傾斜攝影測量三維建模在油田規劃中的應用分析

黨光普

陜西地建土地勘測規劃設計院有限責任公司 陜西西安 710075

油田開發規劃是依據地質勘探成果和開發試驗數據，對具有開發價值的油田制訂合理的開發方案并指導油田進行建設和生產的過程。傳統的平面地形圖是油田開發規劃的基礎資料。但是隨著科學技術的不斷發展進步，無人機傾斜攝影技術讓大尺度的地形建模工作成為可能。近年來，無人機傾斜攝影測量三維建模技術可以通過多臺傳感器完成復雜地面的多角度、大范圍、高精度數據獲取，快速地完成地塊三維建模的建立工作。與傳統的平面地形圖相比，傾斜攝影測量具有成本低、效率高、精度高、可視化程度高的特點。三維立體模型的應用能夠客觀真實地反映油田建設區的地形地貌，為油田地面工程布局提供高精度的基礎數據；在油氣鉆采過程中，實時、客觀地記錄鉆采數據，形成基于三維立體的時間、空間、地質、產量數據集合，為油氣開采的后期規劃工作提供輔助決策作用；基于三維立體模型的立體化設計成果能夠推進油田數字化建設和智慧化管理。

1 傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是國際上新興的一種測量技術，通過攝影平臺搭載傳感器從不同的角度獲取準確的信息，再將獲取的數據進行一系列的處理，通過匹配影像、區域網聯合平差、映射紋理等一系列流程生成油田的實景三維建模。傾斜攝影測量打破了傳統攝影的限制，不再只有垂直的拍攝手段，可以從不同的角度拍攝獲取最準確的信息，讓用戶們獲取最直觀真實的世界。

1.1 傾斜攝影測量原理

傾斜攝影測量在工作平臺上搭載多個數碼相機，從垂直向下和傾斜向前、傾斜向后、傾斜向左、傾斜向右等不同角度對地面進行攝影，結合GPS/ IMU 系統獲取POS 數據及在地面實測的像片控制點數據。經過軟件處理計算，從影像信息中分析地形地物間的幾何關系和紋理特征，根據分析結果對地形地物的三維模型進行重建，獲取滿足精度的實景三維模型、點云、DOM、DSM 等數據[1]。

1.2 傾斜攝影測量的主要指標確定

根據油田規劃任務和規劃區域地形、地貌特點，在無人機航飛攝影執行前期需要設定合理的測圖比例尺，基于一般工程規劃底圖比例尺選擇經驗和油田建設的特殊性，綜合考慮模型精度、工程成本和工期要求，建議油氣田區塊規劃設計宜采用不大于1∶5000的比例尺模型，局部設施建設區域宜采用1∶2000 的比例尺模型。應根據模型比例尺、地形起伏程度進行航線布設和飛行參數計算，主要確定以下參數并完成航線規劃工作：

（1）航高。飛機在飛行過程中，相對于某一基準面的垂直距離是航高。攝影航高（H）、相機鏡頭的焦距（f）、影像地面分辨率GSD、傳感器像元尺寸（α）關系為：

（2）影像重疊度。飛機沿航線攝影時，航線上相鄰影像之間和相鄰航線影像之間重疊區域長度占像幅長度的百分比是影像重疊度。航線上相鄰影像重疊度為航向重疊度，相鄰航線影像重疊度為旁向重疊度。航向重疊度宜為60%～65%，旁向重疊度宜為30%～35%。

（3）攝影基線長度、航線間隔。攝影基線長度、航線間隔是決定航線布設的主要參數，兩項參數依據“像幅寬度”和“影像重疊度”求取：

1.3 傾斜攝影測量主要工作流程

依據《中華人民共和國飛行基本規則》，無人機航飛實施前應該向空軍有關部門申請飛行空域，空域行政審批完成后，需要在空域有效期內完成航空攝影測量外業工作。為節省工期并確保像控點測設有效，可以在航飛前完成地面選點或像控點標志布設以及像控點采集工作。此外，為確保模型精度和建模的成功概率，應嚴格控制數據預處理和建模工序，做到檢驗、檢查到位，保證三維立體模型的精度和與模型的逼真效果。傾斜攝影測量的主要工作流程見圖1。

圖1 傾斜攝影測量的主要工作流程

2 傾斜攝影測量技術的三維建模在油田規劃中的應用

傾斜攝影測量技術三維建模中的油田規劃結合了地理環境、地理位置構建的三維數字油田規劃系統。可以在虛擬的油田環境中完成地理信息查詢、空間分析等工作，對油田的規劃有了一個整體布局的概念，如果想要進一步的提升傾斜攝影測量技術的應用效果，可以針對其油田制定科學合理的設計方案，在拍攝的過程中，對油田的三維建模進行全方位的觀察分析，查漏補缺，減少誤差，在一定程度上保證油田規劃的準確性。與傳統的三維建模相比，三維建模的傾斜攝影測量技術在油田規劃中的優勢有成本低廉、資金投入少、符合油田規劃的實際操作，可以在一定程度上有效地減少油田實際規劃中的人力資源浪費，提升三維建模在油田規劃中的工作效率和整體工作操作的效率，保證油田規劃的質量。將傾斜攝影測量技術運用到油田規劃的三維建模之中，使三維模型更加形象具體和逼真。建立三維模型可以對油田的地理位置、地理環境有更加直觀準確地了解，同時還可以進行虛擬漫游，更加貼近真實的地貌，使用戶有更加真切的感受，考慮到全方位的因素讓油田的規劃的設計更加的完美。

