馬玉寶 么惠平 霍冠良 蘭才富 黃梓軒 李明

國家管網(wǎng)集團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)用于山區管道可視化完整性管理的實(shí)現路徑。利用無(wú)人機對山區管道、高后果區等進(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，導入全景平臺合成球形全景圖，以此為基礎，添加管道標識、穿跨越河流、高后果區等基礎信息，搭建山區管道可視化管理平臺，實(shí)現山區管道的可視化完整性管理。

關(guān)鍵詞：山區管道；三維全景；無(wú)人機；可視化管理

山區管道沿線(xiàn)地形地貌復雜，地質(zhì)災害頻發(fā)，管道應急搶險進(jìn)場(chǎng)難度大。但管道地面標識、穿跨越河流、高后果區等基礎信息以文字或表格等傳統形式存檔，不便于應急指揮和現場(chǎng)處置對照查閱。三維全景技術(shù)是一種虛擬現實(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(mǎn)足PC端與移動(dòng)端在線(xiàn)瀏覽[1]。采用三維全景技術(shù)構建管道可視化完整性管理平臺, 按需要進(jìn)行個(gè)性化展示，提高內容及要素的可讀性，可更直觀(guān)、更全面地了解山區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)現路徑

1.1 數據采集方式

選用大疆DJ Mavic 2 pro無(wú)人機進(jìn)行現場(chǎng)影像的快速采集。該機型搭載三軸穩定云臺及 2000萬(wàn)有效像素的4K球形相機，照片最大分辨率可達5472×3684，擁有GPS+GLONASS衛星定位模塊、障礙物感知和全向感知系統等功能，采用4G網(wǎng)絡(luò )提供信號連接及數據傳輸，通過(guò)連接移動(dòng)設備用于設置飛行參數、 規劃飛行線(xiàn)路、 更改拍攝模式等。拍攝前，將設備調試至允許的溫度、風(fēng)力及紫外線(xiàn)強度范圍之內， 無(wú)人機起飛地點(diǎn)選擇在空曠的平地上，設置飛行高度在50～150米之間， 在無(wú)人機上升到指定高度懸停后， 需對曝光度、照片輸出格式等拍攝參數進(jìn)行調整， 以確保成像為最佳狀態(tài)[2]。全景圖拍攝過(guò)程中無(wú)人機的相機鏡頭共旋轉拍攝3次：方向分別為：相機鏡頭與重心方向為20°角、相機鏡頭方向垂直于重心方向、相機鏡頭與水平線(xiàn)成 45°角。同方向每水平轉動(dòng)45°便拍攝8次，最后正對地面拍攝1次，整個(gè)過(guò)程共拍攝 25 張照片。

1.2 影像預處理

無(wú)人機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。受相機拍攝參數及環(huán)境等因素影響，無(wú)人機采集的原始影像存在成像誤差。利用Adobe Photoshop CC 2018等專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行圖像各類(lèi)參數的修改與調整，通過(guò)修改飽和度、對比度、銳度、高光、暗部調整等參數以達到最佳效果，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

運用Adobe Photoshop CC 2018專(zhuān)業(yè)軟件中的畫(huà)筆工具，選擇準備好的全景圖路徑并打開(kāi)，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，調整前景色為深黃色，根據需求調節畫(huà)筆像素大小及形狀，使用畫(huà)筆工具，嚴格按照實(shí)際管道走向示意圖，點(diǎn)擊起始點(diǎn)至出現黃色圓圈，按住shift鍵，之后點(diǎn)擊終點(diǎn)即可。接著(zhù)由近到遠逐步減少畫(huà)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(xiàn)。繪制完成后，進(jìn)入Adobe Photoshop CC2018專(zhuān)業(yè)軟件的3D界面，導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以便導入全景平臺。

