無人機遙感在油氣管道巡檢中的應用初探

黃斌 鄭鵬 江曉光 孫海龍

摘要：由于我國國土面積較大，地形復雜，在進行油氣管道鋪設時線路較長，并且經常需要穿越森林、沼澤、沙漠等地質條件復雜的區域，這些復雜的區域人類很難進入并且進行準確的勘探，這時無人機系統就派上了很大用場。本文將對無人機遙感技術原理和圖像處理進行分析，并且對于無人機遙感在油氣管道中的應用加以闡述。

關鍵詞：無人機遙感；油氣管道；巡檢

石油、天然氣資源是我國的重要資源，保證其安全的進行輸送是一項重大任務。由于管道是石油天然氣資源的主要輸送方式，故不僅在前期管道鋪設過程中面臨著嚴峻的挑戰，而且在管道建成后如何保證管道的可靠性和安全性也是一項重要任務。油氣管道在鋪設過程中經常穿山越嶺，所經過的地質地形條件十分復雜，部分地形復雜區域靠人工巡檢很難掌控，因此，在油氣管道中利用無人機遙感技術替代人工巡檢，成為了一項行之有效的方法。

一、無人機遙感技術原理分析

無人機遙感技術是無人機技術和遙感技術的結合，即利用無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術，能夠實現自動化、智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環境、地震災區等空間遙感信息，且完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。無人機遙感系統由于具有機動、快速、經濟等優勢，目前已經大量應用于航空攝影測量等方面。在油氣管道巡檢這一領域，也逐步成為一項重要的巡檢手段。

無人機航測，是利用無人機系統攜帶航攝相機等設備，快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數字影像和高精度定位數據，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀模型、三維地表模型等二維、三維可視化數據，便于進行各類環境下應用系統的開發和應用。而無人機巡檢，是利用無人機機動靈活，對環境適應能力強的特點，以及無人機系統搭載的各種傳感器，對油氣管線進行巡檢，特別是對人員難以到達的地形復雜區域，以及地質災害多發性區域，進行有效的預警，防止各種不安全因素對油氣管道產生破壞。在無人機巡檢的機型選擇方便，有固定翼無人機、多旋翼無人機等，其中固定翼無人機主要進行常規性巡檢，如監測管道周圍有無施工或者地質災害；而多旋翼無人機常用在應急性巡檢，如突發性事故等。在操作使用方面，多旋翼無人機可以在經過培訓后單人操作即可，對于突發事件有很大的幫助作用，借助機載圖傳系統，到達指定航點后可懸停，通過實時傳輸畫面對現場進行實時攝像，并且在應急處理方面具有較大的優勢[1]。

二、無人機遙感圖像處理

由于無人機在進行工作時拍攝的角度過大并且毫無規律可循，因此必須對無人機的拍攝圖像中的幾何變形進行幾何校正，其中利用多項式的方式進行幾何校正不失為一個準確有效的方法。在多項式的方法中，忽略掉航拍圖像的變形等因素，將圖像變形看作是對圖像的平移、縮放、彎曲等形式，注重的是綜合效果。并且針對影像的校對前、后關系建立一個坐標，其中相應的點可以利用一個多項式來進行表示，多項式的計算準確度較高，能夠充分的滿足集合校正的需要[2]。

三、在油氣管道巡檢中無人機遙感的應用

（一）在常規巡檢中的應用

這里所說的在常規巡檢中的應用主要是指對管道通道環境的監測，是針對平時正常狀態下的一種巡檢。管道通道通常是長距離、大面積的，在利用無人機進行航拍時，首先要將高清可見光相機搭載到無人機上，并且設置好拍攝航線，之后無人機就會按照所設定的航線進行自動飛行拍照。在拍照完畢后，可以對獲得的影像和數據進行處理，生成DOM，之后對測區進行全景影像拼接。通過不同期的影像對比，可以發現管線是否存在開挖、占壓、滑坡、塌陷等情況。

基于無人機遙感具有低成本、安全性高、機動性強等特點，對我國的日常建設項目的驗收工作也起到了重大的作用。例如，在我國的京滬高速鐵路項目環境保護驗收工作中，無人機就發揮了巨大的作用，有關部門利用無人機傳輸回的數據和影像作出了對后期環境處理方面的重大決策[3]。

（二）在特殊巡檢中的應用

這里所說的在特殊巡檢中的應用主要是指當管道發生故障時的監測，是針對管道、環境等應急突發狀況下進行的巡檢工作。當管道發生油氣泄漏等緊急情況時，畢竟管線埋在地下，不是裸露于地表，通過無人機定期獲取影像能夠快速的發現管線是否有沉降、破壞、破損、或者違法施工開挖，雖然進行施工開挖比較好發現，但是對于埋在地下的管線，破損和破壞很難發現，沉降又需要利用特殊的手段才能實現，因此利用無人機遙感系統是最快速有效的，它將迅速對現場進行勘察，并且將最新的數據以及圖像發送給人類，便于及時的發現問題的所在，并針對問題盡快制定出切實可行的應對措施。在對環境應急中的應用也很多，可以利用無人機遙控對事發現場污染物的排放等情況進行勘察，并且能夠準確的定位出環境敏感點的位置，為環保部門及時妥善的解決環境問題提供了便利。另外，也可以在無人機上搭載紅外成像儀，方便無人機進行夜間工作，從而有效的發現夜間作案的人員和可疑車輛。目前我國對管線沉降的監測方面研究也很多，比如通過不同時期影像，對高程進行提取，通過高程的變化來判斷管線的沉降，但這目前來說都在實驗階段，對無人機技術還在不斷的探索當中[4]。

四、結語

隨著科學技術的發展，信息化水平的提高，無人機技術也得到了的逐漸的發展和成熟，目前無人機遙感技術已經不僅僅是在油氣管道巡檢方面應用眾多，其遙感系統已經逐漸在我國的秸稈焚燒，土地征地之前的房屋外貌取證等多個領域有所涉及。無人機遙感技術以其獨特的優勢，將成為日后發展建設中必不可少的一項技術，無人機技術的發展也要跟緊時代的步伐，符合社會發展的需求，其發展前景將無可限量。

參考文獻：

[1]李器宇，張拯寧，柳建斌，郭峰，李明.無人機遙感在油氣管道巡檢中的應用[J].紅外，2014，03：3742.

[2]武海彬.無人機系統在油氣管道巡檢中的應用研究[J].中國石油和化工標準與質量，2014，09：105106.

[3]常文見，孟凡輝，王倉，潘杰.無人機遙感技術在長輸管道中的應用探討[J].價值工程，2013，32：197198.

[4]楊偉，楊帆.無人機在長輸管道常規巡檢中的應用[J].能源與節能，2015，11：132133.