无人机及图像处理技术在油气田生产中的应用研究

穆 啸

（河南中原油田信息通信技术有限公司，濮阳 457001）

1 研究目的

油气管道是油气资源配送的主要方式，目前我国长输管道超过12万公里，并且分布于全国各地，因此管道的运行安全不仅关系中国各地经济的发展，同时直接关系沿线群众的生命财产安全。近年来随着我国经济的快速发展，油气管道建成后，管道沿线占压、安全间距不足以及其他危及管道的行为日益突出，给集输管道的运行带来了极大的安全隐患。

无人机管道巡线作为一项日趋成熟的新理念、新技术，主要是采用先进的无人驾驶飞行器、遥感传感器、遥测遥控、无线通讯、GPS差分定位和遥感应用等技术，对管线、站库等进行监控巡查，一方面定期提供管道沿线的情况的图像影视资料，为管道巡检管理的技术管理人员提供第一手资料；另一方面，一旦发生安全事故，无人机可紧急升空，为应急指挥第一时间提供现场情况，可以直观的处理各种问题，提高决策的准确性，在管线智能化建设方面具有极大的优势。

无人机作业实时获取到的获取到的图像实时传输距离有限，目前民用无人机的实时图传距离一般在5～10km左右，需要对无人机图像传输技术进行应用研究，以实现无人机图像的超视距即时传输。

2 研究内容

针对油田野外作业部分人力难以到达地区，及抢险作业存在安全隐患地点，研究利用无人机使用3G/4G网络、卫星通信等手段，将现场视频图像实时传送至总部指挥中心，形成一套可快速部署的抢险现场画面实时回传方案。同时，研究使用Pix4D、Smart3D等影像处理软件对无人机采集的影像文件处理生成DLG（数字线画地图）、DRG（数字栅格地图）、DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、油气储运管道及罐体数字三维模型。在三维模型或者点云的基础上，加入地理信息系统（GIS），将三维模型精确的进行处理并赋予属性（管道直径，材质等），提高设备信息化管理的水平，为油气田厂区、站场等数字化建设、改造提供高精度、可视化管理手段。

3 主要技术方案

3.1 无人机图传延伸研究测试方案

由于无人机常用的机载图传设备的传输距离目前大都在5km左右，较远的也不超过10km。为了增加无人机实时图像传输距离，我们可借助3G/4G无线通信网络，甚至在没有3G/4G网络的区域，使用卫星通信，也可以实现无人机实时图像传输距离的延伸。

3.1.1 测试环境

多旋翼无人机一套，图传距离5km；应急通信车一辆，车上集成有车载静中通卫星小站一套，宝利通视频会议终端一套。

3.1.2 测试内容

无人机机载摄像机所采集到的视频画面通过无人机图像传输设备传送至无人机地面站系统的笔记本电脑。使用视频信号线将地面站系统笔记本电脑与应急通信车视频会议终端相连接，地面站系统成为视频会议系统参会的一方，视频会议系统将无人机实时画面在视频会议系统内进行广播，即实现了无人机实时画面与应急通信车的对接，系统示意图如下：

图1 无人机图传连接卫星通信示意图

3.1.3 测试结果

通过现场调试，使用多旋翼无人机拍摄的实时画面成功接入应急通信车，并可通过卫星传输至视频会议系统，实现调控中心远程指导现场作业。

3.2 图像处理技术研究方案

3.2.1 无人机图像处理概述

无人机航空摄影与传统航空摄影有较大区别，首先飞行高度低，影像分辨率高，其次高机动性和灵活性可随时随地执行航摄任务；但由于无人机重量轻、速度慢、受风力影响较大，所以对拍摄过程中行高设计、航测时间、空气能见度、航片旁向航向重叠率等因素都有很高的要求，只有航测作业前根据测区实际情况合理判断设置好各项参数值，才能拍摄出高质量满足应用需求的航拍影像。

通过对无人机获取的原始相片数据进行快速拼图，结合专业图像处理软件，最后可以得到标准格式的图像成果文件：DOM：数字正射影像图；DEM：数字高程模型；DLG：数字线画地图；DRG：数字栅格地图。

3.2.2 无人机图像拼接处理实验

（1）获取油气管线所在地的Google影像地图并加载至无人机地面站软件中，并在地图上画出管线上方的航线。

（2）无人机按照规划好的航线进行图像采集，会得到一组连续的照片文件。

（3）通过图像拼接软件将连续的照片处理成为一个覆盖油气管线上方较大面积的拼接图。

（4）通过专业的图像处理软件，将带有坐标、海拔等参数信息的图像文件处理成三维模型

3.3 三维建模实验方案

（1）通过使用多旋翼无人机搭载五镜头倾斜摄影云台，对目标进行连续照片拍摄。（2）使用Smart3D图像处理软件将获得的图像文件进行处理，得到目标的三维模型。

（3）生成的模型，由多个带有GPS坐标及高度信息的点支持，因此可以在模型上直接进行长度测量，高度测量，面积测量等。

4 研究结果

借助多样的通信传输技术手段，可以将无人机系统有限的图传距离无限延伸，并且随着移动通信技术的发展，今后5G技术将实现更大带宽信息量、更高速度的传输，可以更好的满足无人机实时图像远程传输的需要。

使用图像处理技术，将数量、容量都十分庞大的基础影像资料转变成为直观明了的单一拼接图像、三维模型等文件，不仅大大减少了油气管线巡线工作的工作量，并且，制作的影像处理文件，均带有地理坐标信息等参数，能为油气生产信息化提供数据基础，为今后油气生产大数据提供地理信息数据源。