魏鈞一 孟成 樊虎 何亮亮

國家管網(wǎng)集團東部?jì)�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(wú)人機、3Dsmax、VR技術(shù)等對人員密集型和環(huán)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(xiàn)路環(huán)境及存在風(fēng)險情況，有助于開(kāi)展安全風(fēng)險識別評價(jià)，科學(xué)采取保護措施，提升管道安全管理水平。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機；3Dsmax；VR技術(shù)；3D建模；奧維互動(dòng)地圖；管道高后果區

長(cháng)輸管道穿越江河湖泊、人口密集等高后果區時(shí)，一旦發(fā)生泄漏將會(huì )造成環(huán)境污染、生態(tài)破壞以及人員傷亡等嚴重后果。同時(shí)，管道周邊第三方施工也存在較大安全風(fēng)險。通過(guò)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(shí)現應用，為管道安全管理發(fā)揮重要作用[1]。

1  無(wú)人機對人員密集型高后果區三維建模

1.1  無(wú)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(chǎng)景復雜等特點(diǎn)，人工建模難以實(shí)現。利用無(wú)人機作為圖片采集端，用傾斜攝影技術(shù)采集信息，用云端地球軟件進(jìn)行圖像處理與建模，建成儀長(cháng)原油管道穿越太湖城區三維模型，如圖 1所示。

圖 1 儀長(cháng)線(xiàn)穿越太湖城區高后果區三維模型圖

1.2  傾斜攝影技術(shù)應用

在傳統正面攝影收集不到現場(chǎng)三維數據情況下，采用多角度傾斜攝影技術(shù)拍攝，可獲得拍攝物的圖像數據。無(wú)人機自帶云臺，具備實(shí)現傾斜攝影技術(shù)的前提，通過(guò)云臺變換攝影角度，在同一位置拍攝4到5個(gè)不同角度的圖像，獲得類(lèi)似于人眼識別圖像疊加呈現的效果，用這些圖像來(lái)構成三維模型基礎。從應用現狀來(lái)說(shuō)，適用于場(chǎng)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(diǎn)

使用DJI Pilot設定攝影模式，在航點(diǎn)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(cháng)、寬。設定巡航航線(xiàn)，在選擇的矩形區域內設定航線(xiàn)、拍攝點(diǎn)等。將拍好的信息數據上傳“云端地球”網(wǎng)頁(yè)，建模生成。與三維 GIS 技術(shù)相比，傾斜攝影技術(shù)獲取的信息數據量較小，且建模共享，方便交流提升建模質(zhì)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(fā)生泄漏后易流入路邊的排水管涵、暗渠等密閉空間，存在發(fā)生火災爆炸風(fēng)險。需要重點(diǎn)關(guān)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(yè)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(tài)、地下管涵分布情況等，利用3Dsmax對高后果區建模，結合現場(chǎng)采集信息與竣工圖紙，建立三維模型與實(shí)景圖，比紙質(zhì)圖紙更具直觀(guān)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(shù)優(yōu)勢

3Dsmax全稱(chēng)為3D Studio Max，是一款基于電腦Windows系統的3D建模系統，上手簡(jiǎn)單、易學(xué)習掌握，便于交流生成多種格式工程文件，在各個(gè)建模平臺通用，適合管道企業(yè)管理人員學(xué)習應用。在建模前需要現場(chǎng)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(chǎng)資料，也可以航拍現場(chǎng)圖，作為參考進(jìn)行繪制[3]。

高后果區3Dsmax建模，在管道企業(yè)應急處置能力提升中體現出優(yōu)勢。3Dsmax具備動(dòng)畫(huà)、沙盤(pán)、游戲制作功能，模擬繪制管道泄漏事故及應急處置情景動(dòng)畫(huà)，制作沙盤(pán)或游戲場(chǎng)景，用于油氣管道企業(yè)應急處置桌面推演。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接搶修隊與站點(diǎn)，方便實(shí)現常態(tài)化聯(lián)動(dòng)處置演練。

3  VR技術(shù)對環(huán)境敏感型高后果區建模

3.1  VR技術(shù)建模效果         

環(huán)境敏感型高后果區大多數是管道穿越河流段，主要風(fēng)險為地質(zhì)災害水毀、邊坡塌陷及洪水。引發(fā)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(fā)生油品泄漏事故，污染河流水質(zhì)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(kāi)的區域。用VR技術(shù)對儀長(cháng)線(xiàn)穿越河道高后果區建模，如圖 3所示。

圖 3 環(huán)境敏感型高后果區VR模型

3.2  VR技術(shù)管理優(yōu)勢

VR圖像的采集與處理較為簡(jiǎn)單，適合穿越大量河流的管道高后果區建模，360°無(wú)死角，以最直觀(guān)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(shí)指揮部掌握現場(chǎng)狀態(tài)，縮短處置時(shí)間[4]。對于人員疏散撤離、應急集結點(diǎn)、入場(chǎng)路線(xiàn)設置等也能做到一目了然。該技術(shù)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(mǎn)足管道管理工作的日常使用。該軟件導入管道線(xiàn)路閥室、樁牌、高后果區、洪水地質(zhì)災害點(diǎn)、腐蝕缺陷點(diǎn)等重要區域位置信息，可以實(shí)現跨用戶(hù)、跨平臺分享巡線(xiàn)軌跡，在管道現場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)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(jìn)行聯(lián)動(dòng)，豐富更多的展示細節。適用于長(cháng)輸管道線(xiàn)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(xiàn)、管道樁和地災點(diǎn)

5  結語(yǔ)

在國家管網(wǎng)集團提出“智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”背景下，管道可視化將是實(shí)現數字孿生的重要步驟。利用無(wú)人機、3Dsmax、VR技術(shù)等對高后果區三維建模，奧維地圖三維展示，全方位直觀(guān)呈現管道現場(chǎng)實(shí)況和可視化管理效果。還可以借助水情監視網(wǎng)對各類(lèi)大型河流水位及流速進(jìn)行展示，及時(shí)掌握風(fēng)險隱患及其演變情況。助力管道風(fēng)險評價(jià)和安全管理，為智慧互聯(lián)大管網(wǎng)建設積累經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]白嘉祺.我國油氣管道的建設現狀與發(fā)展趨勢淺析[J].中小企業(yè)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(xué)，2015.

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

[5]李鎮洲，張學(xué)之.基于傾斜攝影測量技術(shù)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(jiǎn)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(shù)員，主要從事一線(xiàn)管道管理工作。聯(lián)系方式：18571897511，1494301366@qq.com。