无人机遥感技术在长输油气管道管理中的应用.doc

无人机遥感技术在长输油气管道管理中的应用作者：欧新伟周利剑冯庆善李祎李振宇来源：科技创新导报2011年第15期摘要:长输油气管道距离长，分布广，管道险要地段的巡线、管道保卫等一直是管道管理面临的难题.无人机遥感技术是一门多学科的综合技术,通过获取高精度影像数据，帮助管道运营公司进行管道日常维护,为管道的安全管理提供支持。本文详述了无人机遥感技术原理，并结合在兰成渝管道中的首次应用，论述了无人机在管道管理中的作用。关键词：无人机遥感技术管道巡线管道保卫次生灾害评价中图分类号：P694 文献标识码:A 文章编号：1674098X（2011)05（c)0077-02 1 引言石油、天然气管道是国家的能源动脉，保证输油气管道的安全是社会和企业的一项重要责任。长输油气管道距离长、范围广、途经复杂地貌多,许多埋设于险要地段的管道，由于受环境险要、交通不便、徒步巡线无法到达等不利因素影响，制约了人工巡线的进行，给管道定期巡检带来困难,导致许多隐患不能及时发现,进而发展成事故的后果1。再者，目前打孔盗油现象较为频繁，并且其活动隐蔽，给管道安全保卫带来了重大的风险隐患。无人机遥感技术综合了无人机和遥感技术的特点，可以自动快速获取地貌的空间遥感信息，在国外无人机遥感技术在管道行业应用非常广泛，山区管道巡检、近海油气管道监视、灾后次生灾害评价,漏油和盗油点现场定位等.在兰成渝管道中，无人机遥感技术首次应用于管道巡线,补充了传统人工巡线方式,通过对获取的影像进行处理,能快速定位到管道位置,以及通过视频拍摄技术,能为管道保卫提供支持.2 无人机遥感技术原理无人机遥感技术是融合了无人驾驶飞行器、遥感传感器、遥测遥控、通讯、GPS差分定位和遥感的综合技术，可以自动化、智能化、专题化快速获取土地资源和环境等的空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析,具有低成本、低损耗、可重复使用且风险小等诸多优势2。概括起来,无人机遥感技术是由空中部分、地面部分和数据后处理部分组成，如图1所示.其中空中部分由遥感传感器、遥感空中控制、无人机平台组成;地面部分由航迹规划、无人机地面控制以及数据接收显示部分组成.空中部分的主要功能是:规划航线并上传到飞机上的控制器，飞行中监控飞机状态，在控制半径范围内能根据实际需要更改部分控制参数，并进行航空拍摄.地面部分的主要功能为设计和规划航道轨迹，并载入无人机航线控制模块,使无人机可以根据预定航线进行遥感影像数据采集工作，以及无人机的实时控制与飞行姿态数据的实时接收和遥感影像的显示。影像后处理部分,是无人机遥感技术的一个关键环节,关系到影像的精度和分析的准确性3。3 无人机遥感图像处理1）几何校正无人机在进行拍摄时倾角较大并且无规律，图像中必然引入了无规律的几何变形，所以对无人机遥感影像进行几何校正是必须的。通过理论分析，作者采用多项式法对无人机遥感影像进行几何校正。多项式校正法不考虑成像过程中的空间几何关系，而直接对图像变形的本身进行数学模拟，以达到校正的目的。它把影像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲，以及更高层次基本变形的综合效果，因而校正前、后影像相应点之间的坐标关系，可以用一个适当的多项式进行描述。在多项式校正法中包括一次、二次、三次多项式几何校正,三次多项式几何校正虽然计算复杂，但是其精度较高，在定位精度要求较高的管道行业,使用三次多项式几何校正，能更好地满足需要.三次多项式几何校正法的变换方程为： (1） 式中，x，y为某像元的原始图像坐标;X，Y为校正后同名点的地面（或地图）坐标；ai,bi为多项式系统。