倾斜摄影与GIS技术相结合的输油管道高后果区三维模型研究

倾斜摄影与 GIS技术相结合的 输油管道高后果区三维模型研究

安亮辉 周启超

航天宏图信息技术股份有限公司 山东济南 250101

摘要：输油管道高后果区范围内管道一旦发生事故将会造成严重的人员伤亡,财产损失以及环境破坏,快速、准确地识别高后果区，并对高后果区范围区涉及的人员、财产、居民楼、周边医疗设施、河流流向等做出明确的调查，才能在最短的时间内做出最优的处理方案，降低人员伤亡、财产损失、环境污染等。本文主要依据人口因素、建构筑物因素、特殊自然环境因素、经济因素等内容，采用倾斜摄影和GIS技术分析相结合的手段，对输油管道高后果区范围进行三维可视化、智能化管理。

关键词：输油管道；高后果区；倾斜摄影；GIS技术；三维可视化

0前言

高后果区指如果管道发生泄漏会对人口健康、安全、环境、社会造成很大破坏的区域。主要划分为人口密集区、基础设施区、环境敏感区三类。近年来我国长输管道发展、建设速度迅猛，尤其是最近的十几年基本形成了国内长输管道管网。国内长输管道管网日益完善的同时也需要面对不断给社会安全、人口安全、自然环境等带来的影响。仅山东省青岛市黄岛区和大连市金州区的输油管道泄漏爆炸事故就造成六十多人人死亡、直接经济损失达到7.5亿以上。因此，在经济迅速发展的同时必须高度注重社会安全，在不能避免事故发生的同时必须确保损失降到最低。

为了有效防止长输管道发生事故对人民健康、安全、环境、社会造成的重大破坏，提前识别长输管道高后果区，并且准确的掌握高后果区范围环境、社会、人口、河流水域、医疗、警备等重要信息，作为更新频率高、耗时耗力耗资比较少的新兴技术手段倾斜摄影模型结合GIS分析将成为最有力的高后果区管理手段。相应的通过周期性的高后果区范围倾斜摄影模型的采集和对比，同时可以对于输油管道后期改道选址起到一定的作用。

1 国内外长输管道现状分析

1. 1. 全球长输管道现状

随着全球信息化水平的日益提高和工业水平的不断革新，油气在生活、生产中的重要性日益在提高。每个国家都在不断的完善油气管网，提升本国的油气的供应量。据统计全球在役油气管道数据截止2020年底总里程约201.9×104km，原油管道约40.1×104km，占管道总里程的19.8％；成品油管道约26.8×104km，占管道总里程的13.3％，天然气占全部管道66.9%以上超过135.0×104km。按照全球油气管道布局其中北美地区的油气管道总里程为84.17×104km，位居全球第一，占全球油气管道总里程的41.7％，欧洲地区欧洲在役油气管道总里程约31.50×104km，亚太地区在役管道总里程约28.64×104km ^[1]。

1. 2. 国内长输管道现状

根据统计数据我国 “十三五”时期累计建成长输管道4.6万千米，国内天然气管道总里程达到约11万千米^[2]。截止2020年底国内油气长输管道约占亚太地区管道总里程的50.6％，长度基本达到预期16.9万公里，其中天然气管道长度达到10.3万公里，天然气消费量达到3280亿立方米。

2 倾斜摄影

2.1 倾斜摄影的发展

随着刘先林院士团队2010年成功研发出SWDC-5第一款国产倾斜相机并在同年与东方道迩公司顺利完成长春市倾斜摄影工程项目之后，国内倾斜摄影的序幕正式被拉开。倾斜摄影改变了原有正射影像的从垂直角度拍摄的局限，融合近景测量和传统的航空摄影技术一跃成为测绘遥感领域的前沿技术。与此同时，国内倾斜相机的量产化和普及化，以及无人机倾斜摄影以成本低、效率高、航片分辨率高等优势迅速被行业所接受和应用生产^[3]。

2.2 实景三维技术流程

基于传统建模通过平面图作为参考，用三维模型制作软件的流程面临建模时间长、对建模人员水平要求高、精细度低、成本高等局限。倾斜摄影技术利用地物要素的垂直属性、倾斜影像和少量的地面控制点，利用专业三维建模软件构建基于真实影像地物纹理的高分辨率真三维模型。从而解决了传统建模的局限性，大大降低工作量、对技术人员的要求也不高同时不受拍摄物体的形状、状态和尺寸所限制。

2.3 技术优势

倾斜摄影技术具有以下优势:

