無人機航空攝影測量技術在油氣長輸管道中的應用與實踐

黃樹鑫

（國家管網集團廣東省管網有限公司，廣州 510700）

1 引言

根據無人機航空攝影測量技術的應用情況來看，其具有操作靈活性強、造價低、機動性強等特點，提高了測繪工作的經濟性與實效性，目前在各類工程中應用效果顯著。隨著科學技術水平的提高，傳統的測繪手段已經不能滿足現代油氣長輸管道建設的需要，將無人機航空攝影測量技術應用于油氣長輸管道中，可以為管道工程建設提供豐富的基礎測繪成果，對其后期施工具有重要作用。

2 項目概況

粵東天然氣主干管網華豐LNG 儲配站和華瀛LNG 接收站配套外輸管線項目起于潮州市饒平縣所城鎮所城首站，止于汕頭市澄海區蓮華鎮蓮華末站，途經潮州、汕頭等2市3 縣，線路總長54.585 km，管徑為φ914 mm，設計壓力為9.2 MPa，設計輸量為80×108m3/a。全線設工藝站場3 座（所城首站、饒平分輸站、鐵鋪分輸站），線路截斷閥室2 座（監控閥室）。管道沿線穿越水域大中型5 處，穿越鐵路2 處，穿越高速2 處，穿越國省縣道4 處[1]。

3 無人機航空攝影測量技術在油氣長輸管道中的具體應用

在長輸管道工程中應用無人機航空攝影測量技術時，工作人員需要從項目需求出發，選擇合適的無人機設備，做好實地勘察與航線設計工作，對獲得的測量信息進行全面分析，以便得出準確的測量結果，為管道工程后續施工提供依據。筆者根據自身工作經驗，通過以下內容對該技術的具體應用進行詳細論述。

3.1 無人機設備的選擇

根據粵東天然氣主干管網華豐LNG 儲配站和華瀛LNG接收站配套外輸管線項目所處區域條件，考慮測量地形、環境等因素，本文采用一種具有多功能型航拍、影像實時回傳技術的大疆精靈4RTK 無人機。該無人機不僅能夠獲得高質量航攝影片，還能對工程進行實時監控，進而為其指揮調度提供依據[2]。

3.2 實地勘察與航線設計

3.2.1 實地勘察

在應用無人機正式開展航空攝影測量前，需對項目所在區域進行實地勘察，其主要勘察內容為無人機起降地點環境，查看是否存在明顯障礙物，如高層建筑、架空線路等，查看是否存在深溝、大面積水域。以此保障無人機起飛、落地順利，避免對設備造成損壞，進而影響測量結果的準確性，不利于后續工作開展。

3.2.2 航線設計

完成勘察工作后，需要結合項目實況設計航空攝影測量航線。在該項目中，航線設計圖如圖1 所示，總航線21 條，起飛相對高度150 m。

圖1 航線設計圖

3.3 航空攝影

本次航空攝影開展順利，工作人員在執行航飛任務過程中，2 個航攝架次嚴格按照設計航線進行，最終獲得585 張影像，面積約為0.7 km2，各測區邊均有重合部位。

本次航空測量活動主要采用全野外布點與航線網結合方式開展，在按照航線設計圖開展航空測量工作時，盡量考慮不同區域間的重疊部位，以使相片控制點點位清晰，便于判別與立體量測，其控制精度指標為平面誤差小于5 cm，高程誤差小于10 cm。

3.4 數據處理

本次測量活動數據處理軟件選擇大疆智圖，處理內容包含空中三角測量以及DEM（數字高程模型）與DOM（數字正射影像圖）成果制作。

3.4.1 空中三角測量

在空中三角測量工作中，其主要內容包含影像POS 數據添加、自動匹配與轉點、空三優化等，具體情況如下。

1）影像（POS）添加。如果是大疆系列無人機，只需要添加照片即可，POS數據不需要添加，軟件會自動識別照片POS 數據，包括飛機姿態等一些參數信息。可以通過軟件查看影像POS 數據，如圖2 所示。

圖2 影像POS 數據

2）影像自動匹配與轉點。在此環節，工作人員需要注意合理設置執行前參數（見圖3）。參數設置包括重建類型、建圖場景、重建清晰度、計算模式等。

圖3 影像參數設置

3）空三優化，通過添加外業像控點數據，一方面可以提高空三精度，另一方面參與空三解算，可以檢驗影像圖精度，并且可以對像控點進行坐標系設置，選擇需要的坐標系統。在優化過程中，需要對控制點的點位、高程精度指標進行掌握，若存在差值較大的已知點，工作人員需對相關高程信息、點位進行核驗。結合空三報告，確認是否滿足精度要求。空三優化圖如圖4 所示。

圖4 空三優化

3.4.2 DEM 與DOM 成果制作

有關DEM 制作是基于DSM 開展的，需要利用人機交互與自動濾波，在立體模型下，對測量區域中的DSM 格網點進行人工干預。其干預內容主要為房屋、橋梁、植被等區域，工作人員需結合項目實況對相關調繪數據進行處理。DOM 制作需利用匹配的點云進行單片糾正，而后開展融合拼接處理工作。這一手段能夠防止出現較大接邊差以及影像片被物理拉伸的現象，進而保障DOM 影像的質量。

3.5 精度分析

完成上述工作后，還需要對整個項目航空攝影測量精度進行分析，將監測點均勻分布于整個測量區域。而后應用GNSS RTK 采集測區地面檢測點，探究其測量精度，具體統計結果如表1 所示。

表1 航空攝影測量精度統計結果

4 應用效果

在具體實踐中，工作人員通過分析航空影像，能夠充分掌握工程不同管道間的焊口數量以及長度，與人工實測數據相比，誤差均在可接受范圍內，管道影像數據分析具體情況如圖5 所示。

圖5 管道影像數據分析

通過航空攝影測量成果可計算出焊口GDNGG3E-01-HHRP071-009-HN01-SB-LW 到GDNGG3E-01-HHRP072+2-010-HN01-SB-LW 之間有配重塊3 個，與測繪組和施工組核驗數量相同，管道影像長度分析如圖6 所示。

圖6 管道影像長度分析

通過航空攝影測量成果可計算出焊口GDNGG3E-01-HHRP072+1-004-HN01-SB-Y 到GDNG G3E-01-HHRP072+1-005-HN01-SB-Y 之間的管長為11.95 m，測繪組測量計算得到管長為11.87 m，誤差為8 cm，精度滿足要求[3]。

5 結語

綜上所述，當前我國無人機航空攝影測量技術被廣泛應用于各種類工程測繪項目中。對于長輸管道工程，由于工程量大、工期長等特點，傳統測量項目時效性不高，已不能滿足工程測繪要求。基于此，將無人機航空攝影測量技術應用在該項目中能夠有效改善傳統測量工作中存在的不足。在此過程中，工作人員要從無人機設備的選擇入手，注意航線設計、數據處理等工作，嚴格把控各測量環節，以便提高測量精度，保障長輸管道無人機航空攝影測量工作取得良好效果，為管道工程后續施工奠定基礎。