为了求得多项式的系数,需要使用控制点进行求解，一般选择控制点的最少数量为:（n+1）（n+2）/2，n为多项式次数。当多项式系数求出后，就可以根据公式求解原始图像任一像元的坐标，同时还需要对变换后的像素亮度值进行重采样，以实现2个空间的灰度转换。2）灰度插值对于求得坐标的像素,如果求得的位置为整数,则该位置处的像元灰度就是新图像的灰度值；如图不是整数,则通过对周围的像元值进行内插来求出新的像元值。灰度插值的方法很多,常用的如最邻近插值、双线性插值、双三次插值等。本文采用双线性插值.它的插值效果好于最邻近插值，产生的图像没有灰度不连续的缺点，同时运算量又极大地少于双三次插值。其缺点为双线性插值具有图像的平滑作用，会导致轻微的图像细节退化。假定插值点位置的坐标为(x*，y),灰度值为f(x,y)，其落在（x，y），(x+1，y），（x,y+1)，(x+1，y+1）之间，则灰度值为: （2) 式(2）中:.处理后的影像数据都具有坐标信息，目前处理后的坐标都是WGS84坐标,导入到浏览软件（比如ArcGIS）中，再加载管道中心线数据，能清楚地看到管道在影像上的走向和管道位置,以及管道附近的环境状况，能帮助进行管道巡线。图2即为处理前、后影像。4 应用成果兰成渝输油管道是我国最长的成品油输送管道,管道沿线地貌复杂多变，大部分地段地质、交通条件恶劣,不利于常规管道巡线工作的进行。通过现场应用，无人机在管道管理中发挥的作用主要有: 1)传统巡线方式的补充巡线作为管道管理的重要内容,需要巡线工周期性地进行现场巡线,是管道安全输送的保证。但是由于管道线路长，分布范围广等特性，每个输油站所管理的管段长、管道工数量少,难以满足正常巡线的需要。将无人机用于管道巡线，能代替人工进行巡线，尤其在一些险要地段，可以避免巡线漏洞。同时，与传统人工巡线相比，无人机一个起降所巡查的管道路线可以代替几十个巡线工的工作时，节省了巡线时间,提高了巡线效率。并且无人机巡线受自然气候、地形条件限制小，保证了使用的可能性。对于高海拔受地灾影响较大的地区,人员不方便到达现场进行巡线,并且人工徒步巡线风险较大，通过使用无人机代替巡线人员进行巡线，能帮助获取管线周边的信息，如图3所示。2）管道保卫打孔盗油导致原油泄漏、环境受到污染、管道材质遭到破坏、降低管道使用寿命、危及管道安全运行。同时,打孔盗油具有隐蔽性，随着反侦察能力的加强，一些打孔盗油现象很难被发现，尤其在巡线工不方便到达的区域.无人机的体积和声音都很小,在进行巡线时很难被盗油人员发现。通过现场测试无人机视频拍摄技术,从实时传回的视频中,能动态地看清现场的实际情况，并且当发现可疑人员时,可做定点盘旋跟踪，.通过无人机在管道打孔盗油高发地段巡检，可以及时有效警示不法盗油分子，保障管道运营安全.5 结论与展望无人机在管道作业中效率高,机动灵活,使用方便，可以承担高风险的飞行任务，为管道管理提供了一种新的选择.无人机遥感技术在管道巡线中，可获得管道沿线险要地段的数据，避免由于人工巡线无法到达造成数据遗漏，可补充传统人工巡线方式的不足;在管道保卫中，利用无人机实时传回的视频图像,能清晰地辨识现场情况,并能做到定点跟踪，第一时间掌握潜在危险地点，为防止险情发生节约时间。此外,无人机遥感技术在高后果区识别、灾害识别和次生灾害评估中也发挥着显著的作用。随着无人机技术的改进与发展，无人机管道管理系统将在管道管理中发挥越来越重要的作用.参考文献1 孙泽民,王建宏。长输管道管理现状分析及其对策J。储运安全，2007(7）：3738. 2 金伟，葛宏立,杜华强，等。无人机遥感发展与应用概括J.遥感信息,2009(1）:8892. 3 吕厚谊.无人机发展与无人机技术J。世界科技研究与发展,1998（6）：113116。