2.1 基于全區塊三維模型的油田工程規劃

油氣開采工程設計會受到地面、地下等空間因素制約，在油氣生產項目中，設計人員要在地勘數據、地形數據、人文環境、設備參數和鉆采工藝等因素的制約下，尋求經濟、安全、出油率高的規劃方案。油田工程中涉及地質、物探、鉆井、采油、油藏、儲運、經濟、管理、水電和土建相關規劃，各項規劃在時間和空間上具有緊密的相關性。基于傾斜攝影測量技術的三維建模具有統一標準的高精度的空間坐標，讓地勘數據、設計數據、生產數據可以精確地標識于三維立體模型之上，模型的現實性和全局性可以提升設計人員的決策效率。

2.2 基于小區域三維模型的專項工程設計

基于傾斜攝影測量技術的三維立體模型精度可以達到分米甚至厘米級別，滿足優化空間布局、規避單項工程位置沖突、精確計算工程量的要求。三維立體模可以生成反映地面高低起伏的DEM 數據，結合規劃要素準確地計算工程每個部位的填方、挖方工程數量，便于控制工程成本；三維立體模型可以將地物進行勾繪量測，并添加地物屬性，能夠以單體模型的形式添加設計要素，以精準的圖形和詳盡規范的文字表述已有地物和設計元素，便于不同專業的設計人員的溝通和技術交底工作。

2.3 三維模型的數字化油田建設

數字化油田建設可以提高油田企業的管理效率、數據的準確率、生產的安全性和員工的幸福指數，從而實現生產效率的全面提高和資源的合理利用，是油田企業未來發展的必然趨勢[2]。基于三維立體模型的油田規劃工作可以統一地理要素、設計要素、生產要素的數據標準，且三維立體模型本身具有統一的數據標注，因此基于三維立體模型的油田規劃成果具有數據建庫、共享利用的天然優勢。基于三維立體模型的油田規劃成果能夠滿足各階段設計任務的需要，對成果進行全過程信息化管理，實現數據和信息一次錄入多次使用；以模型為工作對象，讓設計人員直接面向虛擬油氣田，為多專業協同設計提供了全方位視角模型；以模型為載體，可以記錄工程施工全方位的數據，工程維護和數字化油田建設打下堅實的數據基礎。

3 傾斜攝影測量在油田規劃中的應用展望

傾斜攝影測量以高精度、低成本和真實的場景還原功能，在工程規劃設計方面彌補了二維傳統地圖的不足[3]。

3.1 傾斜攝影測量立體建模行業現存問題

（1）傾斜攝影測量技術難以獲取植被覆蓋茂密的地塊的精準地形圖。

（2）多相機的攝影測量平臺拍攝了大量的實景數據，造成一個項目具有以“TB”為單位的基礎數據存儲量。

（3）攝影測量工作專業化程度較高（僅空域申請就難度較大），目前市場設備和人員良莠不齊，成果質量控制有待加強。

3.2 測繪市場攝影測量成果的現存問題

（1）機載LiDAR 和傾斜攝影測量的聯合應用能夠解決植被覆蓋區域地形數據獲取的難題，三維立體模型的精度有較大提升。

（2）云存儲平臺的推出，為海量數據的存儲提供了高效低成本的可能；三維立體設計軟件的開發（例如BIM）有助于推動傾斜攝影測量成果“單體化”，單體模型的采集將減少攝影測量立體模型的數據存儲量。

（3）傾斜攝影測量技術應用的優勢將有助于推動設備、軟件的智能化，也將推動市場建立更為成熟的標準、人才體系和健康的競爭機制。

4 結語

隨著社會不斷飛速發展，油氣能源的開采在保障經濟發展方面的地位愈加凸顯，油田規劃的科學性對油氣產量起到至關重要的決定作用。傾斜攝影測量技術為油田規劃提供了基礎數據支撐。與傳統的二維地圖相比，三維模型擁有著絕對的優勢，在保證工程的質量的基礎上提高了規劃工作的效率。與傳統三維建模相比，運用傾斜攝影測量技術，可以節省人力、財力同時極大提高工作的效率。隨著科技的發展，傾斜攝影測量成果與多源信息采集技術相融合，必將在降成本、增效率、提高精度方面取得更大突破，多源數據的融合應用能夠滿足油田規劃、建設、運行階段對不同尺度空間數據的需求。