無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)建研究

陶俊亦 張果 宋鑫 雍鵬

通過(guò)開展無(wú)人機(jī)技術(shù)與石油信息技術(shù)的深度融合研究，應(yīng)用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立集成野外勘察、應(yīng)急搶險(xiǎn)、輸氣管網(wǎng)巡檢等多業(yè)務(wù)的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)綜合管理和應(yīng)用平臺(tái)，將無(wú)人機(jī)獲取的影像視頻數(shù)據(jù)與EISS工程生產(chǎn)大數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工程生產(chǎn)數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的共享交互，為遠(yuǎn)程快速?zèng)Q策提供數(shù)據(jù)支撐。

石油天然氣現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)遍布高山、戈壁、沙漠與深海等環(huán)境惡劣場(chǎng)所，傳統(tǒng)的油氣管網(wǎng)人工巡檢方式存在工作量大、效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題，在野外勘察和井控應(yīng)急事件處置中基本依靠人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、靈活性差、信息滯后，難以快速、全面、直觀了解現(xiàn)場(chǎng)情況和科學(xué)決策，已不能滿足“安全、質(zhì)量、效益”的勘探開發(fā)新需求。針對(duì)上述問(wèn)題，利用無(wú)人機(jī)+信息技術(shù)，開展EISS工程數(shù)據(jù)融合、信息平臺(tái)搭建、圖像數(shù)據(jù)處理、地形地貌建模、影像智能識(shí)別等研究，助推油氣管網(wǎng)巡檢、野外勘探、應(yīng)急搶險(xiǎn)的傳統(tǒng)作業(yè)模式轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急監(jiān)測(cè)及處置安全快速、管網(wǎng)巡檢作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低、效率和可靠性高，促進(jìn)無(wú)人機(jī)在油氣勘探領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用。

應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立管網(wǎng)正射影像地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用4200萬(wàn)像素正射相機(jī)獲取高精度影像數(shù)據(jù)，通過(guò)航測(cè)軟件處理可得5cm分辨率正射影像，完成正射影像和影像元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)建立空間型影像數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)正射影像數(shù)據(jù)的一致性維護(hù)、并發(fā)控制和屬性數(shù)據(jù)的索引等，作為應(yīng)急搶險(xiǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行自然災(zāi)害輔助性普查，實(shí)現(xiàn)“上帝視角”管網(wǎng)布局全景可視化，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源向數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉(zhuǎn)變，為有效利用正射影像數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。

應(yīng)用Vue、webRTC等軟件技術(shù)和深度學(xué)習(xí)算法開發(fā)適用于油氣勘探領(lǐng)域的圖像智能識(shí)別功能，基于Pytorch深度學(xué)習(xí)框架建立模型訓(xùn)練平臺(tái)，將Yolo目標(biāo)檢測(cè)模型和Unet語(yǔ)義分割模型進(jìn)行融合改良，使模型能夠智能識(shí)別出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的輪廓特征和紋理特征并進(jìn)行泛化。同時(shí)在保證模型識(shí)別精確率的情況下，利用剪枝、知識(shí)蒸餾技術(shù)進(jìn)行模型壓縮，把模型識(shí)別時(shí)間控制在輸入視頻時(shí)長(zhǎng)的1.5倍以內(nèi)，使性能與運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)均衡。應(yīng)用深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)，建立基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的智能識(shí)別模塊，預(yù)警提示高風(fēng)險(xiǎn)管網(wǎng)段，讓計(jì)算機(jī)“看得懂”無(wú)人機(jī)巡檢視頻，自動(dòng)獲取異常點(diǎn)圖像信息，坐標(biāo)信息，距離起始點(diǎn)公里數(shù)，匯總生成無(wú)人機(jī)巡檢報(bào)告，準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上，節(jié)約分析處理時(shí)間60%，方便巡檢工人快速定位異常點(diǎn)位置，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)隱患。

