海底管道檢測數(shù)據(jù)管理與三維表達(dá)研究

【摘要】當(dāng)前海底聲學(xué)探測設(shè)備獲取的海底管道檢測數(shù)據(jù)以二維圖表形式提供給管理單位，顯得不夠直觀且數(shù)據(jù)管理效率低下。為解決這問題，本文討論了海底管道檢測數(shù)據(jù)主要構(gòu)成與數(shù)據(jù)邏輯一致性檢查，并基于SceneControl對海底管道三維場景模擬關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了杭州灣海底管道檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)高效統(tǒng)一管理與成果三維直觀表達(dá)。

【關(guān)鍵詞】海底管道；檢測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理；三維表達(dá)

1、引言

海底管道是指通過密閉的管道在海底連續(xù)地輸送大量油（氣）的管道，其優(yōu)點是輸油效率高、運油能力大，鋪設(shè)工期短、投產(chǎn)快，管理方便和操作費用低。但是由于海底管道多數(shù)埋設(shè)于海底土中一定深度，某些處于潮差或波浪破碎帶的管段（尤其是立管），受風(fēng)浪、潮流、冰凌等影響較大，存在極大的安全隱患，因此需要對海底管道進(jìn)行定期檢測和維護(hù)。海底管道檢測是指采用GPS定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，側(cè)掃聲納系統(tǒng)、淺地層剖面儀、多波束測深系統(tǒng)等多種海底聲學(xué)探測設(shè)備，獲取海底管道及其周圍水域的水深、地貌、地質(zhì)情況，用于分析管道的穩(wěn)定性及其后期維護(hù)更新。各種儀器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)處理后，海底管道檢測成果以二維圖表形式提供給相關(guān)管理單位。這種方式對高層海底管道管理者而言提供成果資料不夠直觀，圖表資料的理解需要相關(guān)專業(yè)背景。同時對管道檢測人員而言，圖表文件形式的數(shù)據(jù)管理效率極低，數(shù)據(jù)處理過程中邏輯一致性難以保持且可回溯性較差。為解決上述問題，迫切需要開發(fā)海底管道檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的高效統(tǒng)一管理與檢測成果的三維形象直觀表達(dá)。目前陸地管道信息系統(tǒng)與管道三維表達(dá)研究成果很多，為海底管道檢測數(shù)據(jù)管理和成果三維表達(dá)提供了借鑒。本文首先對ArcGIS Engine作了簡要介紹并分析SceneControl和GlobeControl的不同，其次討論了海底管道檢測數(shù)據(jù)主要構(gòu)成與數(shù)據(jù)邏輯一致性檢查，第三基于SceneControl對海底管道三維場景創(chuàng)建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，最后應(yīng)用于杭州灣海底管道檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2、海底管道檢測數(shù)據(jù)管理

海底管道檢測測量數(shù)據(jù)包括：1）管道平面位置。使用GPS結(jié)合海洋磁力儀與淺地層剖面儀獲取，在地質(zhì)條件較好的地段采用GPS與淺地層剖面儀進(jìn)行測量，獲得的淺地層剖面儀圖像清晰、易于判讀；在地質(zhì)條件較差的地段（如表層為鐵板沙的地段），由海洋磁力儀結(jié)合GPS來確定管線的平面位置。2）管道埋設(shè)深度。利用淺地層剖面儀測量，通過選擇掃頻信號組合、現(xiàn)場實時地設(shè)計調(diào)整工作參數(shù)測量河（海）底的浮泥厚度，在淺地層剖面儀圖上判斷出海底管道埋深。3）管道海底狀態(tài)數(shù)據(jù)。使用側(cè)掃聲吶與淺地層剖面儀采集，首先側(cè)掃聲吶按預(yù)設(shè)的掃測線對海底管道進(jìn)行粗掃，如有發(fā)現(xiàn)懸空跡象則在疑似懸空部分按“井”字形進(jìn)行加密掃測，同時結(jié)合淺地層剖面儀進(jìn)行加密測量，綜合測量結(jié)果確定管線海底狀態(tài)。4）水下地形數(shù)據(jù)。采用多波束測深系統(tǒng)測量，利用GPS RTK進(jìn)行定位，同時進(jìn)行測區(qū)內(nèi)相關(guān)潮位觀測。

