倾斜摄影测量三维建模在油田规划中的应用分析

党光普

陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司 陕西西安 710075

油田开发规划是依据地质勘探成果和开发试验数据，对具有开发价值的油田制订合理的开发方案并指导油田进行建设和生产的过程。传统的平面地形图是油田开发规划的基础资料。但是随着科学技术的不断发展进步，无人机倾斜摄影技术让大尺度的地形建模工作成为可能。近年来，无人机倾斜摄影测量三维建模技术可以通过多台传感器完成复杂地面的多角度、大范围、高精度数据获取，快速地完成地块三维建模的建立工作。与传统的平面地形图相比，倾斜摄影测量具有成本低、效率高、精度高、可视化程度高的特点。三维立体模型的应用能够客观真实地反映油田建设区的地形地貌，为油田地面工程布局提供高精度的基础数据；在油气钻采过程中，实时、客观地记录钻采数据，形成基于三维立体的时间、空间、地质、产量数据集合，为油气开采的后期规划工作提供辅助决策作用；基于三维立体模型的立体化设计成果能够推进油田数字化建设和智慧化管理。

1 倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是国际上新兴的一种测量技术，通过摄影平台搭载传感器从不同的角度获取准确的信息，再将获取的数据进行一系列的处理，通过匹配影像、区域网联合平差、映射纹理等一系列流程生成油田的实景三维建模。倾斜摄影测量打破了传统摄影的限制，不再只有垂直的拍摄手段，可以从不同的角度拍摄获取最准确的信息，让用户们获取最直观真实的世界。

1.1 倾斜摄影测量原理

倾斜摄影测量在工作平台上搭载多个数码相机，从垂直向下和倾斜向前、倾斜向后、倾斜向左、倾斜向右等不同角度对地面进行摄影，结合GPS/ IMU 系统获取POS 数据及在地面实测的像片控制点数据。经过软件处理计算，从影像信息中分析地形地物间的几何关系和纹理特征，根据分析结果对地形地物的三维模型进行重建，获取满足精度的实景三维模型、点云、DOM、DSM 等数据[1]。

1.2 倾斜摄影测量的主要指标确定

根据油田规划任务和规划区域地形、地貌特点，在无人机航飞摄影执行前期需要设定合理的测图比例尺，基于一般工程规划底图比例尺选择经验和油田建设的特殊性，综合考虑模型精度、工程成本和工期要求，建议油气田区块规划设计宜采用不大于1∶5000的比例尺模型，局部设施建设区域宜采用1∶2000 的比例尺模型。应根据模型比例尺、地形起伏程度进行航线布设和飞行参数计算，主要确定以下参数并完成航线规划工作：

（1）航高。飞机在飞行过程中，相对于某一基准面的垂直距离是航高。摄影航高（H）、相机镜头的焦距（f）、影像地面分辨率GSD、传感器像元尺寸（α）关系为：

（2）影像重叠度。飞机沿航线摄影时，航线上相邻影像之间和相邻航线影像之间重叠区域长度占像幅长度的百分比是影像重叠度。航线上相邻影像重叠度为航向重叠度，相邻航线影像重叠度为旁向重叠度。航向重叠度宜为60%～65%，旁向重叠度宜为30%～35%。

（3）摄影基线长度、航线间隔。摄影基线长度、航线间隔是决定航线布设的主要参数，两项参数依据“像幅宽度”和“影像重叠度”求取：

1.3 倾斜摄影测量主要工作流程

依据《中华人民共和国飞行基本规则》，无人机航飞实施前应该向空军有关部门申请飞行空域，空域行政审批完成后，需要在空域有效期内完成航空摄影测量外业工作。为节省工期并确保像控点测设有效，可以在航飞前完成地面选点或像控点标志布设以及像控点采集工作。此外，为确保模型精度和建模的成功概率，应严格控制数据预处理和建模工序，做到检验、检查到位，保证三维立体模型的精度和与模型的逼真效果。倾斜摄影测量的主要工作流程见图1。

图1 倾斜摄影测量的主要工作流程

2 倾斜摄影测量技术的三维建模在油田规划中的应用

倾斜摄影测量技术三维建模中的油田规划结合了地理环境、地理位置构建的三维数字油田规划系统。可以在虚拟的油田环境中完成地理信息查询、空间分析等工作，对油田的规划有了一个整体布局的概念，如果想要进一步的提升倾斜摄影测量技术的应用效果，可以针对其油田制定科学合理的设计方案，在拍摄的过程中，对油田的三维建模进行全方位的观察分析，查漏补缺，减少误差，在一定程度上保证油田规划的准确性。与传统的三维建模相比，三维建模的倾斜摄影测量技术在油田规划中的优势有成本低廉、资金投入少、符合油田规划的实际操作，可以在一定程度上有效地减少油田实际规划中的人力资源浪费，提升三维建模在油田规划中的工作效率和整体工作操作的效率，保证油田规划的质量。将倾斜摄影测量技术运用到油田规划的三维建模之中，使三维模型更加形象具体和逼真。建立三维模型可以对油田的地理位置、地理环境有更加直观准确地了解，同时还可以进行虚拟漫游，更加贴近真实的地貌，使用户有更加真切的感受，考虑到全方位的因素让油田的规划的设计更加的完美。