1.高分辨率。倾斜摄影平台可以按照用户需求搭载于不同高度的飞行器，最高可以获取厘米级高分辨率的正射和倾斜影像。

2.真实地物要素纹理信息。基于多个相机倾斜摄影可以从不同角度读地物进行采集，弥补了正射影像只能垂直拍照的不足^[4]。倾斜摄影可以多角度、多方位的获取更加真实、丰富的纹理信息。

3.三维模型自动化生产。通过相控点以及垂直影像、倾斜影像的全自动联合空三加密，按照固定的数据格式，无需人工干预，即可全自动化纹理映射，同时构建高质量、高精度的三维倾斜模型。

4.真实的三维空间场景。自动化构建的三维模型，不仅具有真实的三维场景，拥有准确地物空间位置信息，并且对于地物、地貌等细节特征可以精细化展示。

3 基于三维倾斜摄影的高后果区管理系统

3.1  三维可视化数据采集范围

利用倾斜摄影技术快速构建目标区域三维空间场景，对长输管道高后果区区域快速进行调查。采集内容主要包括居民楼、社区、医院、派出所、消防大队、主要交通设施、河流流向、流速、最近的下游水坝、跨域公路、铁路以管道中心左右两公里范围，以及长输管道附属设施阀室、站场、里程桩、测试桩、转角桩、应急物资储备等涉及人员财产、社会环境、应急救急等。

3.2 三维可视化系统设计

长输管道三维可视化管理系统在高分比率三维倾斜摄影模型的基础上对各类关注信息进行单体化和可视化展示，同时提供长输管道横断面、泄露流向、事故应急、河流水域事故应急等应急预演、预判功能^[5]。

3.3 项目成果

依据最新可视化分析技术，此次项目成果主要包括倾斜摄影模型的建设、三维虚拟阀室、周边要素调查结果表、三维可视化分析系统四个内容。

1.倾斜摄影模型：倾斜摄影模型主要按照河流中心线两边200米进行数据采集，人口密集区按照管道中心线左右各250米范围进行数据采集。

2.三维虚拟阀室：对输油阀室周边地物地貌按照以阀室为中心点500米缓冲区范围，室内全视角进行虚拟三维阀室的建设。并对室内阀门、管道进行独立信息标注和说明。

3.周边要素调查：输油管道缓冲500米范围内的人群、居民楼、学校、商业区等信息的三维可视化。

4.三维可视化系统

三维可视化系统按照国内软件优先级别采用国产地理信息支撑平台Supermap10.1。基于阀室、高后果区三维数据管理与展示平台实现地理信息、输油管道两个层面的应用结合，以及市政、输油管道、阀室、高后果区等三维测绘展示系统管理平台的多层面展示，即建立三维输油管道、阀室和高后果区展示平台，基于市政管网、输油管道等实现三维管道管理平台。

4 讨论与总结

本文采用大疆无人机对选定输油管道管段按照管线中心线左右500m飞行建模生成高后果区三维倾斜摄影模型，最终Osgb文件利用Supermap10.1企业版进行模型的压缩、单体化，实现数据的高速加载和房屋、加油站等地物要素的单体化查询，模拟管道泄漏提供应急预演方案等。通过上述研究表明结合倾斜摄影与GIS技术对输油管道高后果区范围内数据采集，具有创新性、先进性和高效性。通过时效好、精度高的实景三维模型对输油管道高后果区进行采集，尤其在城市内部建筑物拥挤地区、穿跨越河流、铁路等危险地区，以及恶劣地质区和交叉跨越设施等复杂地区，可有效提高高后果区范围内人员、财产、居民楼、周边医疗设施、河流水域等调查数据的准确性和高效性，降低因环境因素导致的数据缺失和数据采集成本。

参考文献：

[1]白嘉祺.我国油气管道的建设现状与发展趋势浅析[J].中小企业管理与科技, 2016(4) : 98.

[2] 杨宏伟，张 松，管 磊等.基于GIS的油气管道高后果区识别研究[J]. 天然气与石油,2019,37(05)：119-124.文章中没有标注

[3] 曲林,冯洋,支玲美,高文慧. 基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模研究.测绘与空间地理信息，2015(3) : 38-39

[4] 李镇洲，张学之. 基于倾斜摄影测量技术快速建立城市3维模型研究[J].测绘与空间地理信息，2012，35（4）：117-119.

[5] 李 亮. GIS在油气管道完整性管理应用研究[Ｄ]. 西安:西安石油大学,2015.

作者简介：安亮辉，男，1988，10，26，甘肃省定西市，汉，单位：航天宏图信息技术股份有限公司，工程师，本科，研究方向：地理信息系统。