無人機(jī)遙感在油氣管道巡檢中的應(yīng)用初探

黃斌 鄭鵬 江曉光 孫海龍

摘要：由于我國國土面積較大，地形復(fù)雜，在進(jìn)行油氣管道鋪設(shè)時(shí)線路較長，并且經(jīng)常需要穿越森林、沼澤、沙漠等地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，這些復(fù)雜的區(qū)域人類很難進(jìn)入并且進(jìn)行準(zhǔn)確的勘探，這時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)就派上了很大用場。本文將對無人機(jī)遙感技術(shù)原理和圖像處理進(jìn)行分析，并且對于無人機(jī)遙感在油氣管道中的應(yīng)用加以闡述。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)遙感；油氣管道；巡檢

石油、天然氣資源是我國的重要資源，保證其安全的進(jìn)行輸送是一項(xiàng)重大任務(wù)。由于管道是石油天然氣資源的主要輸送方式，故不僅在前期管道鋪設(shè)過程中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而且在管道建成后如何保證管道的可靠性和安全性也是一項(xiàng)重要任務(wù)。油氣管道在鋪設(shè)過程中經(jīng)常穿山越嶺，所經(jīng)過的地質(zhì)地形條件十分復(fù)雜，部分地形復(fù)雜區(qū)域靠人工巡檢很難掌控，因此，在油氣管道中利用無人機(jī)遙感技術(shù)替代人工巡檢，成為了一項(xiàng)行之有效的方法。

一、無人機(jī)遙感技術(shù)原理分析

無人機(jī)遙感技術(shù)是無人機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)的結(jié)合，即利用無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環(huán)境、地震災(zāi)區(qū)等空間遙感信息，且完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)由于具有機(jī)動、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，目前已經(jīng)大量應(yīng)用于航空攝影測量等方面。在油氣管道巡檢這一領(lǐng)域，也逐步成為一項(xiàng)重要的巡檢手段。

無人機(jī)航測，是利用無人機(jī)系統(tǒng)攜帶航攝相機(jī)等設(shè)備，快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數(shù)字影像和高精度定位數(shù)據(jù)，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀模型、三維地表模型等二維、三維可視化數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行各類環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。而無人機(jī)巡檢，是利用無人機(jī)機(jī)動靈活，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以及無人機(jī)系統(tǒng)搭載的各種傳感器，對油氣管線進(jìn)行巡檢，特別是對人員難以到達(dá)的地形復(fù)雜區(qū)域，以及地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)性區(qū)域，進(jìn)行有效的預(yù)警，防止各種不安全因素對油氣管道產(chǎn)生破壞。在無人機(jī)巡檢的機(jī)型選擇方便，有固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)等，其中固定翼無人機(jī)主要進(jìn)行常規(guī)性巡檢，如監(jiān)測管道周圍有無施工或者地質(zhì)災(zāi)害；而多旋翼無人機(jī)常用在應(yīng)急性巡檢，如突發(fā)性事故等。在操作使用方面，多旋翼無人機(jī)可以在經(jīng)過培訓(xùn)后單人操作即可，對于突發(fā)事件有很大的幫助作用，借助機(jī)載圖傳系統(tǒng)，到達(dá)指定航點(diǎn)后可懸停，通過實(shí)時(shí)傳輸畫面對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)攝像，并且在應(yīng)急處理方面具有較大的優(yōu)勢[1]。

二、無人機(jī)遙感圖像處理

由于無人機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)拍攝的角度過大并且毫無規(guī)律可循，因此必須對無人機(jī)的拍攝圖像中的幾何變形進(jìn)行幾何校正，其中利用多項(xiàng)式的方式進(jìn)行幾何校正不失為一個(gè)準(zhǔn)確有效的方法。在多項(xiàng)式的方法中，忽略掉航拍圖像的變形等因素，將圖像變形看作是對圖像的平移、縮放、彎曲等形式，注重的是綜合效果。并且針對影像的校對前、后關(guān)系建立一個(gè)坐標(biāo)，其中相應(yīng)的點(diǎn)可以利用一個(gè)多項(xiàng)式來進(jìn)行表示，多項(xiàng)式的計(jì)算準(zhǔn)確度較高，能夠充分的滿足集合校正的需要[2]。

