祝梦花 曾 燕 杨序斌 王知音 邓亚飞

中石化地球物理公司地理地质信息勘查分公司

无人机遥感（UAV Remote Sensing）是近年发展起来的低空遥感数据获取与处理技术[1]，可自动化、智能化、专题化快速获取土地资源和环境等空间遥感信息[2]。无人机油气管道巡线具有响应及时、效率高、无需人工穿越困难地区，并且数据客观易于监管，可重复利用等优点。目前国内外已有很多研究关注到无人机遥感监测的突出优势[3-5]。本文设计构建了油气管道无人机遥感监测系统，并实际运用于无人机山区巡线及应急抢险中。

1 管道无人机遥感监测系统

1.1监测系统构成

管道无人机监测系统由三个基本环节组成：无人机遥感数据获取、遥感信息分析和管道监测技术应用（图1）。无人机、遥感器（数码相机、高清摄像机、双光吊舱等）、GPS、数据传输及预处理系统构成了无人机遥感数据获取系统。将遥感数据进行测量制图、目视判读以及计算机解译可以得到地物时空信息。在地理信息系统平台（油气管道安全监测预警平台）的支持下，将提取出的时空信息与其他多种信息结合起来，有效完成相关应用任务，实现管道监测系统的技术应用。

图1 无人机遥感监测系统构成

1.2无人机监测信息分析

（1）数字测量制图

数字测量制图旨在生成数字高程模型（Digital Elevation Model ，DEM）与数字正射影像（Digital orthophoto Map，DOM）、数字线划地图（Digital Line Graphic，DLG）等基础地理信息数据。无人机航空影像4D产品制作包括模型定向、空中三角测量、DLG线化、DEM提取与编辑、DOM制作几个环节。

（2）管道隐患信息提取

管道隐患自动/半自动提取流程如图2所示。根据数据源的不同，隐患提取分为两种方式。针对单时相影像，利用隐患特征库中的隐患特征在图中寻找管道裸露、水阀室损害、堡坎坍塌等管道及附属设施隐患。针对多时相影像，将前后两时相分别进行配准、图像差值/比值计算，然后提取变化点，编辑变化检测结果，去除伪变化，最终得到各类新增隐患。

图2 管道隐患自动/半自动提取流程

2 油气管道安全监测预警平台

2.1 平台系统架构

油气管道安全预警平台整体架构见图3。

图3  油气管道安全预警平台系统

2.2 平台软件功能

油气管道安全预警平台分为二三维信息展示、油气管道巡线、管线数据空间分析以及地理信息数据管理四个功能模块。

①二三维信息展示模块提供管道巡线数据的三维远程可视化，以及各类可视化操作、分析等交互功能。数据源包括地表各种人工建筑模型，公共地图服务底图，管道高清影像、线路走廊、沿线区域地表高程、人工巡线数据、无人机巡线视频、原始航片数据等。

②油气管道巡线模块以虚拟路径漫游的形式重现人工巡线及无人机巡线过程，通过选项开关、巡线时间轴、地理坐标轴等操作方式控制虚拟巡线路径，同步展示影像、视频与POS数据，记录感兴趣点信息。

③管线数据空间分析模块提供隐患分析报告生成、应急预演预案等功能。

④地理信息数据管理模块围绕地图底图瓦片库，影像数据库，全景影像数据库，矢量空间数据库，全文数据库，流媒体数据库等，提供数据建库和增、删、改、查、上传发布等操作；并配置各种数据的访问权限。

3 在复杂山区巡线及应急抢险中的应用

3.1山区管道巡线

无人机管道巡线主要用于河流穿跨越、沼泽、沙漠、山岭、森林、高后果区等复杂区域巡线，弥补人工巡线的不足，可分为单航带日常巡线、多航带周期性巡线和专题巡线三种巡检模式，其对比见表1。

重庆某山区成品油管道无人机巡检监测结果如图5～7所示。该管道全长97.46 km，途径5座海拔落差达200 m的山体，地形地貌复杂。图5(a-d) 为70.2 km单航带航片及视频结果，共提取出新挖坑洞、非法建筑、穿越池塘等隐患共计176处。

图5(ad)重庆某山区单航带日常巡检结果

图6(a-c) 为15 km高后果区多航带周期性巡检结果，包括管道带状DEM和DOM，影像数据都具有坐标信息，可直接在影像上看到管道走向及管道周边环境信息，同时进行水淹分析、油品泄漏蔓延分析、开挖土方量计算等多种三维分析。在基础地理信息的基础上，结合管道安全的相关条例进行缓冲区分析。在管道中心线两侧各5 m范围内，提取出挖坑、取土13处；在管道中心线两侧各50 m范围内，提取出居民建筑物233栋，湖泊3处，池塘8处，沟渠2处，管道穿越高速2条，普通公路15条，隐患专题分析图见图7。

图6(a-c) 重庆某山区多航带周期性巡检结果

图7 重庆某山区管道隐患专题分析图

3.2 管道应急抢险

管道应急抢险工作分为预警、响应、启动、处置、终止、评价与总结六大步骤。无人机可参与应急响应、处置、评价与总结三个环节，并发挥重要作用。在应急响应阶段，直接采用无控技术获取大区域事故现场影像及高清视频，快速获取宏观信息，辅助制定应急疏散方案，抢险物资进入方案及抢险力量部署方案。在应急抢险处置阶段，连续获取事故现场及周边危险地段正射影像、高清视频及720度全景，一方面监控现场施工进度，对作业区域进行风险评估；另一方面监控次生灾害信息，优化选线。在评价与总结阶段，提供解译专题图，结合事故发生前卫星遥感影像或者前期巡线成果，完成土地灭失、道路桥梁损毁等信息识别，为应急抢险工作评估提供数据支撑。

湖北某山区应急抢险监测如图8所示，损失评价结果见表2。

4 结论与展望

本文设计了油气管道无人机遥感监测系统，并通过具体案例介绍了无人机遥感技术在山区巡线和应急抢险中的实际应用。依托油气管道安全监测预警平台，无人机巡检方式在复杂地区油气管道日常巡检及管道应急抢险中均可发挥重要作用。

当前空域政策、无人机硬件设备以及数据处理技术水平是阻碍无人机在石油石化行业应用的主要瓶颈。目前油气管道安全监测应用中多以可见光传感器为主，高光谱、热红外等非可见光传感器具有很大应用潜力。国内无人机遥感技术在管道监测方面的应用还比较少，随着政策的规范、遥感硬件设备及数据处理技术的不断发展，其在油气管线安全监测领域的应用将越来越广泛。

参考文献：

[1]马泽忠,王福海,刘智华等.低空无人飞行器遥感技术在重庆城口滑坡堰塞湖灾害监测中的应用研究[J].水土保持学报,2011,25(1):253-256.

[2]欧新伟,周利剑,冯庆善等.无人机遥感技术在长输油气管道管理中的应用[J].科技创新导报,2011,15:17-18.

[3]ELLIS N. Inspection of power transscheme lines using UAVs[D].Toowoomba:University of Southern Queensland,2003:1-29.

[4]BRUGGEMANN T S,FORD J J,WALKER A R.Control of aircraft for inspection of linear infrastructure[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology,2011,19(6):1397-1409.

[5]常见文,孟凡辉,王仓等.无人机遥感技术在长输管道中的应用探讨[J].价值工程,2013(32):197-198.

作者：祝梦花，女，1990年生，硕士，中石化地球物理公司工程师，2015毕业于武汉大学摄影测量与遥感专业，现从事航空摄影测量、无人机巡线与GIS的研发等工作。

《管道保护》2017年第3期（总第34期）