魏鈞一 孟成 樊虎 何亮亮

國家管網集團東部儲運公司武漢輸油處

摘要：管道三維可視化在管道管理中具有廣泛的應用前景。探討利用無人機、3Dsmax、VR技術等對人員密集型和環境敏感型高后果區及站庫閥室三維建模，用奧維地圖三維展示等，全方位立體化呈現管道線路環境及存在風險情況，有助于開展安全風險識別評價，科學采取保護措施，提升管道安全管理水平。

關鍵詞：無人機；3Dsmax；VR技術；3D建模；奧維互動地圖；管道高后果區

長輸管道穿越江河湖泊、人口密集等高后果區時，一旦發生泄漏將會造成環境污染、生態破壞以及人員傷亡等嚴重后果。同時，管道周邊第三方施工也存在較大安全風險。通過三維建模和可視化管理，在管道基礎數據收集展示、應急處置推演、交互式應急演練等方面實現應用，為管道安全管理發揮重要作用[1]。

1  無人機對人員密集型高后果區三維建模

1.1  無人機三維建模

穿越城區段的管道高后果區具有建筑物多、場景復雜等特點，人工建模難以實現。利用無人機作為圖片采集端，用傾斜攝影技術采集信息，用云端地球軟件進行圖像處理與建模，建成儀長原油管道穿越太湖城區三維模型，如圖 1所示。

圖 1 儀長線穿越太湖城區高后果區三維模型圖

1.2  傾斜攝影技術應用

在傳統正面攝影收集不到現場三維數據情況下，采用多角度傾斜攝影技術拍攝，可獲得拍攝物的圖像數據。無人機自帶云臺，具備實現傾斜攝影技術的前提，通過云臺變換攝影角度，在同一位置拍攝4到5個不同角度的圖像，獲得類似于人眼識別圖像疊加呈現的效果，用這些圖像來構成三維模型基礎。從應用現狀來說，適用于場景復雜的城區管段高后果區建模[2]。

1.3  建模流程和主要特點

使用DJI Pilot設定攝影模式，在航點飛行、建圖航拍、傾斜攝影、航帶飛行選擇傾斜攝影。設置巡航區域，選擇矩形拍攝區域的長、寬。設定巡航航線，在選擇的矩形區域內設定航線、拍攝點等。將拍好的信息數據上傳“云端地球”網頁，建模生成。與三維 GIS 技術相比，傾斜攝影技術獲取的信息數據量較小，且建模共享，方便交流提升建模質量。

2  3Dsmax對交通設施型高后果區三維建模

2.1  3Dsmax三維建模

對于已形成的交通設施型高后果區，原油發生泄漏后易流入路邊的排水管涵、暗渠等密閉空間，存在發生火災爆炸風險。需要重點關注公路兩側的暗溝暗渠分布，提前做好引流、封堵準備。為了清晰告知項目業主、施工單位管道與建設項目的相對位置，以及管道在地下埋設狀態、地下管涵分布情況等，利用3Dsmax對高后果區建模，結合現場采集信息與竣工圖紙，建立三維模型與實景圖，比紙質圖紙更具直觀性。如圖 2所示。

圖 2 交通設施型高后果區3Dsmax模型界面

2.2  3Dsmax建模技術優勢

3Dsmax全稱為3D Studio Max，是一款基于電腦Windows系統的3D建模系統，上手簡單、易學習掌握，便于交流生成多種格式工程文件，在各個建模平臺通用，適合管道企業管理人員學習應用。在建模前需要現場測量道橋的基本尺寸、管道相對于道路的位置、埋深、是否采取保護措施等現場資料，也可以航拍現場圖，作為參考進行繪制[3]。

高后果區3Dsmax建模，在管道企業應急處置能力提升中體現出優勢。3Dsmax具備動畫、沙盤、游戲制作功能，模擬繪制管道泄漏事故及應急處置情景動畫，制作沙盤或游戲場景，用于油氣管道企業應急處置桌面推演。通過互聯網連接搶修隊與站點，方便實現常態化聯動處置演練。

3  VR技術對環境敏感型高后果區建模

3.1  VR技術建模效果         

環境敏感型高后果區大多數是管道穿越河流段，主要風險為地質災害水毀、邊坡塌陷及洪水。引發要素有管道上下游500米河道拓寬、挖沙采石、修建蓄洪泄洪渠施工，洪水期潰堤、破壞水工保護設施等異常情況。若發生油品泄漏事故，污染河流水質與周邊土壤，阻擋油流擴散為應急處置的核心步驟。一般平面圖很難展示出管道穿越河流段的全貌及河道上下游適合圍油欄等應急物資鋪開的區域。用VR技術對儀長線穿越河道高后果區建模，如圖 3所示。

圖 3 環境敏感型高后果區VR模型

3.2  VR技術管理優勢

VR圖像的采集與處理較為簡單，適合穿越大量河流的管道高后果區建模，360°無死角，以最直觀的形式展示高后果區各要素的空間位置，有利于應急處置時指揮部掌握現場狀態，縮短處置時間[4]。對于人員疏散撤離、應急集結點、入場路線設置等也能做到一目了然。該技術同樣適用于閥室及站庫情景構建。

4  奧維地圖展示

奧維地圖是一款跨PC、手機平臺的地圖軟件。內部集成展示鄉村道路細節的谷歌衛星混合地圖、展示管道穿越大中小型河流溝渠細節的天地地圖等，滿足管道管理工作的日常使用。該軟件導入管道線路閥室、樁牌、高后果區、洪水地質災害點、腐蝕缺陷點等重要區域位置信息，可以實現跨用戶、跨平臺分享巡線軌跡，在管道現場進行簡單的GPS定位與測繪，對穿越城區段的高后果區展示效果較好。除此之外奧維地圖和三維建模軟件進行聯動，豐富更多的展示細節。適用于長輸管道線路的可視化管理應用[5]。如圖 4所示。

圖 4 奧維地圖顯示巡護路線、管道樁和地災點

5  結語

在國家管網集團提出“智慧互聯大管網”背景下，管道可視化將是實現數字孿生的重要步驟。利用無人機、3Dsmax、VR技術等對高后果區三維建模，奧維地圖三維展示，全方位直觀呈現管道現場實況和可視化管理效果。還可以借助水情監視網對各類大型河流水位及流速進行展示，及時掌握風險隱患及其演變情況。助力管道風險評價和安全管理，為智慧互聯大管網建設積累經驗。

參考文獻：

[1]白嘉祺.我國油氣管道的建設現狀與發展趨勢淺析[J].中小企業管理與科技，2016(4)：98.

[2]楊宏偉，張松，管磊，等.基于 GIS 的油氣管道高后果區識別研究[J].天然氣與石油，2019，37(5)：119-124.

[3]李亮.GIS 在油氣管道完整性管理應用研究[D].西安：西安石油大學，2015.

[4]郭達志.地理信息系統原理與應用[M].徐州：中國礦業大學出版社，2014.

[5]李鎮洲，張學之.基于傾斜攝影測量技術快速建立城市3維模型研究[J].測繪與空間地理信息，2012(4)：117-119.

作者簡介：魏鈞一，1999年生，本科，助理工程師，武漢輸油處管道管理技術員，主要從事一線管道管理工作。聯系方式：18571897511，1494301366@qq.com。