三、在油氣管道巡檢中無人機(jī)遙感的應(yīng)用

（一）在常規(guī)巡檢中的應(yīng)用

這里所說的在常規(guī)巡檢中的應(yīng)用主要是指對管道通道環(huán)境的監(jiān)測，是針對平時(shí)正常狀態(tài)下的一種巡檢。管道通道通常是長距離、大面積的，在利用無人機(jī)進(jìn)行航拍時(shí)，首先要將高清可見光相機(jī)搭載到無人機(jī)上，并且設(shè)置好拍攝航線，之后無人機(jī)就會按照所設(shè)定的航線進(jìn)行自動飛行拍照。在拍照完畢后，可以對獲得的影像和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成DOM，之后對測區(qū)進(jìn)行全景影像拼接。通過不同期的影像對比，可以發(fā)現(xiàn)管線是否存在開挖、占壓、滑坡、塌陷等情況。

基于無人機(jī)遙感具有低成本、安全性高、機(jī)動性強(qiáng)等特點(diǎn)，對我國的日常建設(shè)項(xiàng)目的驗(yàn)收工作也起到了重大的作用。例如，在我國的京滬高速鐵路項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收工作中，無人機(jī)就發(fā)揮了巨大的作用，有關(guān)部門利用無人機(jī)傳輸回的數(shù)據(jù)和影像作出了對后期環(huán)境處理方面的重大決策[3]。

（二）在特殊巡檢中的應(yīng)用

這里所說的在特殊巡檢中的應(yīng)用主要是指當(dāng)管道發(fā)生故障時(shí)的監(jiān)測，是針對管道、環(huán)境等應(yīng)急突發(fā)狀況下進(jìn)行的巡檢工作。當(dāng)管道發(fā)生油氣泄漏等緊急情況時(shí)，畢竟管線埋在地下，不是裸露于地表，通過無人機(jī)定期獲取影像能夠快速的發(fā)現(xiàn)管線是否有沉降、破壞、破損、或者違法施工開挖，雖然進(jìn)行施工開挖比較好發(fā)現(xiàn)，但是對于埋在地下的管線，破損和破壞很難發(fā)現(xiàn)，沉降又需要利用特殊的手段才能實(shí)現(xiàn)，因此利用無人機(jī)遙感系統(tǒng)是最快速有效的，它將迅速對現(xiàn)場進(jìn)行勘察，并且將最新的數(shù)據(jù)以及圖像發(fā)送給人類，便于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題的所在，并針對問題盡快制定出切實(shí)可行的應(yīng)對措施。在對環(huán)境應(yīng)急中的應(yīng)用也很多，可以利用無人機(jī)遙控對事發(fā)現(xiàn)場污染物的排放等情況進(jìn)行勘察，并且能夠準(zhǔn)確的定位出環(huán)境敏感點(diǎn)的位置，為環(huán)保部門及時(shí)妥善的解決環(huán)境問題提供了便利。另外，也可以在無人機(jī)上搭載紅外成像儀，方便無人機(jī)進(jìn)行夜間工作，從而有效的發(fā)現(xiàn)夜間作案的人員和可疑車輛。目前我國對管線沉降的監(jiān)測方面研究也很多，比如通過不同時(shí)期影像，對高程進(jìn)行提取，通過高程的變化來判斷管線的沉降，但這目前來說都在實(shí)驗(yàn)階段，對無人機(jī)技術(shù)還在不斷的探索當(dāng)中[4]。

四、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化水平的提高，無人機(jī)技術(shù)也得到了的逐漸的發(fā)展和成熟，目前無人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)不僅僅是在油氣管道巡檢方面應(yīng)用眾多，其遙感系統(tǒng)已經(jīng)逐漸在我國的秸稈焚燒，土地征地之前的房屋外貌取證等多個(gè)領(lǐng)域有所涉及。無人機(jī)遙感技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，將成為日后發(fā)展建設(shè)中必不可少的一項(xiàng)技術(shù)，無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展也要跟緊時(shí)代的步伐，符合社會發(fā)展的需求，其發(fā)展前景將無可限量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李器宇，張拯寧，柳建斌，郭峰，李明.無人機(jī)遙感在油氣管道巡檢中的應(yīng)用[J].紅外，2014，03：3742.

[2]武海彬.無人機(jī)系統(tǒng)在油氣管道巡檢中的應(yīng)用研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，09：105106.

[3]常文見，孟凡輝，王倉，潘杰.無人機(jī)遙感技術(shù)在長輸管道中的應(yīng)用探討[J].價(jià)值工程，2013，32：197198.

[4]楊偉，楊帆.無人機(jī)在長輸管道常規(guī)巡檢中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2015，11：132133.