2.1 基于全区块三维模型的油田工程规划

油气开采工程设计会受到地面、地下等空间因素制约，在油气生产项目中，设计人员要在地勘数据、地形数据、人文环境、设备参数和钻采工艺等因素的制约下，寻求经济、安全、出油率高的规划方案。油田工程中涉及地质、物探、钻井、采油、油藏、储运、经济、管理、水电和土建相关规划，各项规划在时间和空间上具有紧密的相关性。基于倾斜摄影测量技术的三维建模具有统一标准的高精度的空间坐标，让地勘数据、设计数据、生产数据可以精确地标识于三维立体模型之上，模型的现实性和全局性可以提升设计人员的决策效率。

2.2 基于小区域三维模型的专项工程设计

基于倾斜摄影测量技术的三维立体模型精度可以达到分米甚至厘米级别，满足优化空间布局、规避单项工程位置冲突、精确计算工程量的要求。三维立体模可以生成反映地面高低起伏的DEM 数据，结合规划要素准确地计算工程每个部位的填方、挖方工程数量，便于控制工程成本；三维立体模型可以将地物进行勾绘量测，并添加地物属性，能够以单体模型的形式添加设计要素，以精准的图形和详尽规范的文字表述已有地物和设计元素，便于不同专业的设计人员的沟通和技术交底工作。

2.3 三维模型的数字化油田建设

数字化油田建设可以提高油田企业的管理效率、数据的准确率、生产的安全性和员工的幸福指数，从而实现生产效率的全面提高和资源的合理利用，是油田企业未来发展的必然趋势[2]。基于三维立体模型的油田规划工作可以统一地理要素、设计要素、生产要素的数据标准，且三维立体模型本身具有统一的数据标注，因此基于三维立体模型的油田规划成果具有数据建库、共享利用的天然优势。基于三维立体模型的油田规划成果能够满足各阶段设计任务的需要，对成果进行全过程信息化管理，实现数据和信息一次录入多次使用；以模型为工作对象，让设计人员直接面向虚拟油气田，为多专业协同设计提供了全方位视角模型；以模型为载体，可以记录工程施工全方位的数据，工程维护和数字化油田建设打下坚实的数据基础。

3 倾斜摄影测量在油田规划中的应用展望

倾斜摄影测量以高精度、低成本和真实的场景还原功能，在工程规划设计方面弥补了二维传统地图的不足[3]。

3.1 倾斜摄影测量立体建模行业现存问题

（1）倾斜摄影测量技术难以获取植被覆盖茂密的地块的精准地形图。

（2）多相机的摄影测量平台拍摄了大量的实景数据，造成一个项目具有以“TB”为单位的基础数据存储量。

（3）摄影测量工作专业化程度较高（仅空域申请就难度较大），目前市场设备和人员良莠不齐，成果质量控制有待加强。

3.2 测绘市场摄影测量成果的现存问题

（1）机载LiDAR 和倾斜摄影测量的联合应用能够解决植被覆盖区域地形数据获取的难题，三维立体模型的精度有较大提升。

（2）云存储平台的推出，为海量数据的存储提供了高效低成本的可能；三维立体设计软件的开发（例如BIM）有助于推动倾斜摄影测量成果“单体化”，单体模型的采集将减少摄影测量立体模型的数据存储量。

（3）倾斜摄影测量技术应用的优势将有助于推动设备、软件的智能化，也将推动市场建立更为成熟的标准、人才体系和健康的竞争机制。

4 结语

随着社会不断飞速发展，油气能源的开采在保障经济发展方面的地位愈加凸显，油田规划的科学性对油气产量起到至关重要的决定作用。倾斜摄影测量技术为油田规划提供了基础数据支撑。与传统的二维地图相比，三维模型拥有着绝对的优势，在保证工程的质量的基础上提高了规划工作的效率。与传统三维建模相比，运用倾斜摄影测量技术，可以节省人力、财力同时极大提高工作的效率。随着科技的发展，倾斜摄影测量成果与多源信息采集技术相融合，必将在降成本、增效率、提高精度方面取得更大突破，多源数据的融合应用能够满足油田规划、建设、运行阶段对不同尺度空间数据的需求。