無人機數據綜合應用平臺構建研究

陶俊亦 張果 宋鑫 雍鵬

通過開展無人機技術與石油信息技術的深度融合研究，應用多源數據融合技術，建立集成野外勘察、應急搶險、輸氣管網巡檢等多業務的無人機數據綜合管理和應用平臺，將無人機獲取的影像視頻數據與EISS工程生產大數據相結合，實現工程生產數據與無人機數據的共享交互，為遠程快速決策提供數據支撐。

石油天然氣現場作業遍布高山、戈壁、沙漠與深海等環境惡劣場所，傳統的油氣管網人工巡檢方式存在工作量大、效率低、安全風險高等問題，在野外勘察和井控應急事件處置中基本依靠人工進行現場勘察，作業風險高、靈活性差、信息滯后，難以快速、全面、直觀了解現場情況和科學決策，已不能滿足“安全、質量、效益”的勘探開發新需求。針對上述問題，利用無人機+信息技術，開展EISS工程數據融合、信息平臺搭建、圖像數據處理、地形地貌建模、影像智能識別等研究，助推油氣管網巡檢、野外勘探、應急搶險的傳統作業模式轉型，實現應急監測及處置安全快速、管網巡檢作業風險低、效率和可靠性高，促進無人機在油氣勘探領域的工業化應用。

應用空間數據庫技術，建立管網正射影像地理信息數據庫，利用4200萬像素正射相機獲取高精度影像數據，通過航測軟件處理可得5cm分辨率正射影像，完成正射影像和影像元數據的數據模型及數據結構設計，基于大型關系型數據庫建立空間型影像數據庫，實現對正射影像數據的一致性維護、并發控制和屬性數據的索引等，作為應急搶險的基礎數據庫進行自然災害輔助性普查，實現“上帝視角”管網布局全景可視化，促進數據資源向數據資產轉變，為有效利用正射影像數據提供了基礎平臺。

應用Vue、webRTC等軟件技術和深度學習算法開發適用于油氣勘探領域的圖像智能識別功能，基于Pytorch深度學習框架建立模型訓練平臺，將Yolo目標檢測模型和Unet語義分割模型進行融合改良，使模型能夠智能識別出風險點的輪廓特征和紋理特征并進行泛化。同時在保證模型識別精確率的情況下，利用剪枝、知識蒸餾技術進行模型壓縮，把模型識別時間控制在輸入視頻時長的1.5倍以內，使性能與運行速度實現均衡。應用深度學習的圖像識別技術，建立基于無人機技術的智能識別模塊，預警提示高風險管網段，讓計算機“看得懂”無人機巡檢視頻，自動獲取異常點圖像信息，坐標信息，距離起始點公里數，匯總生成無人機巡檢報告，準確率達到90%以上，節約分析處理時間60%，方便巡檢工人快速定位異常點位置，有利于及時發現管網風險隱患。

四、無人機數據綜合應用平臺構建

采用微服務的B/S架構，應用多源數據融合技術，建立集成野外勘察、應急搶險、輸氣管網巡檢多業務的無人機數據綜合管理和應用平臺。將無人機獲取的影像視頻數據與EISS工程生產大數據相結合，依據業務需求把web服務、接口服務、視頻直播、圖像識別和任務管理等拆分成獨立的服務單元，采用Oracle數據庫和文件庫進行數據和圖像視頻文件的存儲，采用圖形切片和緩存技術提升圖像數據的查詢和展示響應性能，實現工程生產數據與無人機數據的共享交互；應用GIS切片地圖展現技術整合管網圖、集團A4地圖數據，在集團A4地圖上精確展示集氣站點、管網走勢和無人機正射影像，為野外勘察、應急搶險、輸氣管網巡檢提供信息豐富、表現直觀的地理信息和影像數據支持；形成了從無人機駕駛、空域申請、圖像采集、傳輸、圖像數據處理到應用發布的一套油氣勘探領域的無人機多功能集成的軟硬件集成方案，有效促進了無人機在油氣勘探領域的工業化應用。

該平臺功能涵蓋飛行任務預設、航線規劃、任務跟蹤、現場畫面直播監控、圖像識別，以及根據作業數據生產可視化統計報表等。在油氣勘探應急搶險中，后臺指揮中心工作人員可通過該平臺實時獲悉現場圖像、視頻，定位無人機位置及狀態信息等，并回傳至EISS系統，結合EISS系統工程、生產大數據對現場關鍵點位進行遠程監控和綜合分析。

通過無人機數據綜合應用平臺，深化無人機在輸氣管網巡線中的應用，在川慶公司威遠、蘇里格區塊進行了推廣應用。目前川慶自營區塊成功自主規劃并完成100公里的管網巡線，涉及93項關鍵點位及露管等風險隱患19處，大大提升了管網巡查的時效性和安全性，獲取100GB的正射影像數據及高分辨率的全井場三維建模，累計視頻實時直播500分鐘。在XX1井等場景開展應急搶險功能現場應用，無人機飛躍井場獲取正射影像信息完整，展現井場布局，獲取鉆臺、防噴器、遠控臺等重點關鍵位置的高清視頻和圖片，為應急部門提供豐富的現場資料，在應急處置工作中發揮了重要作用。

隨著無人機技術和信息技術的迅猛發展，所有行業均可以在原始作業模式上得到信息化的加持，無人機在油氣勘探領域的應用場景作為一項持久且意義重大的創新需要持續的開拓與實踐。針對油氣勘探領域的業務需求，通過無人機在油氣勘探領域的應用試驗，進一步探索軟件平臺和無人機物理硬件的融合，開展無人機數據的深化應用實踐，最終實現無人機的全自動化、智能化的無人操作。

作者單位：中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院