馬玉寶 么惠平 霍冠良 蘭才富 黃梓軒 李明

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道公司南寧輸油氣分公司

摘  要：介紹了三維全景技術(shù)用于山區(qū)管道可視化完整性管理的實(shí)現(xiàn)路徑。利用無(wú)人機(jī)對(duì)山區(qū)管道、高后果區(qū)等進(jìn)行多方位影像采集，經(jīng)過(guò)技術(shù)處理和渲染拼接，繪制管道走向，導(dǎo)入全景平臺(tái)合成球形全景圖，以此為基礎(chǔ)，添加管道標(biāo)識(shí)、穿跨越河流、高后果區(qū)等基礎(chǔ)信息，搭建山區(qū)管道可視化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)山區(qū)管道的可視化完整性管理。

關(guān)鍵詞：山區(qū)管道；三維全景；無(wú)人機(jī)；可視化管理

山區(qū)管道沿線地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，管道應(yīng)急搶險(xiǎn)進(jìn)場(chǎng)難度大。但管道地面標(biāo)識(shí)、穿跨越河流、高后果區(qū)等基礎(chǔ)信息以文字或表格等傳統(tǒng)形式存檔，不便于應(yīng)急指揮和現(xiàn)場(chǎng)處置對(duì)照查閱。三維全景技術(shù)是一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具備全方位縮放，任意場(chǎng)景、方向、角度的三維顯示功能，并滿足PC端與移動(dòng)端在線瀏覽[1]。采用三維全景技術(shù)構(gòu)建管道可視化完整性管理平臺(tái), 按需要進(jìn)行個(gè)性化展示，提高內(nèi)容及要素的可讀性，可更直觀、更全面地了解山區(qū)管道上方及周邊地物地貌，從而有效提升完整性管理水平。

1 可視化管理實(shí)現(xiàn)路徑

1.1 數(shù)據(jù)采集方式

選用大疆DJ Mavic 2 pro無(wú)人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)影像的快速采集。該機(jī)型搭載三軸穩(wěn)定云臺(tái)及 2000萬(wàn)有效像素的4K球形相機(jī)，照片最大分辨率可達(dá)5472×3684，擁有GPS+GLONASS衛(wèi)星定位模塊、障礙物感知和全向感知系統(tǒng)等功能，采用4G網(wǎng)絡(luò)提供信號(hào)連接及數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)連接移動(dòng)設(shè)備用于設(shè)置飛行參數(shù)、 規(guī)劃飛行線路、 更改拍攝模式等。拍攝前，將設(shè)備調(diào)試至允許的溫度、風(fēng)力及紫外線強(qiáng)度范圍之內(nèi)， 無(wú)人機(jī)起飛地點(diǎn)選擇在空曠的平地上，設(shè)置飛行高度在50～150米之間， 在無(wú)人機(jī)上升到指定高度懸停后， 需對(duì)曝光度、照片輸出格式等拍攝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整， 以確保成像為最佳狀態(tài)[2]。全景圖拍攝過(guò)程中無(wú)人機(jī)的相機(jī)鏡頭共旋轉(zhuǎn)拍攝3次：方向分別為：相機(jī)鏡頭與重心方向?yàn)?0°角、相機(jī)鏡頭方向垂直于重心方向、相機(jī)鏡頭與水平線成 45°角。同方向每水平轉(zhuǎn)動(dòng)45°便拍攝8次，最后正對(duì)地面拍攝1次，整個(gè)過(guò)程共拍攝 25 張照片。

1.2 影像預(yù)處理

無(wú)人機(jī)全景拍攝完成后將自動(dòng)生成寬高比為 2:1的全景圖，一般寬度為16 000像素、高度為8000像素，輸出圖像大小約45 MB。受相機(jī)拍攝參數(shù)及環(huán)境等因素影響，無(wú)人機(jī)采集的原始影像存在成像誤差。利用Adobe Photoshop CC 2018等專業(yè)軟件進(jìn)行圖像各類參數(shù)的修改與調(diào)整，通過(guò)修改飽和度、對(duì)比度、銳度、高光、暗部調(diào)整等參數(shù)以達(dá)到最佳效果，并消除曝光過(guò)度、色差明顯等問(wèn)題，使影像整體效果趨于平衡、一致，提高影像質(zhì)量。