四、無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)建

采用微服務(wù)的B/S架構(gòu)，應(yīng)用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立集成野外勘察、應(yīng)急搶險(xiǎn)、輸氣管網(wǎng)巡檢多業(yè)務(wù)的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)綜合管理和應(yīng)用平臺(tái)。將無(wú)人機(jī)獲取的影像視頻數(shù)據(jù)與EISS工程生產(chǎn)大數(shù)據(jù)相結(jié)合，依據(jù)業(yè)務(wù)需求把web服務(wù)、接口服務(wù)、視頻直播、圖像識(shí)別和任務(wù)管理等拆分成獨(dú)立的服務(wù)單元，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)和文件庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像視頻文件的存儲(chǔ)，采用圖形切片和緩存技術(shù)提升圖像數(shù)據(jù)的查詢和展示響應(yīng)性能，實(shí)現(xiàn)工程生產(chǎn)數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的共享交互；應(yīng)用GIS切片地圖展現(xiàn)技術(shù)整合管網(wǎng)圖、集團(tuán)A4地圖數(shù)據(jù)，在集團(tuán)A4地圖上精確展示集氣站點(diǎn)、管網(wǎng)走勢(shì)和無(wú)人機(jī)正射影像，為野外勘察、應(yīng)急搶險(xiǎn)、輸氣管網(wǎng)巡檢提供信息豐富、表現(xiàn)直觀的地理信息和影像數(shù)據(jù)支持；形成了從無(wú)人機(jī)駕駛、空域申請(qǐng)、圖像采集、傳輸、圖像數(shù)據(jù)處理到應(yīng)用發(fā)布的一套油氣勘探領(lǐng)域的無(wú)人機(jī)多功能集成的軟硬件集成方案，有效促進(jìn)了無(wú)人機(jī)在油氣勘探領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用。

該平臺(tái)功能涵蓋飛行任務(wù)預(yù)設(shè)、航線規(guī)劃、任務(wù)跟蹤、現(xiàn)場(chǎng)畫面直播監(jiān)控、圖像識(shí)別，以及根據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)可視化統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。在油氣勘探應(yīng)急搶險(xiǎn)中，后臺(tái)指揮中心工作人員可通過(guò)該平臺(tái)實(shí)時(shí)獲悉現(xiàn)場(chǎng)圖像、視頻，定位無(wú)人機(jī)位置及狀態(tài)信息等，并回傳至EISS系統(tǒng)，結(jié)合EISS系統(tǒng)工程、生產(chǎn)大數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和綜合分析。

通過(guò)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺(tái)，深化無(wú)人機(jī)在輸氣管網(wǎng)巡線中的應(yīng)用，在川慶公司威遠(yuǎn)、蘇里格區(qū)塊進(jìn)行了推廣應(yīng)用。目前川慶自營(yíng)區(qū)塊成功自主規(guī)劃并完成100公里的管網(wǎng)巡線，涉及93項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)位及露管等風(fēng)險(xiǎn)隱患19處，大大提升了管網(wǎng)巡查的時(shí)效性和安全性，獲取100GB的正射影像數(shù)據(jù)及高分辨率的全井場(chǎng)三維建模，累計(jì)視頻實(shí)時(shí)直播500分鐘。在XX1井等場(chǎng)景開展應(yīng)急搶險(xiǎn)功能現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，無(wú)人機(jī)飛躍井場(chǎng)獲取正射影像信息完整，展現(xiàn)井場(chǎng)布局，獲取鉆臺(tái)、防噴器、遠(yuǎn)控臺(tái)等重點(diǎn)關(guān)鍵位置的高清視頻和圖片，為應(yīng)急部門提供豐富的現(xiàn)場(chǎng)資料，在應(yīng)急處置工作中發(fā)揮了重要作用。

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，所有行業(yè)均可以在原始作業(yè)模式上得到信息化的加持，無(wú)人機(jī)在油氣勘探領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景作為一項(xiàng)持久且意義重大的創(chuàng)新需要持續(xù)的開拓與實(shí)踐。針對(duì)油氣勘探領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)無(wú)人機(jī)在油氣勘探領(lǐng)域的應(yīng)用試驗(yàn)，進(jìn)一步探索軟件平臺(tái)和無(wú)人機(jī)物理硬件的融合，開展無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用實(shí)踐，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的全自動(dòng)化、智能化的無(wú)人操作。

作者單位：中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院