無人機及圖像處理技術在油氣田生產中的應用研究

穆 嘯

（河南中原油田信息通信技術有限公司，濮陽 457001）

1 研究目的

油氣管道是油氣資源配送的主要方式，目前我國長輸管道超過12萬公里，并且分布于全國各地，因此管道的運行安全不僅關系中國各地經濟的發展，同時直接關系沿線群眾的生命財產安全。近年來隨著我國經濟的快速發展，油氣管道建成后，管道沿線占壓、安全間距不足以及其他危及管道的行為日益突出，給集輸管道的運行帶來了極大的安全隱患。

無人機管道巡線作為一項日趨成熟的新理念、新技術，主要是采用先進的無人駕駛飛行器、遙感傳感器、遙測遙控、無線通訊、GPS差分定位和遙感應用等技術，對管線、站庫等進行監控巡查，一方面定期提供管道沿線的情況的圖像影視資料，為管道巡檢管理的技術管理人員提供第一手資料；另一方面，一旦發生安全事故，無人機可緊急升空，為應急指揮第一時間提供現場情況，可以直觀的處理各種問題，提高決策的準確性，在管線智能化建設方面具有極大的優勢。

無人機作業實時獲取到的獲取到的圖像實時傳輸距離有限，目前民用無人機的實時圖傳距離一般在5～10km左右，需要對無人機圖像傳輸技術進行應用研究，以實現無人機圖像的超視距即時傳輸。

2 研究內容

針對油田野外作業部分人力難以到達地區，及搶險作業存在安全隱患地點，研究利用無人機使用3G/4G網絡、衛星通信等手段，將現場視頻圖像實時傳送至總部指揮中心，形成一套可快速部署的搶險現場畫面實時回傳方案。同時，研究使用Pix4D、Smart3D等影像處理軟件對無人機采集的影像文件處理生成DLG（數字線畫地圖）、DRG（數字柵格地圖）、DOM（數字正射影像圖）、DEM（數字高程模型）、油氣儲運管道及罐體數字三維模型。在三維模型或者點云的基礎上，加入地理信息系統（GIS），將三維模型精確的進行處理并賦予屬性（管道直徑，材質等），提高設備信息化管理的水平，為油氣田廠區、站場等數字化建設、改造提供高精度、可視化管理手段。

3 主要技術方案

3.1 無人機圖傳延伸研究測試方案

由于無人機常用的機載圖傳設備的傳輸距離目前大都在5km左右，較遠的也不超過10km。為了增加無人機實時圖像傳輸距離，我們可借助3G/4G無線通信網絡，甚至在沒有3G/4G網絡的區域，使用衛星通信，也可以實現無人機實時圖像傳輸距離的延伸。

3.1.1 測試環境

多旋翼無人機一套，圖傳距離5km；應急通信車一輛，車上集成有車載靜中通衛星小站一套，寶利通視頻會議終端一套。

3.1.2 測試內容

無人機機載攝像機所采集到的視頻畫面通過無人機圖像傳輸設備傳送至無人機地面站系統的筆記本電腦。使用視頻信號線將地面站系統筆記本電腦與應急通信車視頻會議終端相連接，地面站系統成為視頻會議系統參會的一方，視頻會議系統將無人機實時畫面在視頻會議系統內進行廣播，即實現了無人機實時畫面與應急通信車的對接，系統示意圖如下：

圖1 無人機圖傳連接衛星通信示意圖

3.1.3 測試結果

通過現場調試，使用多旋翼無人機拍攝的實時畫面成功接入應急通信車，并可通過衛星傳輸至視頻會議系統，實現調控中心遠程指導現場作業。

3.2 圖像處理技術研究方案

3.2.1 無人機圖像處理概述

無人機航空攝影與傳統航空攝影有較大區別，首先飛行高度低，影像分辨率高，其次高機動性和靈活性可隨時隨地執行航攝任務；但由于無人機重量輕、速度慢、受風力影響較大，所以對拍攝過程中行高設計、航測時間、空氣能見度、航片旁向航向重疊率等因素都有很高的要求，只有航測作業前根據測區實際情況合理判斷設置好各項參數值，才能拍攝出高質量滿足應用需求的航拍影像。

通過對無人機獲取的原始相片數據進行快速拼圖，結合專業圖像處理軟件，最后可以得到標準格式的圖像成果文件：DOM：數字正射影像圖；DEM：數字高程模型；DLG：數字線畫地圖；DRG：數字柵格地圖。

3.2.2 無人機圖像拼接處理實驗

（1）獲取油氣管線所在地的Google影像地圖并加載至無人機地面站軟件中，并在地圖上畫出管線上方的航線。

（2）無人機按照規劃好的航線進行圖像采集，會得到一組連續的照片文件。

（3）通過圖像拼接軟件將連續的照片處理成為一個覆蓋油氣管線上方較大面積的拼接圖。

（4）通過專業的圖像處理軟件，將帶有坐標、海拔等參數信息的圖像文件處理成三維模型

3.3 三維建模實驗方案

（1）通過使用多旋翼無人機搭載五鏡頭傾斜攝影云臺，對目標進行連續照片拍攝。（2）使用Smart3D圖像處理軟件將獲得的圖像文件進行處理，得到目標的三維模型。

（3）生成的模型，由多個帶有GPS坐標及高度信息的點支持，因此可以在模型上直接進行長度測量，高度測量，面積測量等。

4 研究結果

借助多樣的通信傳輸技術手段，可以將無人機系統有限的圖傳距離無限延伸，并且隨著移動通信技術的發展，今后5G技術將實現更大帶寬信息量、更高速度的傳輸，可以更好的滿足無人機實時圖像遠程傳輸的需要。

使用圖像處理技術，將數量、容量都十分龐大的基礎影像資料轉變成為直觀明了的單一拼接圖像、三維模型等文件，不僅大大減少了油氣管線巡線工作的工作量，并且，制作的影像處理文件，均帶有地理坐標信息等參數，能為油氣生產信息化提供數據基礎，為今后油氣生產大數據提供地理信息數據源。