1.4 導入全景平臺

選擇“720云”全景平臺，發(fā)布全景，輸入項目名稱(chēng)及類(lèi)別標簽，上傳繪制好的管道全景圖，點(diǎn)擊“立即生成”即可完成導入。進(jìn)入可視化編輯界面，將全部管道全景圖結合實(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(xiàn)現場(chǎng)采集的管道標識信息及二維照片收集整理，以添加圖文熱點(diǎn)的方式，結合現場(chǎng)實(shí)際位置逐個(gè)對應導入三維全景圖，并標注對應的管道里程樁號、埋深、光纜里程等信息；將管道周邊地物地貌、高后果區、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，對其進(jìn)行標注并加以描述，對管道周邊高后果區戶(hù)數、人類(lèi)活動(dòng)密集區域、地形變化、管道應急搶修最優(yōu)進(jìn)場(chǎng)路由等進(jìn)行詳細說(shuō)明和圖片對應；將管道周邊大型維修項目現場(chǎng)情況以圖文熱點(diǎn)的方式添加至對應位置，將開(kāi)工日期、現場(chǎng)開(kāi)挖情況、安全作業(yè)情況、預計完工驗收日期等信息加以詳細描述。最終保存添加的各類(lèi)熱點(diǎn)即可生成山區管道線(xiàn)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)現小行星旋轉、 360°自動(dòng)巡游等，更好地應用投屏展示功能；手動(dòng)展示能實(shí)現左右平移、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(guān)呈現管道沿線(xiàn)地形地貌、穿跨越河流等情況，對于地災頻發(fā)的管段，在三維全景圖上進(jìn)行重點(diǎn)標注，通過(guò)全景圖周期性對比，可以有效監測管道周邊環(huán)境變化，提前做出地災的預判與防范，防患于未然。通過(guò)如圖 1所示全景圖，管道應急搶險進(jìn)場(chǎng)路由清晰明了，有助于管道突發(fā)事件應急決策，大大提高應急搶險效率。

2.2 施工管理可視化

對于管道的維修作業(yè)及周邊施工項目管理，三維全景技術(shù)的優(yōu)勢極為明顯，如圖 2所示。每５天制作一次專(zhuān)項三維全景，對比分析現場(chǎng)施工作業(yè)開(kāi)工、作業(yè)人員進(jìn)場(chǎng)、現場(chǎng)施工過(guò)程和整體完工驗收等重要環(huán)節，可以全方位觀(guān)察現場(chǎng)動(dòng)態(tài)、場(chǎng)地整體平整進(jìn)度、設備安裝情況、施工人員安全作業(yè)情況、物料分配情況等，及時(shí)發(fā)現安全隱患，保障現場(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域的狀況。施工項目進(jìn)度及安全作業(yè)情況可視化監管，項目驗收工作有憑有據。整個(gè)施工過(guò)程安全質(zhì)量監管緊密連接，為現場(chǎng)施工管理提供直觀(guān)、宏觀(guān)和可溯源的資料依據，為施工安全質(zhì)量管理提供強有力的保障。

2.3 高后果區可視化

為高后果區制作專(zhuān)項三維全景圖，添加高后果區信息圖文熱點(diǎn)，可以直觀(guān)展示管道與高后果區相對位置關(guān)系，以及高后果區位置、規模等信息，因地制宜，合理規劃高后果區逃生路線(xiàn)。通過(guò)定期全景圖對比分析，可以掌握高后果區變化趨勢，為高后果區可視化管理提供便利。

2.4 管道標識可視化

通過(guò)點(diǎn)擊全景圖內管道地面標識圖文熱點(diǎn)，可以 直觀(guān)查看管道里程、埋深等信息。利用光纜振動(dòng)監測系統確定通信光纜里程，在樁牌信息表內標注，建立管道及通信光纜里程對應關(guān)系。當發(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 結束語(yǔ)

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

參考文獻：

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

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

作者簡(jiǎn)介：馬玉寶， 1987年生，工程師，現任西南管道南寧輸油氣分公司河池作業(yè)區經(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，現任職于西南管道南寧輸油氣分公司。聯(lián)系方式： 13163680311， 1213470807@qq.com。