无人机在石油管线巡检中的解决方案
对于石油管线的巡检项目,尤其是长距离输油输气管道(长度在400km以内)、区域性油气田断块系统(面积在100km2左右)而言,这些项目经常要求“短平快”,测量周期短、任务重、质量高,区域内地形、地貌复杂多变,常常穿越无人区如沙漠戈壁、森林、高山等,有时测量人员、仪器设备无法到达。
传统的石油管线巡检工作主要是通过安检员的定期巡查和上级督查部门的不定期抽查两种方式:在巡查地点或设备处放置一可拨动式表盘,安检员每到一个地方后,拨动表盘时钟指向巡查时间;还有的是通过投纸条,安检员把写有巡检时间的纸条放入纸箱内,以此来记录巡查情况。上级部门再对安检员的巡查情况进行抽查。由此可以看出,这种考核方式是很不科学的,很难核实时间,又很容易让某些安检员放松警觉,很可能因为一个小的操作失误就有可能导致灾难性的后果。
这种测量方法,采用人工接触方式,其劳动强度大、作业程序复杂、资源配置臃肿繁多、工效低、周期较长,特别是在困难地段往往无法按时保质保量完成测量任务。
测量新技术给上述测量工作带来了极大便利,航空摄影测量及卫星遥感技术很快就渗透了进来,卫星遥感技术适合于可研阶段测量需要,受到空间卫星遥感平台受轨道的限制,每天过顶的时间固定,无法实现应急观测;航空载人摄影测量受到天气、空管、高成本等多方面影响,适合于上千千米线路管道、上千平方公里大型油气田开发项目,不适合于中短程管道线路测量、中小型油气田开发项目。
无人机航空摄影是以获取低空高分辨率遥感影像数据为应用目标,集成了无人驾驶飞行器、遥感及GPS导航定位等高科技产品和技术,建立起来的一种高机动性、低成本、小型化、专用化的航测系统。非常适合于中短程管道测量、中小型油气田开发项目,非常适合应急处理及巡查。
无人机低空航拍摄影技术作为一项空间数据获取的重要手段,具有续航时间相对长、影像实时存储传输、成本低、高分辨率、机动灵活等优点,特别适合于应急侦察与高危地区勘测,是载人机航空摄影测量与卫星遥感有力补充,在国外已得到广泛应用。
近几年来,随着我国信息化建设和科学技术的不断提升,无人机航测研究得到了快速推进和发展,生产制造和实际应用能力有了长足的进步,现阶段国家测绘地理信息局、各省测绘地理信息局、其他有实力测绘单位基本上装备了无人机航测设备,使得无人机低空航测在国家地理信息、基础测绘、城市规划、应急抢险、重点工程项目等方面发挥越来越大的作用。
无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是利用无线电遥控设备和自备的过程控制装置操纵的不载人飞机。无人机航测遥感系统是高分辨率及高精度遥感影像获取和处理的崭新技术。它以无人驾驶飞行器为飞行平台,负载数码相机、数码摄录机等数字遥感设备进行拍摄和记录,通过遥感数据处理技术进行影像的同步传输,以实现对地理信息的实时调查与监测。无人机遥感系统以获取高分辨率遥感数据为应用目标,通过3S技术在系统中的集成应用,达到实时对地观测能力和遥感数据快速处理能力。要使其成为理想的遥感平台,选用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大和性能优异等特点。遥感传感器的控制系统要能够根据预先设定的航摄点、摄影比例尺、重叠度等参数以及飞行控制系统实时提供的飞行高度、飞行速度等数据自动计算并自动控制遥感传感器的工作,使获取的遥感数据在精度、比例尺、重叠度等方面满足遥感的技术要求。对于抗风能力弱、飞行稳定性差的无人机,应给遥感设备加装三轴稳定平台,以保证获取稳定的、清晰的高质量影像,遥感传感器的位置数据和姿态数据最好能够实时记录并存储,以便用于遥感数据的处理,提高工作效率。
无人机低空摄影测量系统所采用的无人机是按照国际上通用标准设计,并且其研制的目的主要是作为遥感平台。在进行航空立体成像时,飞机携带相机沿飞行线(或条带)获取垂直航空像片。由于实际应用中多选用航空像片的立体像对。因而成功的飞行,航向重叠应为55%-65%,至少50%,一般为60%,旁向重叠大致30%。像片重叠意味着,在相隔一定距离的不同位置拍摄同一目标。存在视差可以构成立体像对,并可进一步获得立体模型。然后通过内业的数字测图软件可以制作高精度的各种地形图。