淺析長輸天然氣管道巡線工作的管理

摘要：智能巡線客戶端可以通過網絡服務調用數據庫中的數據查看、實時監控、自動報警等功能，使巡檢工作更加智能化、精細化，提高了隱患監測質量，提高工作效率，確保管道安全運行。

關鍵詞：長輸天然氣管道；巡線工作；管理

1 前言

天然氣主干管道長期置于野外，易遭受外界因素的破壞，故日常的巡檢顯得異常重要。然而，巡線員多為沿線居民兼職，責任心參差不齊，時常出現敷衍了事、弄虛作假等現象。傳統的管理方式對巡線員工作狀態缺乏有效的監督，不利于管道安全預警與事件及時處理。無人機巡檢管理系統，實現巡檢圖像預處理、圖像拼接、管線三樁一牌完好度識別、第三方施工識別及地質災害特征點識別等功能。

2 系統功能設計

2.1 系統架構

系統整體架構分為三層，數據層、業務邏輯層、表現層。

（1）數據層。數據層中的數據庫系統采用MicrosoftSQLServer，通過數據交換接口進行數據交換；數據庫記錄來自通訊管理模塊傳入的移動端信息，并響應和記錄WebService對數據的操作。

（2）業務邏輯層。通訊管理模塊負責接收移動巡檢終端的位置坐標、事件報警等信息，并將其存儲到數據庫中，同時支持短信交互；客戶端負責巡檢監控的主要業務邏輯，包括巡線員位置實時展示、歷史軌跡回放、事件處理、短信交互等功能；而WebService作為客戶端與數據庫及通訊管理模塊的連接器，其中，客戶端與移動巡檢終端的短信功能就是通過WebService與通訊管理模塊的連接與交互來實現的。

（3）表現層。裝有終端軟件的巡檢終端接收GPS衛星信號完成對終端的自動定位；在監控PC端采用GoogleEarth把監控目標顯示在可視化的電子地圖上，實現對巡線員的各種監控操作，并通過監控平臺向巡檢終端發布指令和信息。

2.2 系統功能

（1）電子地圖顯示。分圖層疊加顯示背景電子地圖、管道路由、巡檢管理和動態監控數據；提供樹狀圖層列表和顯示控制，以及圖形窗口的放大、縮小、漫游、距離/坐標的量算等電子地圖的基礎功能，方便管理人員的監控和查看。

（2）實時跟蹤。移動巡檢終端工作后，通過GPRS將巡線員的位置信息發送至服務端通訊管理模塊，再解析接收到的信息，并獲得巡線員的位置，或者直接通過服務器發送指令，在地圖上顯示巡線員位置，避免跟蹤位置滯后于實際位置的問題。

（3）歷史軌跡回放。系統以天為單位進行記錄巡線員的軌跡，再根據用戶輸入的查詢條件從數據庫中讀取歷史巡檢位置信息，以連續定位點連線的方式按巡檢順序將歷史軌跡顯示在電子地圖上。

（4）數據入庫。系統接收到移動巡檢終端發送的信息后，對信息數據進行解析，再將解析出的信息（巡檢時間、經緯度、人員編號、事件類型等）保存至數據庫，最終在顯示終端讀取顯示。

（5）隱患管理。對管道周邊的安全隱患（如挖掘、碾壓等）進行處理，其方式主要是現場溝通，隨后通過客戶端將處理結果記錄在案，并可隨時出具安全隱患統計信息，同時可查詢隱患發生地點。

（6）自動報警。自動報警的主要目的是監控巡線員的巡檢路線，確保計劃的巡檢點均得到監控，通過巡線員的巡檢位置，判斷其是否處于報警狀態，如巡檢位置距離管線超過50m、未按規定時間巡檢、或巡檢速度過快（違規乘坐交通工具）等，有以上情況時，系統會自動報警。

（7）雙向短消息。巡線員和管理人員之間相互通訊，PC客戶端通過服務器端可以將相關指令發送至移動巡檢終端或者巡線員通過巡檢終端向服務器發送事件信息。

3 無人機智能巡檢關鍵技術

3.1 航拍圖像預處理技術

傳統的拼接技術需要圖像的正射影像圖，但在復雜環境下，無人機根據需要，按照規劃航路在管線上空盤旋機動，不斷調整飛行高度、飛行姿態，圖像相對于地面坐標系會發生幾何平移、旋轉、尺度變換等。針對無人機拍攝圖片會產生幾何畸變的事實，要根據飛行航路、飛機俯仰角、滾轉角、航向角，以及機載圖像探測器方位角、俯仰角等參數，獲得準確的投影模型，使每幅圖像處于相同的坐標平面上，實現圖像校正，同時估算出相鄰圖像重疊的區域，這樣能夠縮小后期尋找特征點需要掃描的范圍，減少拼接過程中需要處理的數據量。為達到圖像的無縫拼接，要考慮無人機飛行高度變化引起的圖像尺度變化，以及圖像旋轉校正的微小誤差。假設圖像存在線性的變換畸變u（X，a）=（u（X，a），v（X，a））。其中：X=（z，y），x和y是相對于圖像中心的像素水平和垂直坐標，u和v表示圖像在水平和垂直方向像素的變化量，a表示被估計的變換6個參數（a0，a1，a2，a3，a4，a5），則u（X，a），v（X，a）分別為：

存在空間變換情況下的兩幅圖像相似性度量為：

E（a）=|I（X+u（X，a），t+1）?I（X，t）|（1）

通過估計最佳的a值，使式（1）數值最小。代入加權的圖像相似性度量，略去高階項得到近似的目標函數為：

）= I（x+u（X，ao）·u（X，b）+I（X，ao）t-I（X，t+1）Qδ）（2）

對式（2）的b的各分量分別求偏導，當這一迭代過程收斂或迭代一定次數時，也就得到最佳匹配位置的定位參數。

3.2 圖像融合算法

圖像融合的目的是選擇合適的方法來完成圖像拼接，避免拼接后的圖像出現明顯的拼接縫隙，甚至有模糊和失真等現象。目前，常用的圖像融合技術有直接平均融合法和加權平均融合法。采用直接平均融合法拼接出來的圖像往往會有比較明顯的拼接痕跡。本文采用漸入漸出的加權平均融合法進行圖像融合，則用該方法融合的圖像可以描述如下：

式中，w1和w2表示重疊區域的權重，它們與重疊區域的寬度width滿足如下關系：

其中0

在重疊區域，隨著width的增大，w1從1漸變為0，w2從0漸變為1，這樣就可以在圖像融合過程中，重疊區域由I1平滑地過渡到I2。采用這種方法拼接的圖像能有效消除拼接縫隙，實現無縫拼接。

4 結束語

經實踐證明，無人機智能巡檢技術在特殊地段的巡檢能夠彌補人工巡檢的不足，提升巡檢效率和質量。下一步將對無人機智能巡檢技術與生產管理的深度結合及經濟收益的提升進行探索研究，進一步提高天然氣長輸管道巡線的效率和質量，促進管道安全管控水平的進一步提高。

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作者簡介：蔡潔潔（1987年10月6日），女，漢族，山東省菏澤市，碩士研究生，助理工程師，主要從事長輸天然氣管道的管道保護工作

（作者單位：山東省天然氣管道有限責任公司）