1.3 繪制管道走向

運(yùn)用Adobe Photoshop CC 2018專業(yè)軟件中的畫筆工具，選擇準(zhǔn)備好的全景圖路徑并打開，進(jìn)入3D編輯界面，通過(guò)新建全景圖層功能，進(jìn)入3D球形全景圖編輯界面，調(diào)整前景色為深黃色，根據(jù)需求調(diào)節(jié)畫筆像素大小及形狀，使用畫筆工具，嚴(yán)格按照實(shí)際管道走向示意圖，點(diǎn)擊起始點(diǎn)至出現(xiàn)黃色圓圈，按住shift鍵，之后點(diǎn)擊終點(diǎn)即可。接著由近到遠(yuǎn)逐步減少畫筆像素大小，連接起來(lái)即可生成一條漸變大小的管道走向線。繪制完成后，進(jìn)入Adobe Photoshop CC2018專業(yè)軟件的3D界面，導(dǎo)出全景圖并選擇圖片輸出格式為JPEG，整理到指定文件夾并編號(hào)以便導(dǎo)入全景平臺(tái)。

1.4 導(dǎo)入全景平臺(tái)

選擇“720云”全景平臺(tái)，發(fā)布全景，輸入項(xiàng)目名稱及類別標(biāo)簽，上傳繪制好的管道全景圖，點(diǎn)擊“立即生成”即可完成導(dǎo)入。進(jìn)入可視化編輯界面，將全部管道全景圖結(jié)合實(shí)際依次首尾相連，添加全景切換熱點(diǎn)；將通過(guò)徒步踏線現(xiàn)場(chǎng)采集的管道標(biāo)識(shí)信息及二維照片收集整理，以添加圖文熱點(diǎn)的方式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置逐個(gè)對(duì)應(yīng)導(dǎo)入三維全景圖，并標(biāo)注對(duì)應(yīng)的管道里程樁號(hào)、埋深、光纜里程等信息；將管道周邊地物地貌、高后果區(qū)、管道進(jìn)場(chǎng)路由及穿跨越河流情況通過(guò)添加圖文熱點(diǎn)的方式，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注并加以描述，對(duì)管道周邊高后果區(qū)戶數(shù)、人類活動(dòng)密集區(qū)域、地形變化、管道應(yīng)急搶修最優(yōu)進(jìn)場(chǎng)路由等進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明和圖片對(duì)應(yīng)；將管道周邊大型維修項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況以圖文熱點(diǎn)的方式添加至對(duì)應(yīng)位置，將開工日期、現(xiàn)場(chǎng)開挖情況、安全作業(yè)情況、預(yù)計(jì)完工驗(yàn)收日期等信息加以詳細(xì)描述。最終保存添加的各類熱點(diǎn)即可生成山區(qū)管道線路的三維全景。

2 三維全景功能展示

三維全景影像展示分為自動(dòng)展示和手動(dòng)展示兩種方式，自動(dòng)展示能實(shí)現(xiàn)小行星旋轉(zhuǎn)、 360°自動(dòng)巡游等，更好地應(yīng)用投屏展示功能；手動(dòng)展示能實(shí)現(xiàn)左右平移、上下平移、放大縮小、變換視角等。

