淺析長(zhǎng)輸天然氣管道巡線工作的管理

摘要：智能巡線客戶端可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)查看、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警等功能，使巡檢工作更加智能化、精細(xì)化，提高了隱患監(jiān)測(cè)質(zhì)量，提高工作效率，確保管道安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸天然氣管道；巡線工作；管理

1 前言

天然氣主干管道長(zhǎng)期置于野外，易遭受外界因素的破壞，故日常的巡檢顯得異常重要。然而，巡線員多為沿線居民兼職，責(zé)任心參差不齊，時(shí)常出現(xiàn)敷衍了事、弄虛作假等現(xiàn)象。傳統(tǒng)的管理方式對(duì)巡線員工作狀態(tài)缺乏有效的監(jiān)督，不利于管道安全預(yù)警與事件及時(shí)處理。無(wú)人機(jī)巡檢管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)巡檢圖像預(yù)處理、圖像拼接、管線三樁一牌完好度識(shí)別、第三方施工識(shí)別及地質(zhì)災(zāi)害特征點(diǎn)識(shí)別等功能。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)分為三層，數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層。

（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用MicrosoftSQLServer，通過數(shù)據(jù)交換接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；數(shù)據(jù)庫(kù)記錄來(lái)自通訊管理模塊傳入的移動(dòng)端信息，并響應(yīng)和記錄WebService對(duì)數(shù)據(jù)的操作。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層。通訊管理模塊負(fù)責(zé)接收移動(dòng)巡檢終端的位置坐標(biāo)、事件報(bào)警等信息，并將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)支持短信交互；客戶端負(fù)責(zé)巡檢監(jiān)控的主要業(yè)務(wù)邏輯，包括巡線員位置實(shí)時(shí)展示、歷史軌跡回放、事件處理、短信交互等功能；而WebService作為客戶端與數(shù)據(jù)庫(kù)及通訊管理模塊的連接器，其中，客戶端與移動(dòng)巡檢終端的短信功能就是通過WebService與通訊管理模塊的連接與交互來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（3）表現(xiàn)層。裝有終端軟件的巡檢終端接收GPS衛(wèi)星信號(hào)完成對(duì)終端的自動(dòng)定位；在監(jiān)控PC端采用GoogleEarth把監(jiān)控目標(biāo)顯示在可視化的電子地圖上，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡線員的各種監(jiān)控操作，并通過監(jiān)控平臺(tái)向巡檢終端發(fā)布指令和信息。

2.2 系統(tǒng)功能

（1）電子地圖顯示。分圖層疊加顯示背景電子地圖、管道路由、巡檢管理和動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；提供樹狀圖層列表和顯示控制，以及圖形窗口的放大、縮小、漫游、距離/坐標(biāo)的量算等電子地圖的基礎(chǔ)功能，方便管理人員的監(jiān)控和查看。

（2）實(shí)時(shí)跟蹤。移動(dòng)巡檢終端工作后，通過GPRS將巡線員的位置信息發(fā)送至服務(wù)端通訊管理模塊，再解析接收到的信息，并獲得巡線員的位置，或者直接通過服務(wù)器發(fā)送指令，在地圖上顯示巡線員位置，避免跟蹤位置滯后于實(shí)際位置的問題。

（3）歷史軌跡回放。系統(tǒng)以天為單位進(jìn)行記錄巡線員的軌跡，再根據(jù)用戶輸入的查詢條件從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取歷史巡檢位置信息，以連續(xù)定位點(diǎn)連線的方式按巡檢順序?qū)v史軌跡顯示在電子地圖上。

（4）數(shù)據(jù)入庫(kù)。系統(tǒng)接收到移動(dòng)巡檢終端發(fā)送的信息后，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，再將解析出的信息（巡檢時(shí)間、經(jīng)緯度、人員編號(hào)、事件類型等）保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，最終在顯示終端讀取顯示。

（5）隱患管理。對(duì)管道周邊的安全隱患（如挖掘、碾壓等）進(jìn)行處理，其方式主要是現(xiàn)場(chǎng)溝通，隨后通過客戶端將處理結(jié)果記錄在案，并可隨時(shí)出具安全隱患統(tǒng)計(jì)信息，同時(shí)可查詢隱患發(fā)生地點(diǎn)。

（6）自動(dòng)報(bào)警。自動(dòng)報(bào)警的主要目的是監(jiān)控巡線員的巡檢路線，確保計(jì)劃的巡檢點(diǎn)均得到監(jiān)控，通過巡線員的巡檢位置，判斷其是否處于報(bào)警狀態(tài)，如巡檢位置距離管線超過50m、未按規(guī)定時(shí)間巡檢、或巡檢速度過快（違規(guī)乘坐交通工具）等，有以上情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

