基于二三維的管道可視化展示平臺(tái)研究

劉偉 趙淑媛 毛愛(ài)芹

摘要：近年來(lái)，管道可視化管理方式日趨流行，從影像到空間數(shù)據(jù)，從二維到三維的展示方式都在管道上得到了良好應(yīng)用，但是缺乏綜合系統(tǒng)的可視化的應(yīng)用案例。本文闡述了一種基于二三維的管道可視化展示平臺(tái)，借助地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星影像、傾斜攝影、APDM二維建模、Unity3D建模等多源空間數(shù)據(jù)及多媒體信息進(jìn)行某管道全生命周期的可視化管理，為管道日常巡檢、應(yīng)急資源支持、高后果區(qū)及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等工作提供及時(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐，確保了管道安全平穩(wěn)高效運(yùn)行。展望未來(lái)，基于全三維的數(shù)字孿生體的構(gòu)建及應(yīng)用技術(shù)正在發(fā)展，這也是管道從數(shù)字管道、透明管道邁向智能管道的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：二三維;數(shù)字化;可視化展示

1.引言

管道可視化管理方式日趨流行，從影像到空間數(shù)據(jù)，從二維到三維的可視化展示方式都在管道上得到了良好應(yīng)用，但是應(yīng)用方式相對(duì)單一零散，目前大多數(shù)管理方式都是以APDM二維建模為主缺乏綜合系統(tǒng)的應(yīng)用。

2.方案設(shè)計(jì)

總體架構(gòu)基于完整性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)與地理信息技術(shù)，建立基于二三維、全景影像、影視宣傳片等多種技術(shù)手段，以不同角度、全方位對(duì)某管道進(jìn)行可視化展示，包括建設(shè)期的建設(shè)過(guò)程及周邊環(huán)境，運(yùn)營(yíng)期的重點(diǎn)地段的實(shí)景三維及場(chǎng)站的三維模型，最終將這些信息在可視化展示平臺(tái)進(jìn)行展示，滿(mǎn)足公司業(yè)務(wù)部門(mén)對(duì)管線(xiàn)可視化管理的需要，總體架構(gòu)如下圖所示：

3.方案實(shí)現(xiàn)

3.1.開(kāi)發(fā)基于二三維的管道可視化展示系統(tǒng)

根據(jù)總體架構(gòu)，首先開(kāi)發(fā)基于二三維的管道可視化展示系統(tǒng)。用戶(hù)交互主要從二維管道展示、三維展示、影像展示、管道運(yùn)行數(shù)據(jù)展示等四個(gè)方面，用戶(hù)交互以通過(guò)不同的技術(shù)手段，從不用的角度為用戶(hù)提供對(duì)管道設(shè)施的展示效果，功能結(jié)構(gòu)如下圖：

3.2.管道建設(shè)期宣傳片拍攝

管道為山地管道，沿線(xiàn)經(jīng)過(guò)喀斯特地貌，最大落差超過(guò)500米。采用無(wú)人機(jī)等多種視頻拍攝方式記錄了管道建設(shè)過(guò)程，尤其是高落差等重點(diǎn)地段的建設(shè)過(guò)程，確保管道建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，為后續(xù)管道安全管理也積累了原始素材。

3.3.管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)二維建模

管道中心線(xiàn)、設(shè)備設(shè)施、周邊環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的APDM數(shù)據(jù)模型，APDM數(shù)據(jù)模型有利于數(shù)據(jù)的共享交換，也有利于數(shù)據(jù)的維護(hù)、更新和存儲(chǔ)。為此，本管道所涉及的采集內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)及要求均基于APDM數(shù)據(jù)模型，最終錄入到該可視化平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。

3.4.特殊區(qū)段實(shí)景三維建模

通過(guò)無(wú)人機(jī)+五鏡頭獲取測(cè)區(qū)的高分辨率航空影像，野外實(shí)測(cè)一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)進(jìn)行空中三角測(cè)量獲取航空影像精確外方位元素，建立立體模型，利用影像匹配技術(shù)生成數(shù)字表面模型，對(duì)航空影像進(jìn)行微分糾正和映射紋理，生成真三維模型。

3.5.站場(chǎng)閥室手工三維建模

本次項(xiàng)目需要建立4座站場(chǎng)三維模型和9座閥室三維模型，采用Unity3D人工建模技術(shù)，建模范圍見(jiàn)下表：

Unity3D模型展示具有良好的場(chǎng)景模擬能力，能夠非常形象直觀地反映管道、設(shè)備、建構(gòu)筑物、場(chǎng)地、地形等的實(shí)際大小、位置、相互關(guān)系，再進(jìn)一步疊加要表達(dá)的主題信息后，使用戶(hù)可以任意選擇視角或漫游，迅速了解場(chǎng)站和管道的情況。

4.總結(jié)展望

本文闡述了一種基于二三維的管道可視化展示平臺(tái)進(jìn)行某管道全生命周期的可視化管理，為管道日常巡檢、應(yīng)急資源支持、高后果區(qū)及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等工作提供及時(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐，確保了管道安全平穩(wěn)高效運(yùn)行[1]?；谌S的輕量化的數(shù)字孿生體的構(gòu)建及應(yīng)用技術(shù)正在發(fā)展，需建設(shè)與物理管網(wǎng)相對(duì)應(yīng)的虛擬管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)管道生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、自動(dòng)化，最終滿(mǎn)足智慧管道的建設(shè)需求[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 稅碧垣.智慧管網(wǎng)的基本概念與總體建設(shè)思路[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2020，39（12）：1321-1330.

[2] 熊明，古麗，吳志鋒，鄧勇，李雙琴，鄒妍，等.在役油氣管道數(shù)字孿生體的構(gòu)建及應(yīng)用[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2019，38（5）：503-509.、