基于3S技术的无人机油气管道巡检研究与应用

SYS PRACTICE 系统实践摘要：随着管道数量的逐年增加，地下管道错综复杂，部分华北地区地形环境复杂，管道偷油破坏活
动多发，给管道的巡线工作造成了很大困难。

通过3S技术（遥感技术RS、地理信息系统GIS和全球定位系统
GPS）结合无人驾驶飞行器等技术，自动、智能快速获取地质变化、房屋建设、动态监控、自然灾害等空间
遥感信息，完成石油管道遥感数据的分析处理的应用，实现“重点巡视、组织运维”模式下的“天地一体
化”生产经营信息服务，是“智慧油田”的重要组成部分。

关键词：3S技术；无人机巡检；变化检测；遥感应用；影像分析；智能管道巡检
随着管道数量的逐年增加，地下管道错综复杂，部分华北地区地形环境复杂，给管道的巡线工作造成了很大困难。

同时，随着管道使用年限的增加，一些老管道常年受土壤的腐蚀以及其它自然因素的破坏，正逐渐出现穿孔漏油情况，给油气集输的正常运转造成一定影响。

更为严重的是，近年来在利益的驱使下，许多不法分子长期从事管道偷油破坏活动，其偷油手法多种多样，令人防不胜防。

这些问题都给油气生产造成巨大的直接和间接经济损失[1]。

一、传统巡检模式的缺陷与无人机巡检的对比
由于长输管道及其附属设备处于野外，极易遭到自然或人为因素的破坏。

为此，华北油田公司已建设了一个完整的巡检队伍，通过巡检人员定期沿管道检查，及时发现管道泄漏、自然破坏和人为破坏等各种危及管道运输的事故，为管道危急抢修提供第一手资料。

但巡检人员定期巡检管道，巡线工作量大，工作极其辛苦，遇到恶劣天气时，巡线工作将无法开展，加之巡检出现的漏检、部分地域无法进入，都对巡检效果造成很大影响。

无人机具有成本低廉、方便运输、操作简便以及维护简单等特点，可在山区等人员不便进入的复杂地形飞行，同时可以搭载多种数据采集设备，在巡井巡线时搭载的摄像设备可将高清图像通过无线传输设备，实时传回油田监控管理中心，与生产指挥系统进行对接。

夜间也可搭载热成像设备，在空中对重点区域进行巡检，防止偷油盗油份子对管线的破坏。

管道巡检无人机系统的投入使用，不仅可以省去大量耗时耗力的人工监测，而且巡线速度快，信息反馈准确及时，保证了问题的早发现早修复，这样可以将损失减到最低[2]。

二、基于3S技术无人机管道巡检应用思路
（一） 3S技术概述
3S技术是遥感技术RS、地理信息系统GIS和全球定位系统GPS的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术[3]。

随着3S技术的不断发展，将遥感、地理信息系统和全球卫星定位系统紧密结合起来的3S一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。

以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。

（二）无人机遥感
无人机遥感，既是利用先进的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、差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专用化快速获取土质变化、房屋建设、自然灾害等空间遥感信息，完成遥感数据的分析处理的应用技术。

（三）管道巡检方式
无人机遥感技术以低速无人驾驶飞机为空中遥感平台，用彩色、黑白、红外、摄像技术拍摄空中影像数据；用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成影像。

根据搭载传感器拍录控制的不同，无人机管道巡检的方式大体分为两种：
1.航拍测绘方式。

获取监测区域的管线航拍高清影像图，分析不同时段同一区域的航拍影像数据，从而达到对可疑区域的排查。

并对航拍影像数据进行存储管理。

2.航拍视频方式获取监测区域的录像信息，通过实时图传技术实现对管线的实时监测。

还可搭载热红外设备对管道进行夜间巡航，抓捕不法分子偷盗油行为[4]。

（四）数据处理
无人机遥感系统多使用小型数字相机作为机载遥感设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，针对其遥感影像的特点以及相机标定参数、拍摄时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和正射校正，开发出相应的软件进行交互式的处理。

同时还有
基于3S技术的无人机油气管道巡检研究与应用
钟武军
◆
37
SYS PRACTICE 系统实践
影像自动识别和快速拼接软件，实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理，以满足整套系统实时、快速的技术要求。

