無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在油氣長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用與實(shí)踐

黃樹(shù)鑫

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)廣東省管網(wǎng)有限公司，廣州 510700）

1 引言

根據(jù)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，其具有操作靈活性強(qiáng)、造價(jià)低、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，提高了測(cè)繪工作的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)效性，目前在各類(lèi)工程中應(yīng)用效果顯著。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，傳統(tǒng)的測(cè)繪手段已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)的需要，將無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于油氣長(zhǎng)輸管道中，可以為管道工程建設(shè)提供豐富的基礎(chǔ)測(cè)繪成果，對(duì)其后期施工具有重要作用。

2 項(xiàng)目概況

粵東天然氣主干管網(wǎng)華豐LNG 儲(chǔ)配站和華瀛LNG 接收站配套外輸管線(xiàn)項(xiàng)目起于潮州市饒平縣所城鎮(zhèn)所城首站，止于汕頭市澄海區(qū)蓮華鎮(zhèn)蓮華末站，途經(jīng)潮州、汕頭等2市3 縣，線(xiàn)路總長(zhǎng)54.585 km，管徑為φ914 mm，設(shè)計(jì)壓力為9.2 MPa，設(shè)計(jì)輸量為80×108m3/a。全線(xiàn)設(shè)工藝站場(chǎng)3 座（所城首站、饒平分輸站、鐵鋪分輸站），線(xiàn)路截?cái)嚅y室2 座（監(jiān)控閥室）。管道沿線(xiàn)穿越水域大中型5 處，穿越鐵路2 處，穿越高速2 處，穿越國(guó)省縣道4 處[1]。

3 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在油氣長(zhǎng)輸管道中的具體應(yīng)用

在長(zhǎng)輸管道工程中應(yīng)用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，工作人員需要從項(xiàng)目需求出發(fā)，選擇合適的無(wú)人機(jī)設(shè)備，做好實(shí)地勘察與航線(xiàn)設(shè)計(jì)工作，對(duì)獲得的測(cè)量信息進(jìn)行全面分析，以便得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，為管道工程后續(xù)施工提供依據(jù)。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)以下內(nèi)容對(duì)該技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)論述。

3.1 無(wú)人機(jī)設(shè)備的選擇

根據(jù)粵東天然氣主干管網(wǎng)華豐LNG 儲(chǔ)配站和華瀛LNG接收站配套外輸管線(xiàn)項(xiàng)目所處區(qū)域條件，考慮測(cè)量地形、環(huán)境等因素，本文采用一種具有多功能型航拍、影像實(shí)時(shí)回傳技術(shù)的大疆精靈4RTK 無(wú)人機(jī)。該無(wú)人機(jī)不僅能夠獲得高質(zhì)量航攝影片，還能對(duì)工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而為其指揮調(diào)度提供依據(jù)[2]。

3.2 實(shí)地勘察與航線(xiàn)設(shè)計(jì)

3.2.1 實(shí)地勘察

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)正式開(kāi)展航空攝影測(cè)量前，需對(duì)項(xiàng)目所在區(qū)域進(jìn)行實(shí)地勘察，其主要勘察內(nèi)容為無(wú)人機(jī)起降地點(diǎn)環(huán)境，查看是否存在明顯障礙物，如高層建筑、架空線(xiàn)路等，查看是否存在深溝、大面積水域。以此保障無(wú)人機(jī)起飛、落地順利，避免對(duì)設(shè)備造成損壞，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，不利于后續(xù)工作開(kāi)展。

3.2.2 航線(xiàn)設(shè)計(jì)

完成勘察工作后，需要結(jié)合項(xiàng)目實(shí)況設(shè)計(jì)航空攝影測(cè)量航線(xiàn)。在該項(xiàng)目中，航線(xiàn)設(shè)計(jì)圖如圖1 所示，總航線(xiàn)21 條，起飛相對(duì)高度150 m。

圖1 航線(xiàn)設(shè)計(jì)圖

3.3 航空攝影

本次航空攝影開(kāi)展順利，工作人員在執(zhí)行航飛任務(wù)過(guò)程中，2 個(gè)航攝架次嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)航線(xiàn)進(jìn)行，最終獲得585 張影像，面積約為0.7 km2，各測(cè)區(qū)邊均有重合部位。

本次航空測(cè)量活動(dòng)主要采用全野外布點(diǎn)與航線(xiàn)網(wǎng)結(jié)合方式開(kāi)展，在按照航線(xiàn)設(shè)計(jì)圖開(kāi)展航空測(cè)量工作時(shí)，盡量考慮不同區(qū)域間的重疊部位，以使相片控制點(diǎn)點(diǎn)位清晰，便于判別與立體量測(cè)，其控制精度指標(biāo)為平面誤差小于5 cm，高程誤差小于10 cm。

3.4 數(shù)據(jù)處理

本次測(cè)量活動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件選擇大疆智圖，處理內(nèi)容包含空中三角測(cè)量以及DEM（數(shù)字高程模型）與DOM（數(shù)字正射影像圖）成果制作。