3、檢測成果三維表達(dá)

海底管道檢測成果三維表達(dá)主要實現(xiàn)海底管道檢測信息的顯示、分析與查詢，主要包括海底淺層空間的三維場景創(chuàng)建、海底管道的三維表達(dá)與起點距標(biāo)注、不同檢測批次的海底管道數(shù)據(jù)比較分析、成果數(shù)據(jù)的查詢與顯示以及三維場景中沿管道的飛行模擬控制與視頻導(dǎo)出功能。海底管道三維場景創(chuàng)建是指利用ArcGIS Engine的SceneControl進(jìn)行海底管道檢測數(shù)據(jù)的三維表達(dá)，其主要步驟包括：1）使用水下地形測點數(shù)據(jù)建立管道所處海底地形數(shù)字高程模型（DEM），儀器采集的水下地形轉(zhuǎn)為xyz格式的文本數(shù)據(jù)，之后建立不規(guī)則三角網(wǎng)TIN用于表達(dá)數(shù)字高程模型；2）通過管道節(jié)點坐標(biāo)建立三維海底管道，使用ESRI的簡單三維線模型進(jìn)行表達(dá)[5]，可以設(shè)置管道的直徑、顏色；3）通過淺地層剖面數(shù)據(jù)建立三維海床，同時將經(jīng)過地理編碼過的側(cè)掃聲納TIFF圖像作為紋理加入到三維場景中；4）起點距標(biāo)注內(nèi)容來自管道節(jié)點中某個字段或外部的txt文件；5）不同檢測時間的海底管道數(shù)據(jù)以100m作為采樣間隔進(jìn)行疊加分析比較，按照XY平面坐標(biāo)偏差或者高程偏差兩種方式顯示，比較結(jié)果數(shù)據(jù)可以保存為圖像文件。海底管道三維場景飛行模擬時，同步顯示海底管道疊加分析成果：海底管道垂直偏差、平面偏差以及海底管道管頂與海床高度比較。由于SceneControl控件只支持同一份數(shù)據(jù)不同角度的同步顯示，無法實現(xiàn)主視圖顯示海底管道三維場景、窗口視圖顯示不同檢測批次海底管道比較數(shù)據(jù)功能，因此需要在SceneControl的底層事件中實現(xiàn)自定義擴(kuò)展。其核心思想為：在主視圖重載SceneControl控件的AfterDraw事件，用以獲取飛行時場景變化后的視點信息，在該事件中添加窗口視圖MapControl控件刷新函數(shù)，用于更新海底管道分析比較數(shù)據(jù)和MapControl視點位置。從本質(zhì)上理解，海底管道三維場景飛行模擬就是有一幀幀視圖刷新組成。通過底層擴(kuò)展對飛行時主視圖刷新事件的觸發(fā)實現(xiàn)窗口視圖聯(lián)動刷新，達(dá)到主視圖與窗口視圖同步顯示功能。

4、應(yīng)用實例

杭州灣海底管道北起平湖白沙灣、南至慈溪半掘浦閘，已于2004年完成鋪設(shè)并投入運行。采用管線自埋技術(shù)鋪設(shè)于海床表面，其中直徑30″管線在杭州灣北岸深槽段是采用定向鉆施工方法埋設(shè)在海床面下。自2005年起，檢測單位每年定期對海底管道進(jìn)行檢測，積累了豐富的實測資料。為了實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的高效統(tǒng)一管理與檢測成果的三維形象直觀表達(dá)，基于GIS技術(shù)開發(fā)了杭州灣海底管道檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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