术，可以减少测量工作的繁重和减少对地表布控的工作，从而大大减少了测量费用，提高了测量工作的效率和实用性，在野外、山区、森林等条件比较艰苦的地区，这项技术具有前所未有的优越性。

2.3 LIDAR激光雷达测量

LIDAR的高分辨率成像技术，并没有被用于航天摄影领域，它是一种广泛使用的新型技术，与空中摄影技术相融合，将会发挥出更大的作用，特别是在没有地图的情况下，更是如此。这项技术无需安装太多的控制节点，大大降低了工作成本，降低了工作时间，降低了工作的危险性，保证了工作人员的人身和财产安全，在测量的准确性上具有独特的优越感。

3 无人机航空摄影测量技术在地形测绘中的应用

3.1选取摄影平台

由于目前的照相测量技术大多是以航拍为主，所以测量平台的选取直接关系到测量的精度和质量。比如，可以使用电动滑翔机（既可以稳定，又可以定位），配合550,000像素的航拍系统，可以将这个功能最大化。

3.2影像畸变校正

航拍图像质量检验结果符合使用需求后，需要对图像进行失真修正，EasyMos方法采用了对摄像机失真的参量进行检测，并设置了输入与输出的目录，对每一架航拍图像进行了失真修正，并将其用于下一步作业的数据录入，从而达到了对飞行器三角网进行平差的要求。

3.3管线巡视

我国石油管线的长度较大；具有广泛的地域特征，一般原油管线穿越地区的地形复杂、变化多样，目前常用的巡检方法有人工巡检、光纤巡检、电子感应巡检和无人机巡检。人工巡视是目前最基础的一种，其工作量大、人力成本高、效率低，难以实现常态、全天24小时的巡视。光纤或电子监测器有很多问题，如：光缆和大多数外设的电感器误差较高，作用距离短，成本高，管道铺设困难。无人机可以进行大规模的例行巡逻，配备了可视和红外线两种光源，可以日夜监视，可以在特定的区域盘旋，一旦发现不对劲，就会立刻发出警报。

3.4交互编辑

图像的自动配准和调换工作结束后，要进行粗细差的选择，以保证各点均为同名点，并在同一时间，对所选区域进行缺陷或漏点检测。如果节点无法达到密码算法的需要，则需要人为添加节点以确保节点之间的连接。并且在各相位相交的相位差上应均匀地叠加多个角度，以确保控制网的强度。

3.5立体测图

通过对图像数据进行三次加密，然后将数据输入 MapMatrix，然后进行数据的核线取样。经过实际调研和分析，利用空间前景 MapMatrix可以根据外部方向要素产生最优的交叉点，使其运行更加方便，从而提高了地图绘制的工作速度和准确度。

3.6应急管理

在石油管线的事故中，很可能引发爆炸性的火灾，弥漫有毒、有害的气味，并且现场状况变化很大，非常危险。如果将无人机用于紧急处置，可以清楚识别现场状况，实现对潜在的隐患及时发现，减少能源浪费，环境污染，甚至可以预防灾难。在管线的紧急维修中，利用无人机获取的卫星图像，可以对管线的破坏位置、破坏程度进行评估，并对现场进行实时监测，监测事故的具体状况，并根据实际需要，制订相应的维修计划。

4 应用前景和展望

随着我国的不断发展，无人机的远程监控技术已经逐步向民用领域的方方面面发展，主要有：气象监控，矿产资源的勘查和监控、测量，突发事件处理，电源巡视等。在油气管道的检测中，无人机在海外已经得到了很好的推广，包括在山地管道监测、近海油气管道监测、次生灾难评估、石油泄漏和石油盗油点的现场定位等领域，目前在我国的应用还处在摸索的过程中。

与常规飞行器相比，无人飞行器的特点是：体积较小，重量较轻；其优点是成本低，易于维护，使用灵活。系统具有高效、机动、易操作、能完成高危险性的空中作业，是管线安全检测的新用途。通过使用无人机进行管线巡视，可以获取管线附近重要区域的资料，避免因人力不可及而导致的资料丢失，弥补了以往人力巡线方法的不足﹔在管道抢险中，利用无人机实时传回的视频影像，能清晰地识别现场情况，并能做到定点跟踪，第一时间掌握潜在风险位置，为险情救援节省时间。另外，可精确定位，不定时监控漏油点，可防止钻眼盗油现象的发生。另外，在高后果区识别、灾害识别、二次灾害评价等方面，无人航拍摄影技术同样具有重要意义。

现阶段，随着社会经济的发展，管道工业将会有较大的发展空间，而如何保证管道的安全和稳定运转是各大企业施工的首要任务。随着无人机技术的不断完善和发展，在管线的治理中，扮演着重要的角色。

5 结束语

因此，在实际运用中，需要重点关注的是：无人机的装备特性与参数、空中三加密的变形、地面目标的匹配、工作的获取精度、出图、处理精度等。测区气象条件是影响无人机航拍品质的关键因素，在航拍中可依据实际状况进行航拍；软件中的质量检验指数可以不计；利用自动化程度高、处理效率高、高品质的数字摄影测量系统，可以取得事半功倍的工作效率。

参考文献：

[1]万仕平，王洪生，罗沅．浅谈低空数码航空摄影在线路测量中的应用［J］．天然气与石油，2008，26(4):61－64．

[2]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．

[3]徐国杰，杨汝芬，张建国．油气管道工程线状LIDAＲ数据的快速DEM提取［J］．天然气与石油，2012，30(4):87－90．

[4]杨茂，廖亚东．数字高程模型上自动提取长距离断面数据［J］．天然气与石油，2006，24(1):67－69．

[5]陈尚云，王渊，马如坤．数码相机室外检校场建立方法研究［J］．测绘，2017，40(4):175－177．