基于二三維的管道可視化展示平臺研究

劉偉 趙淑媛 毛愛芹

摘要：近年來，管道可視化管理方式日趨流行，從影像到空間數(shù)據(jù)，從二維到三維的展示方式都在管道上得到了良好應(yīng)用，但是缺乏綜合系統(tǒng)的可視化的應(yīng)用案例。本文闡述了一種基于二三維的管道可視化展示平臺，借助地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星影像、傾斜攝影、APDM二維建模、Unity3D建模等多源空間數(shù)據(jù)及多媒體信息進行某管道全生命周期的可視化管理，為管道日常巡檢、應(yīng)急資源支持、高后果區(qū)及風險識別等工作提供及時有效的數(shù)據(jù)支撐，確保了管道安全平穩(wěn)高效運行。展望未來，基于全三維的數(shù)字孿生體的構(gòu)建及應(yīng)用技術(shù)正在發(fā)展，這也是管道從數(shù)字管道、透明管道邁向智能管道的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：二三維;數(shù)字化;可視化展示

1.引言

管道可視化管理方式日趨流行，從影像到空間數(shù)據(jù)，從二維到三維的可視化展示方式都在管道上得到了良好應(yīng)用，但是應(yīng)用方式相對單一零散，目前大多數(shù)管理方式都是以APDM二維建模為主缺乏綜合系統(tǒng)的應(yīng)用。

2.方案設(shè)計

總體架構(gòu)基于完整性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫與地理信息技術(shù)，建立基于二三維、全景影像、影視宣傳片等多種技術(shù)手段，以不同角度、全方位對某管道進行可視化展示，包括建設(shè)期的建設(shè)過程及周邊環(huán)境，運營期的重點地段的實景三維及場站的三維模型，最終將這些信息在可視化展示平臺進行展示，滿足公司業(yè)務(wù)部門對管線可視化管理的需要，總體架構(gòu)如下圖所示：

3.方案實現(xiàn)

3.1.開發(fā)基于二三維的管道可視化展示系統(tǒng)

根據(jù)總體架構(gòu)，首先開發(fā)基于二三維的管道可視化展示系統(tǒng)。用戶交互主要從二維管道展示、三維展示、影像展示、管道運行數(shù)據(jù)展示等四個方面，用戶交互以通過不同的技術(shù)手段，從不用的角度為用戶提供對管道設(shè)施的展示效果，功能結(jié)構(gòu)如下圖：

3.2.管道建設(shè)期宣傳片拍攝

管道為山地管道，沿線經(jīng)過喀斯特地貌，最大落差超過500米。采用無人機等多種視頻拍攝方式記錄了管道建設(shè)過程，尤其是高落差等重點地段的建設(shè)過程，確保管道建設(shè)質(zhì)量的同時，為后續(xù)管道安全管理也積累了原始素材。

3.3.管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)二維建模

管道中心線、設(shè)備設(shè)施、周邊環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一、標準、開放的APDM數(shù)據(jù)模型，APDM數(shù)據(jù)模型有利于數(shù)據(jù)的共享交換，也有利于數(shù)據(jù)的維護、更新和存儲。為此，本管道所涉及的采集內(nèi)容、標準及要求均基于APDM數(shù)據(jù)模型，最終錄入到該可視化平臺的數(shù)據(jù)庫當中。

3.4.特殊區(qū)段實景三維建模

通過無人機+五鏡頭獲取測區(qū)的高分辨率航空影像，野外實測一定數(shù)量的地面控制點進行空中三角測量獲取航空影像精確外方位元素，建立立體模型，利用影像匹配技術(shù)生成數(shù)字表面模型，對航空影像進行微分糾正和映射紋理，生成真三維模型。

3.5.站場閥室手工三維建模

本次項目需要建立4座站場三維模型和9座閥室三維模型，采用Unity3D人工建模技術(shù)，建模范圍見下表：

Unity3D模型展示具有良好的場景模擬能力，能夠非常形象直觀地反映管道、設(shè)備、建構(gòu)筑物、場地、地形等的實際大小、位置、相互關(guān)系，再進一步疊加要表達的主題信息后，使用戶可以任意選擇視角或漫游，迅速了解場站和管道的情況。

4.總結(jié)展望

本文闡述了一種基于二三維的管道可視化展示平臺進行某管道全生命周期的可視化管理，為管道日常巡檢、應(yīng)急資源支持、高后果區(qū)及風險識別等工作提供及時有效的數(shù)據(jù)支撐，確保了管道安全平穩(wěn)高效運行[1]。基于全三維的輕量化的數(shù)字孿生體的構(gòu)建及應(yīng)用技術(shù)正在發(fā)展，需建設(shè)與物理管網(wǎng)相對應(yīng)的虛擬管網(wǎng)，實現(xiàn)管道生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的標準化、流程化、自動化，最終滿足智慧管道的建設(shè)需求[2]。

參考文獻：

[1] 稅碧垣.智慧管網(wǎng)的基本概念與總體建設(shè)思路[J].油氣儲運，2020，39（12）：1321-1330.

[2] 熊明，古麗，吳志鋒，鄧勇，李雙琴，鄒妍，等.在役油氣管道數(shù)字孿生體的構(gòu)建及應(yīng)用[J].油氣儲運，2019，38（5）：503-509.、