2.1 地形地貌可視化

通過(guò)三維全景技術(shù)可以直觀呈現(xiàn)管道沿線地形地貌、穿跨越河流等情況，對(duì)于地災(zāi)頻發(fā)的管段，在三維全景圖上進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)注，通過(guò)全景圖周期性對(duì)比，可以有效監(jiān)測(cè)管道周邊環(huán)境變化，提前做出地災(zāi)的預(yù)判與防范，防患于未然。通過(guò)如圖 1所示全景圖，管道應(yīng)急搶險(xiǎn)進(jìn)場(chǎng)路由清晰明了，有助于管道突發(fā)事件應(yīng)急決策，大大提高應(yīng)急搶險(xiǎn)效率。

2.2 施工管理可視化

對(duì)于管道的維修作業(yè)及周邊施工項(xiàng)目管理，三維全景技術(shù)的優(yōu)勢(shì)極為明顯，如圖 2所示。每５天制作一次專項(xiàng)三維全景，對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)開工、作業(yè)人員進(jìn)場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程和整體完工驗(yàn)收等重要環(huán)節(jié)，可以全方位觀察現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)、場(chǎng)地整體平整進(jìn)度、設(shè)備安裝情況、施工人員安全作業(yè)情況、物料分配情況等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，保障現(xiàn)場(chǎng)施工的安全質(zhì)量和進(jìn)度。在場(chǎng)地平整階段，可以清晰地看到填方與挖方區(qū)域的狀況。施工項(xiàng)目進(jìn)度及安全作業(yè)情況可視化監(jiān)管，項(xiàng)目驗(yàn)收工作有憑有據(jù)。整個(gè)施工過(guò)程安全質(zhì)量監(jiān)管緊密連接，為現(xiàn)場(chǎng)施工管理提供直觀、宏觀和可溯源的資料依據(jù)，為施工安全質(zhì)量管理提供強(qiáng)有力的保障。

2.3 高后果區(qū)可視化

為高后果區(qū)制作專項(xiàng)三維全景圖，添加高后果區(qū)信息圖文熱點(diǎn)，可以直觀展示管道與高后果區(qū)相對(duì)位置關(guān)系，以及高后果區(qū)位置、規(guī)模等信息，因地制宜，合理規(guī)劃高后果區(qū)逃生路線。通過(guò)定期全景圖對(duì)比分析，可以掌握高后果區(qū)變化趨勢(shì)，為高后果區(qū)可視化管理提供便利。

2.4 管道標(biāo)識(shí)可視化

通過(guò)點(diǎn)擊全景圖內(nèi)管道地面標(biāo)識(shí)圖文熱點(diǎn)，可以 直觀查看管道里程、埋深等信息。利用光纜振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)確定通信光纜里程，在樁牌信息表內(nèi)標(biāo)注，建立管道及通信光纜里程對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)發(fā)生通信光纜故障時(shí)，及時(shí)添加光纜故障時(shí)間、位置及整改情況，有利于提高通信管理水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)無(wú)人機(jī)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建了集管道標(biāo)識(shí)、施工管理、高后果區(qū)、地形地貌及管道走向于一體的山區(qū)管道可視化完整性管理平臺(tái)。解決了山區(qū)管道三維全景圖制作中遇到的問(wèn)題，將獲取并處理專業(yè)影像、添加并生成管道三維全景圖等技術(shù)融入山區(qū)管道可視化完整性管理平臺(tái)，并在日常管理中得到實(shí)踐應(yīng)用，有效提高管道完整性管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 紀(jì)成，蔣廷臣.基于無(wú)人機(jī)的連島全景圖制作[J].江蘇海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2020， 29(1)： 62-66.

[2] 王正東，趙傳華.基于無(wú)人機(jī)的校園全景地圖制作[J].礦山測(cè)量， 2018， 46(4)： 47-50.

作者簡(jiǎn)介：馬玉寶， 1987年生，工程師，現(xiàn)任西南管道南寧輸油氣分公司河池作業(yè)區(qū)經(jīng)理。聯(lián)系方式：18977194765， 765741661qq. com。

通訊作者：霍冠良， 1998年生，助理工程師，現(xiàn)任職于西南管道南寧輸油氣分公司。聯(lián)系方式： 13163680311， 1213470807@qq.com。