无人机航空摄影测量在油气长输管道中的应用

熊星富，李向阳，毛伟，李刚，黎勇

（中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探分公司， 四川 成都 610213）

无人机航空摄影测量系统由测绘专业无人机飞行平台、地面控制系统、倾斜摄影相机、倾斜摄影数据处理软件等部分组成。其中，测绘专业无人机飞行平台系统主要由动力系统、遥测传感器、信号处理系统、GPS接收器及控制系统等组成；地面控制系统由数据处理计算机系统、GPS导航、无线电控制系统等组成。

当前油气长输管道使用的无人机按机翼形式分为固定翼、无人直升机和旋翼无人机，其优缺点及适用范围见表1。

表1 固定翼无人机、无人直升机和旋翼无人机的比较

无人机航空摄影测量技术应用于油气长输管道作业方面具有效率高、速度快、信息反馈及时等技术优势，其作业流程为：①确定飞行范围并进行适航查勘，获取航点GPS、海拔、适宜的起降场地、风速、光照、能见度等信息；②应用专业的航线设计软件并查阅和对照地形图规划和设计飞行路线及作业高度；③检查设备基本运作程序，保证各项参数无误后正式开始飞行作业，无人机起飞方式有滑跑和弹射两种，在飞行过程中自动执行航拍摄影任务，并由其地面控制系统进行飞行方位、速度、位置等状态参数的掌握和控制以及实时遥感图像的接收显示，确保无人机按设计航线飞行；④无人机完成预定飞行任务后由地面控制人员通过伞降或拦阻网降落方式回收。此后，测量人员通过影像快速处理软件按“自动创建航带→空三转点→空三解算→DEM生成→正射影像生成”的程序进行图像处理[1]。

1 应用实例

应用无人机航空摄影测量系统完成3km、带宽500m油气长输管道线路三维模型的建立及1:1000数字线划图的制作，并进行管道选线、评估应用、BIM基础数据采集等。

1.1 软硬件配置

本次作业采用AC1100六旋翼无人机，设定最高作业高度300m，最长续航时间30min，最大遥控半径3000m。摄影相机采用包括1个垂直摄影镜头和4个倾斜摄影镜头的AP5100摄影相机，焦距10.5mm，单个图像传感器有效像素2000万，相机系统总重量2.1kg。采用的Smart 3D Capture建模软件单次像素点数据处理量为100亿，且建模过程完全自动化。数字线划地图（Digital Line Graphic，DLG）的制作采用中石油天然气管道工程有限公司自主研发的Smart mapping软件。

1.2 勘查设计

根据面状区域测量分区，本次无人机航飞顺着长输管道走向共设置2条航带，各条航带分别设计5～6条航线，航高150m，航向及旁向重叠度按75%设计。区域网布设7个平高点、7个检查点，共14个像控点。运用Smart 3D Capture软件迅速建模，并进行模型成果精确度的评价。

1.3 应用结果分析

通过现场检核点进行模型精度的评定，X、Y、Z三个方向分量误差分别为0.10m、0.12m和0.11m，平面误差0.15m，达到了国家测绘局《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影规范》中城建区地物点点位误差应不超过0.30m，高程误差应不超过0.25m的要求[2]。所创建的三维模型色彩真实，定位准确，对油气长输管道实际情况真实再现。数字线划地图内的地物、地形无一遗漏，地形点密度合理，站场、河流穿跨越、冲沟、地质灾害点等勾绘正确，符合规范及设计要求。

2 无人机航空摄影测量技术评价

2.1 技术优势

无人机航空摄影测量技术能全面快速提供观测区域地形地貌、植被、水文等信息，为勘查设计阶段管道选线提供基础数据。将高分辨率航拍相机搭载于无人机进行观测区域测绘及拍摄，并依据摄影测量数据快速、精细拼图，及时提供观测区域地面及空间等基础地理信息数据，可作为油气管道可行性研究阶段线路选择的依据。

在油气长输管道施工阶段，无人机摄影测量系统能获取现场道路、地形、周围环境、施工进度、材料设备使用情况、机具布置情况及管道走向等信息，便于施工人员和设备配置的及时调整，并按设计顺利完成管道施工。

在管道运行阶段，无人机巡检能克服传统的人工管道巡检方式工作量大、检测效率低、人工成本高等缺点，高效完成大范围的常规巡检。将可见光、远红外光吊舱及视频追踪模块搭载于无人机设备后能显著提升昼夜监控能力，并实现对目标区域的长航时实时监控以及指定区域上空定点盘旋监测，锁定地面指定目标后稳定凝视、探查细节，便于及时发现管线破坏、盗取等具体位置和破坏程度，制定抢修方案，将灾害的不利影响降至最低水平。

2.2 技术应用难点

无人机航空摄影测量技术在油气长输管道方面的应用存在一定局限，一是无人机续航能力低，当前，由于无人机自身载重、电源等方面的制约导致其续航能力较弱，为推动其在油气长输管道工程方面的广泛应用，必须尽快研发出续航能力更强的机型。二是大比例尺地形图自动化生成程度不高，受密云点滤波精度的限制，大比例尺地形图自动生成系统较难自动区分地面与非地面点[3]。三是无人机的起飞方式包括滑跑和弹射，而油气管道大多敷设于山区等地形复杂区域，很难满足大型无人机滑跑、滑降对起降地点的要求，如果采用对起降地点要求不高的轻型无人机，则难以满足飞行高度、稳定性等要求。

3 结论

综上所述，无人机航空摄影测量技术具有机动灵活、作业成本低、作业周期短，能快速、自动获取所测油气长输管道的DOM、DEM、DSM及大比例尺地形图DLG等成果的技术优势，对于油气长输管道线路测量较为适用，虽然该技术当前还存在诸多应用难点，但随着无人机软硬件及数据处理技术的不断发展，在克服现有技术缺陷的基础上，还可以在大数据背景下建立“数据融合应用平台”，将无人机巡检所捕捉到的管线信息融入数据融合应用平台，待数据实时传回后进行遥感数据快速处理、影像快速拼接和数据融合，并使之与历史数据进行比对，便于后期数据的深度挖掘应用，为油气长输管道工程提供决策支持的同时使线路隐患及故障预警效率显著提升。

◆参考文献

[1] 于麒. 民用无人机倾斜摄影测量在工程中的应用与分析[J].低温建筑技术，2019，41(11)：128-130.

[2] GB/T 6962-2005，1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影规范[S].

[3] 李玮. 无人机航空摄影测量在油气管道工程中的应用[J].天然气与石油，2018，36(5)：106-110.