3.4.1 空中三角測(cè)量

在空中三角測(cè)量工作中，其主要內(nèi)容包含影像POS 數(shù)據(jù)添加、自動(dòng)匹配與轉(zhuǎn)點(diǎn)、空三優(yōu)化等，具體情況如下。

1）影像（POS）添加。如果是大疆系列無(wú)人機(jī)，只需要添加照片即可，POS數(shù)據(jù)不需要添加，軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別照片POS 數(shù)據(jù)，包括飛機(jī)姿態(tài)等一些參數(shù)信息?？梢酝ㄟ^(guò)軟件查看影像POS 數(shù)據(jù)，如圖2 所示。

圖2 影像POS 數(shù)據(jù)

2）影像自動(dòng)匹配與轉(zhuǎn)點(diǎn)。在此環(huán)節(jié)，工作人員需要注意合理設(shè)置執(zhí)行前參數(shù)（見(jiàn)圖3）。參數(shù)設(shè)置包括重建類(lèi)型、建圖場(chǎng)景、重建清晰度、計(jì)算模式等。

圖3 影像參數(shù)設(shè)置

3）空三優(yōu)化，通過(guò)添加外業(yè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，一方面可以提高空三精度，另一方面參與空三解算，可以檢驗(yàn)影像圖精度，并且可以對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)系設(shè)置，選擇需要的坐標(biāo)系統(tǒng)。在優(yōu)化過(guò)程中，需要對(duì)控制點(diǎn)的點(diǎn)位、高程精度指標(biāo)進(jìn)行掌握，若存在差值較大的已知點(diǎn)，工作人員需對(duì)相關(guān)高程信息、點(diǎn)位進(jìn)行核驗(yàn)。結(jié)合空三報(bào)告，確認(rèn)是否滿(mǎn)足精度要求。空三優(yōu)化圖如圖4 所示。

圖4 空三優(yōu)化

3.4.2 DEM 與DOM 成果制作

有關(guān)DEM 制作是基于DSM 開(kāi)展的，需要利用人機(jī)交互與自動(dòng)濾波，在立體模型下，對(duì)測(cè)量區(qū)域中的DSM 格網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行人工干預(yù)。其干預(yù)內(nèi)容主要為房屋、橋梁、植被等區(qū)域，工作人員需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)況對(duì)相關(guān)調(diào)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。DOM 制作需利用匹配的點(diǎn)云進(jìn)行單片糾正，而后開(kāi)展融合拼接處理工作。這一手段能夠防止出現(xiàn)較大接邊差以及影像片被物理拉伸的現(xiàn)象，進(jìn)而保障DOM 影像的質(zhì)量。

3.5 精度分析

完成上述工作后，還需要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目航空攝影測(cè)量精度進(jìn)行分析，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻分布于整個(gè)測(cè)量區(qū)域。而后應(yīng)用GNSS RTK 采集測(cè)區(qū)地面檢測(cè)點(diǎn)，探究其測(cè)量精度，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1 所示。

表1 航空攝影測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 應(yīng)用效果

在具體實(shí)踐中，工作人員通過(guò)分析航空影像，能夠充分掌握工程不同管道間的焊口數(shù)量以及長(zhǎng)度，與人工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比，誤差均在可接受范圍內(nèi)，管道影像數(shù)據(jù)分析具體情況如圖5 所示。

圖5 管道影像數(shù)據(jù)分析

通過(guò)航空攝影測(cè)量成果可計(jì)算出焊口GDNGG3E-01-HHRP071-009-HN01-SB-LW 到GDNGG3E-01-HHRP072+2-010-HN01-SB-LW 之間有配重塊3 個(gè)，與測(cè)繪組和施工組核驗(yàn)數(shù)量相同，管道影像長(zhǎng)度分析如圖6 所示。

圖6 管道影像長(zhǎng)度分析

通過(guò)航空攝影測(cè)量成果可計(jì)算出焊口GDNGG3E-01-HHRP072+1-004-HN01-SB-Y 到GDNG G3E-01-HHRP072+1-005-HN01-SB-Y 之間的管長(zhǎng)為11.95 m，測(cè)繪組測(cè)量計(jì)算得到管長(zhǎng)為11.87 m，誤差為8 cm，精度滿(mǎn)足要求[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)工程測(cè)繪項(xiàng)目中。對(duì)于長(zhǎng)輸管道工程，由于工程量大、工期長(zhǎng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)測(cè)量項(xiàng)目時(shí)效性不高，已不能滿(mǎn)足工程測(cè)繪要求?；诖?，將無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在該項(xiàng)目中能夠有效改善傳統(tǒng)測(cè)量工作中存在的不足。在此過(guò)程中，工作人員要從無(wú)人機(jī)設(shè)備的選擇入手，注意航線(xiàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等工作，嚴(yán)格把控各測(cè)量環(huán)節(jié)，以便提高測(cè)量精度，保障長(zhǎng)輸管道無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量工作取得良好效果，為管道工程后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。