马玉宝 么惠平 霍冠良 兰才富 黄梓轩 李明

国家管网集团西南管道公司南宁输油气分公司

摘  要：介绍了三维全景技术用于山区管道可视化完整性管理的实现路径。利用无人机对山区管道、高后果区等进行多方位影像采集，经过技术处理和渲染拼接，绘制管道走向，导入全景平台合成球形全景图，以此为基础，添加管道标识、穿跨越河流、高后果区等基础信息，搭建山区管道可视化管理平台，实现山区管道的可视化完整性管理。

关键词：山区管道；三维全景；无人机；可视化管理

山区管道沿线地形地貌复杂，地质灾害频发，管道应急抢险进场难度大。但管道地面标识、穿跨越河流、高后果区等基础信息以文字或表格等传统形式存档，不便于应急指挥和现场处置对照查阅。三维全景技术是一种虚拟现实技术，具备全方位缩放，任意场景、方向、角度的三维显示功能，并满足PC端与移动端在线浏览[1]。采用三维全景技术构建管道可视化完整性管理平台, 按需要进行个性化展示，提高内容及要素的可读性，可更直观、更全面地了解山区管道上方及周边地物地貌，从而有效提升完整性管理水平。

1 可视化管理实现路径

1.1 数据采集方式

选用大疆DJ Mavic 2 pro无人机进行现场影像的快速采集。该机型搭载三轴稳定云台及 2000万有效像素的4K球形相机，照片最大分辨率可达5472×3684，拥有GPS+GLONASS卫星定位模块、障碍物感知和全向感知系统等功能，采用4G网络提供信号连接及数据传输，通过连接移动设备用于设置飞行参数、 规划飞行线路、 更改拍摄模式等。拍摄前，将设备调试至允许的温度、风力及紫外线强度范围之内， 无人机起飞地点选择在空旷的平地上，设置飞行高度在50～150米之间， 在无人机上升到指定高度悬停后， 需对曝光度、照片输出格式等拍摄参数进行调整， 以确保成像为最佳状态[2]。全景图拍摄过程中无人机的相机镜头共旋转拍摄3次：方向分别为：相机镜头与重心方向为20°角、相机镜头方向垂直于重心方向、相机镜头与水平线成 45°角。同方向每水平转动45°便拍摄8次，最后正对地面拍摄1次，整个过程共拍摄 25 张照片。

1.2 影像预处理

无人机全景拍摄完成后将自动生成宽高比为 2:1的全景图，一般宽度为16 000像素、高度为8000像素，输出图像大小约45 MB。受相机拍摄参数及环境等因素影响，无人机采集的原始影像存在成像误差。利用Adobe Photoshop CC 2018等专业软件进行图像各类参数的修改与调整，通过修改饱和度、对比度、锐度、高光、暗部调整等参数以达到最佳效果，并消除曝光过度、色差明显等问题，使影像整体效果趋于平衡、一致，提高影像质量。

1.3 绘制管道走向

运用Adobe Photoshop CC 2018专业软件中的画笔工具，选择准备好的全景图路径并打开，进入3D编辑界面，通过新建全景图层功能，进入3D球形全景图编辑界面，调整前景色为深黄色，根据需求调节画笔像素大小及形状，使用画笔工具，严格按照实际管道走向示意图，点击起始点至出现黄色圆圈，按住shift键，之后点击终点即可。接着由近到远逐步减少画笔像素大小，连接起来即可生成一条渐变大小的管道走向线。绘制完成后，进入Adobe Photoshop CC2018专业软件的3D界面，导出全景图并选择图片输出格式为JPEG，整理到指定文件夹并编号以便导入全景平台。