进一步的建摸、分析需使用专业的遥感图像处理软件。

（五）数据存储管理
随着后期无人机遥感动态监测技术的常态化应用，影像数据来源越来越丰富，影像的规模会逐步膨胀。

面对如此庞大、复杂的影像数据集合，如何对其进行快速处理、高效的存储、管理和共享，就成为一个迫切需要解决的问题，而海量影像的管理是影像解决方案的核心。

数据管理系统是建立在关系数据库系统上的，采用B/S结构，实现对航拍影像空间数据的有效管理，一方面保证数据的标准化，另一方面保证数据的统一时效性，建立统一的共享机制，实现数据在业务部门内的共享。

数据管理系统通过对灵活元数据的配置，实现航空摄影成果数据的标准化入库，实现入库数据的分类分级建库存储管理，满足空间、属性数据以及其他类型数据的一体化管理；基于元数据建立索引数据，提取所需要的浏览数据和信息，实现数据检索和数据浏览服务；采用统一的服务发布机制，实现数据服务的快速发布及展示，同时对数据的安全、更新、备份进行综合化管理[5]。

（六） 智能图像对比分析
智能图像对比分析是油气管道航空遥感监测的核心功能，主要是通过数据处理系统生产的多时相数据产品，对感兴趣区域进行地物、地貌特征的监测，来提取目标的变化信息，实现对石油管道周边动土回填现象、房屋建设行为，施工用地情况和自然灾害地形变化的动态监测，分析石油管线可能存在的偷盗油行为和漏油现象，以及疑似危害行为。

（七）可疑信息上报
无人机巡检异常信息报告将无人机飞巡数据，系统识别自动进行分析对比后将结果显示在系统页面，管理人员能够通过查看对比结果判断是否出现问题。

如确定需要进行现场处理，将结果直接生成巡检任务，并下发到智能手持终端，一线工作人员整改完成后，进行上报验收和数据存档。

系统还能够对存档进行区域性时段性任务大数据分析，将问题的高发区域、高发时段进行预测性分析，提前做到预防性巡检和检修，有效提高巡检工作的效率设备运行安全。

三、应用成果
（一）2016-2017年，华北石油利用无人机在蒙宝线进行长输管线常规巡检，对巡检图像进行实时传输，清晰看到管道走向、周围环境变化。

利用复合式无人机对长输管线进行多次常规巡检。

复合式无人机搭载双光吊舱，全程57.6公里，总计4个站点。

无人机采用垂直起降技术，按照预先设定的航线飞行，摄像画面实时传回到监控屏幕上，飞行过程中，操作人员可以控制摄像设备进行变焦，可以清楚看到管线填埋带及周边情况，图像传输距离达到20公里，全程画面无干扰。

（二）2017年，山西煤层气安泽项目部进行无人机煤层气巡检，在雨中飞行30分钟，巡查15口钻井施工，巡检效率高、无死角，可不定期对施工现场进行无人机巡检。

（三）2015年，利用无人机对华北石油任药线进行夜间巡检，利用无人机搭载的热成像系统，可对管道附近的民房进行监测，对打击非法炼油、偷油等情况十分有效，完全做到隐蔽安全，实现夜间打击盗。

（四）2017年7月，华北石油采油一厂进行在白洋淀进行水上应急救援演练，采用30倍变焦云台进行高空拍摄，飞行高度40米，分别在水上布桩、布设围油栏、水上监护、水上收油、地面收油、水上救援、医疗救治等应急抢险小组中进行拍摄。

无人机将拍摄到的画面实时传送到通信公司应急指挥车内，指挥部成员可通过通信车卫星将画面切换到公司总调度室，听从指令现场指挥救援工作。

四、结语
随着遥感数据在各个应用领域的普及，无人机航空影像数据的快速实时处理成为提高时效性的迫切需求，针对行业应用的无人机监测目标特征信息提取和变化检测分析，成为了目前各个行业应用的迫切需求。

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):37-38.
[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):88-92.
[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):113-116.
[4] 欧新伟,周利剑,冯庆善,等. 无人机遥感技术在长输油气管道管理中的应用[J].科技创新导报,2011(15):77-78.
[5]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):105-106.
（作者单位：华北石油通信有限责任公司）
38。