（7）雙向短消息。巡線員和管理人員之間相互通訊，PC客戶端通過服務(wù)器端可以將相關(guān)指令發(fā)送至移動(dòng)巡檢終端或者巡線員通過巡檢終端向服務(wù)器發(fā)送事件信息。

3 無(wú)人機(jī)智能巡檢關(guān)鍵技術(shù)

3.1 航拍圖像預(yù)處理技術(shù)

傳統(tǒng)的拼接技術(shù)需要圖像的正射影像圖，但在復(fù)雜環(huán)境下，無(wú)人機(jī)根據(jù)需要，按照規(guī)劃航路在管線上空盤旋機(jī)動(dòng)，不斷調(diào)整飛行高度、飛行姿態(tài)，圖像相對(duì)于地面坐標(biāo)系會(huì)發(fā)生幾何平移、旋轉(zhuǎn)、尺度變換等。針對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝圖片會(huì)產(chǎn)生幾何畸變的事實(shí)，要根據(jù)飛行航路、飛機(jī)俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、航向角，以及機(jī)載圖像探測(cè)器方位角、俯仰角等參數(shù)，獲得準(zhǔn)確的投影模型，使每幅圖像處于相同的坐標(biāo)平面上，實(shí)現(xiàn)圖像校正，同時(shí)估算出相鄰圖像重疊的區(qū)域，這樣能夠縮小后期尋找特征點(diǎn)需要掃描的范圍，減少拼接過程中需要處理的數(shù)據(jù)量。為達(dá)到圖像的無(wú)縫拼接，要考慮無(wú)人機(jī)飛行高度變化引起的圖像尺度變化，以及圖像旋轉(zhuǎn)校正的微小誤差。假設(shè)圖像存在線性的變換畸變u（X，a）=（u（X，a），v（X，a））。其中：X=（z，y），x和y是相對(duì)于圖像中心的像素水平和垂直坐標(biāo)，u和v表示圖像在水平和垂直方向像素的變化量，a表示被估計(jì)的變換6個(gè)參數(shù)（a0，a1，a2，a3，a4，a5），則u（X，a），v（X，a）分別為：

存在空間變換情況下的兩幅圖像相似性度量為：

E（a）=|I（X+u（X，a），t+1）?I（X，t）|（1）

通過估計(jì)最佳的a值，使式（1）數(shù)值最小。代入加權(quán)的圖像相似性度量，略去高階項(xiàng)得到近似的目標(biāo)函數(shù)為：

）= I（x+u（X，ao）·u（X，b）+I（X，ao）t-I（X，t+1）Qδ）（2）

對(duì)式（2）的b的各分量分別求偏導(dǎo)，當(dāng)這一迭代過程收斂或迭代一定次數(shù)時(shí)，也就得到最佳匹配位置的定位參數(shù)。

3.2 圖像融合算法

圖像融合的目的是選擇合適的方法來(lái)完成圖像拼接，避免拼接后的圖像出現(xiàn)明顯的拼接縫隙，甚至有模糊和失真等現(xiàn)象。目前，常用的圖像融合技術(shù)有直接平均融合法和加權(quán)平均融合法。采用直接平均融合法拼接出來(lái)的圖像往往會(huì)有比較明顯的拼接痕跡。本文采用漸入漸出的加權(quán)平均融合法進(jìn)行圖像融合，則用該方法融合的圖像可以描述如下：

式中，w1和w2表示重疊區(qū)域的權(quán)重，它們與重疊區(qū)域的寬度width滿足如下關(guān)系：

其中0

在重疊區(qū)域，隨著width的增大，w1從1漸變?yōu)?，w2從0漸變?yōu)?，這樣就可以在圖像融合過程中，重疊區(qū)域由I1平滑地過渡到I2。采用這種方法拼接的圖像能有效消除拼接縫隙，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明，無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)在特殊地段的巡檢能夠彌補(bǔ)人工巡檢的不足，提升巡檢效率和質(zhì)量。下一步將對(duì)無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)與生產(chǎn)管理的深度結(jié)合及經(jīng)濟(jì)收益的提升進(jìn)行探索研究，進(jìn)一步提高天然氣長(zhǎng)輸管道巡線的效率和質(zhì)量，促進(jìn)管道安全管控水平的進(jìn)一步提高。

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作者簡(jiǎn)介：蔡潔潔（1987年10月6日），女，漢族，山東省菏澤市，碩士研究生，助理工程師，主要從事長(zhǎng)輸天然氣管道的管道保護(hù)工作

（作者單位：山東省天然氣管道有限責(zé)任公司）