1.4 导入全景平台

选择“720云”全景平台，发布全景，输入项目名称及类别标签，上传绘制好的管道全景图，点击“立即生成”即可完成导入。进入可视化编辑界面，将全部管道全景图结合实际依次首尾相连，添加全景切换热点；将通过徒步踏线现场采集的管道标识信息及二维照片收集整理，以添加图文热点的方式，结合现场实际位置逐个对应导入三维全景图，并标注对应的管道里程桩号、埋深、光缆里程等信息；将管道周边地物地貌、高后果区、管道进场路由及穿跨越河流情况通过添加图文热点的方式，对其进行标注并加以描述，对管道周边高后果区户数、人类活动密集区域、地形变化、管道应急抢修最优进场路由等进行详细说明和图片对应；将管道周边大型维修项目现场情况以图文热点的方式添加至对应位置，将开工日期、现场开挖情况、安全作业情况、预计完工验收日期等信息加以详细描述。最终保存添加的各类热点即可生成山区管道线路的三维全景。

2 三维全景功能展示

三维全景影像展示分为自动展示和手动展示两种方式，自动展示能实现小行星旋转、 360°自动巡游等，更好地应用投屏展示功能；手动展示能实现左右平移、上下平移、放大缩小、变换视角等。

2.1 地形地貌可视化

通过三维全景技术可以直观呈现管道沿线地形地貌、穿跨越河流等情况，对于地灾频发的管段，在三维全景图上进行重点标注，通过全景图周期性对比，可以有效监测管道周边环境变化，提前做出地灾的预判与防范，防患于未然。通过如图 1所示全景图，管道应急抢险进场路由清晰明了，有助于管道突发事件应急决策，大大提高应急抢险效率。

2.2 施工管理可视化

对于管道的维修作业及周边施工项目管理，三维全景技术的优势极为明显，如图 2所示。每５天制作一次专项三维全景，对比分析现场施工作业开工、作业人员进场、现场施工过程和整体完工验收等重要环节，可以全方位观察现场动态、场地整体平整进度、设备安装情况、施工人员安全作业情况、物料分配情况等，及时发现安全隐患，保障现场施工的安全质量和进度。在场地平整阶段，可以清晰地看到填方与挖方区域的状况。施工项目进度及安全作业情况可视化监管，项目验收工作有凭有据。整个施工过程安全质量监管紧密连接，为现场施工管理提供直观、宏观和可溯源的资料依据，为施工安全质量管理提供强有力的保障。

2.3 高后果区可视化

为高后果区制作专项三维全景图，添加高后果区信息图文热点，可以直观展示管道与高后果区相对位置关系，以及高后果区位置、规模等信息，因地制宜，合理规划高后果区逃生路线。通过定期全景图对比分析，可以掌握高后果区变化趋势，为高后果区可视化管理提供便利。

2.4 管道标识可视化

通过点击全景图内管道地面标识图文热点，可以 直观查看管道里程、埋深等信息。利用光缆振动监测系统确定通信光缆里程，在桩牌信息表内标注，建立管道及通信光缆里程对应关系。当发生通信光缆故障时，及时添加光缆故障时间、位置及整改情况，有利于提高通信管理水平。

3 结束语

通过无人机结合虚拟现实技术，构建了集管道标识、施工管理、高后果区、地形地貌及管道走向于一体的山区管道可视化完整性管理平台。解决了山区管道三维全景图制作中遇到的问题，将获取并处理专业影像、添加并生成管道三维全景图等技术融入山区管道可视化完整性管理平台，并在日常管理中得到实践应用，有效提高管道完整性管理水平。

参考文献：

[1] 纪成，蒋廷臣.基于无人机的连岛全景图制作[J].江苏海洋大学学报(自然科学版)， 2020， 29(1)： 62-66.

[2] 王正东，赵传华.基于无人机的校园全景地图制作[J].矿山测量， 2018， 46(4)： 47-50.

作者简介：马玉宝， 1987年生，工程师，现任西南管道南宁输油气分公司河池作业区经理。联系方式：18977194765， 765741661qq. com。

通讯作者：霍冠良， 1998年生，助理工程师，现任职于西南管道南宁输油气分公司。联系方式： 13163680311， 1213470807@qq.com。