无人机遥感在油气管道巡检中的应用初探

黄斌 郑鹏 江晓光 孙海龙

摘要：由于我国国土面积较大，地形复杂，在进行油气管道铺设时线路较长，并且经常需要穿越森林、沼泽、沙漠等地质条件复杂的区域，这些复杂的区域人类很难进入并且进行准确的勘探，这时无人机系统就派上了很大用场。本文将对无人机遥感技术原理和图像处理进行分析，并且对于无人机遥感在油气管道中的应用加以阐述。

关键词：无人机遥感；油气管道；巡检

石油、天然气资源是我国的重要资源，保证其安全的进行输送是一项重大任务。由于管道是石油天然气资源的主要輸送方式，故不仅在前期管道铺设过程中面临着严峻的挑战，而且在管道建成后如何保证管道的可靠性和安全性也是一项重要任务。油气管道在铺设过程中经常穿山越岭，所经过的地质地形条件十分复杂，部分地形复杂区域靠人工巡检很难掌控，因此，在油气管道中利用无人机遥感技术替代人工巡检，成为了一项行之有效的方法。

一、无人机遥感技术原理分析

无人机遥感技术是无人机技术和遥感技术的结合，即利用无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，能够实现自动化、智能化、专用化快速获取国土资源、自然环境、地震灾区等空间遥感信息，且完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机遥感系统由于具有机动、快速、经济等优势，目前已经大量应用于航空摄影测量等方面。在油气管道巡检这一领域，也逐步成为一项重要的巡检手段。

无人机航测，是利用无人机系统携带航摄相机等设备，快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。而无人机巡检，是利用无人机机动灵活，对环境适应能力强的特点，以及无人机系统搭载的各种传感器，对油气管线进行巡检，特别是对人员难以到达的地形复杂区域，以及地质灾害多发性区域，进行有效的预警，防止各种不安全因素对油气管道产生破坏。在无人机巡检的机型选择方便，有固定翼无人机、多旋翼无人机等，其中固定翼无人机主要进行常规性巡检，如监测管道周围有无施工或者地质灾害；而多旋翼无人机常用在应急性巡检，如突发性事故等。在操作使用方面，多旋翼无人机可以在经过培训后单人操作即可，对于突发事件有很大的帮助作用，借助机载图传系统，到达指定航点后可悬停，通过实时传输画面对现场进行实时摄像，并且在应急处理方面具有较大的优势[1]。

二、无人机遥感图像处理

由于无人机在进行工作时拍摄的角度过大并且毫无规律可循，因此必须对无人机的拍摄图像中的几何变形进行几何校正，其中利用多项式的方式进行几何校正不失为一个准确有效的方法。在多项式的方法中，忽略掉航拍图像的变形等因素，将图像变形看作是对图像的平移、缩放、弯曲等形式，注重的是综合效果。并且针对影像的校对前、后关系建立一个坐标，其中相应的点可以利用一个多项式来进行表示，多项式的计算准确度较高，能够充分的满足集合校正的需要[2]。

三、在油气管道巡检中无人机遥感的应用

（一）在常规巡检中的应用

这里所说的在常规巡检中的应用主要是指对管道通道环境的监测，是针对平时正常状态下的一种巡检。管道通道通常是长距离、大面积的，在利用无人机进行航拍时，首先要将高清可见光相机搭载到无人机上，并且设置好拍摄航线，之后无人机就会按照所设定的航线进行自动飞行拍照。在拍照完毕后，可以对获得的影像和数据进行处理，生成DOM，之后对测区进行全景影像拼接。通过不同期的影像对比，可以发现管线是否存在开挖、占压、滑坡、塌陷等情况。

基于无人机遥感具有低成本、安全性高、机动性强等特点，对我国的日常建设项目的验收工作也起到了重大的作用。例如，在我国的京沪高速铁路项目环境保护验收工作中，无人机就发挥了巨大的作用，有关部门利用无人机传输回的数据和影像作出了对后期环境处理方面的重大决策[3]。

（二）在特殊巡检中的应用

这里所说的在特殊巡检中的应用主要是指当管道发生故障时的监测，是针对管道、环境等应急突发状况下进行的巡检工作。当管道发生油气泄漏等紧急情况时，毕竟管线埋在地下，不是裸露于地表，通过无人机定期获取影像能够快速的发现管线是否有沉降、破坏、破损、或者违法施工开挖，虽然进行施工开挖比较好发现，但是对于埋在地下的管线，破损和破坏很难发现，沉降又需要利用特殊的手段才能实现，因此利用无人机遥感系统是最快速有效的，它将迅速对现场进行勘察，并且将最新的数据以及图像发送给人类，便于及时的发现问题的所在，并针对问题尽快制定出切实可行的应对措施。在对环境应急中的应用也很多，可以利用无人机遥控对事发现场污染物的排放等情况进行勘察，并且能够准确的定位出环境敏感点的位置，为环保部门及时妥善的解决环境问题提供了便利。另外，也可以在无人机上搭载红外成像仪，方便无人机进行夜间工作，从而有效的发现夜间作案的人员和可疑车辆。目前我国对管线沉降的监测方面研究也很多，比如通过不同时期影像，对高程进行提取，通过高程的变化来判断管线的沉降，但这目前来说都在实验阶段，对无人机技术还在不断的探索当中[4]。

四、结语

随着科学技术的发展，信息化水平的提高，无人机技術也得到了的逐渐的发展和成熟，目前无人机遥感技术已经不仅仅是在油气管道巡检方面应用众多，其遥感系统已经逐渐在我国的秸秆焚烧，土地征地之前的房屋外貌取证等多个领域有所涉及。无人机遥感技术以其独特的优势，将成为日后发展建设中必不可少的一项技术，无人机技术的发展也要跟紧时代的步伐，符合社会发展的需求，其发展前景将无可限量。

参考文献：

[1]李器宇，张拯宁，柳建斌，郭峰，李明.无人机遥感在油气管道巡检中的应用[J].红外，2014，03：3742.

[2]武海彬.无人机系统在油气管道巡检中的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量，2014，09：105106.

[3]常文见，孟凡辉，王仓，潘杰.无人机遥感技术在长输管道中的应用探讨[J].价值工程，2013，32：197198.

[4]杨伟，杨帆.无人机在长输管道常规巡检中的应用[J].能源与节能，2015，11：132133.