馬玉寶 么惠平 霍冠良 蘭才富 黃梓軒 李明

國家管網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用于山區管道可視化完整性管理的實現路徑。利用無人機對山區管道、高后果區等進行多方位影像采集，經過技術處理和渲染拼接，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，實現山區管道的可視化完整性管理。

關鍵詞：山區管道；三維全景；無人機；可視化管理

山區管道沿線地形地貌復雜，地質災害頻發，管道應急搶險進場難度大。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處置對照查閱。三維全景技術是一種虛擬現實技術，具備全方位縮放，任意場景、方向、角度的三維顯示功能，并滿足PC端與移動端在線瀏覽[1]。采用三維全景技術構建管道可視化完整性管理平臺, 按需要進行個性化展示，提高內容及要素的可讀性，可更直觀、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 可視化管理實現路徑

1.1 數據采集方式

選用大疆DJ Mavic 2 pro無人機進行現場影像的快速采集。該機型搭載三軸穩定云臺及 2000萬有效像素的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網絡提供信號連接及數據傳輸，通過連接移動設備用于設置飛行參數、 規劃飛行線路、 更改拍攝模式等。拍攝前，將設備調試至允許的溫度、風力及紫外線強度范圍之內， 無人機起飛地點選擇在空曠的平地上，設置飛行高度在50～150米之間， 在無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行調整， 以確保成像為最佳狀態[2]。全景圖拍攝過程中無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、相機鏡頭與水平線成 45°角。同方向每水平轉動45°便拍攝8次，最后正對地面拍攝1次，整個過程共拍攝 25 張照片。

1.2 影像預處理

無人機全景拍攝完成后將自動生成寬高比為 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境等因素影響，無人機采集的原始影像存在成像誤差。利用Adobe Photoshop CC 2018等專業軟件進行圖像各類參數的修改與調整，通過修改飽和度、對比度、銳度、高光、暗部調整等參數以達到最佳效果，并消除曝光過度、色差明顯等問題，使影像整體效果趨于平衡、一致，提高影像質量。

1.3 繪制管道走向

運用Adobe Photoshop CC 2018專業軟件中的畫筆工具，選擇準備好的全景圖路徑并打開，進入3D編輯界面，通過新建全景圖層功能，進入3D球形全景圖編輯界面，調整前景色為深黃色，根據需求調節畫筆像素大小及形狀，使用畫筆工具，嚴格按照實際管道走向示意圖，點擊起始點至出現黃色圓圈，按住shift鍵，之后點擊終點即可。接著由近到遠逐步減少畫筆像素大小，連接起來即可生成一條漸變大小的管道走向線。繪制完成后，進入Adobe Photoshop CC2018專業軟件的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，發布全景，輸入項目名稱及類別標簽，上傳繪制好的管道全景圖，點擊“立即生成”即可完成導入。進入可視化編輯界面，將全部管道全景圖結合實際依次首尾相連，添加全景切換熱點；將通過徒步踏線現場采集的管道標識信息及二維照片收集整理，以添加圖文熱點的方式，結合現場實際位置逐個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、管道進場路由及穿跨越河流情況通過添加圖文熱點的方式，對其進行標注并加以描述，對管道周邊高后果區戶數、人類活動密集區域、地形變化、管道應急搶修最優進場路由等進行詳細說明和圖片對應；將管道周邊大型維修項目現場情況以圖文熱點的方式添加至對應位置，將開工日期、現場開挖情況、安全作業情況、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熱點即可生成山區管道線路的三維全景。

2 三維全景功能展示

三維全景影像展示分為自動展示和手動展示兩種方式，自動展示能實現小行星旋轉、 360°自動巡游等，更好地應用投屏展示功能；手動展示能實現左右平移、上下平移、放大縮小、變換視角等。

2.1 地形地貌可視化

通過三維全景技術可以直觀呈現管道沿線地形地貌、穿跨越河流等情況，對于地災頻發的管段，在三維全景圖上進行重點標注，通過全景圖周期性對比，可以有效監測管道周邊環境變化，提前做出地災的預判與防范，防患于未然。通過如圖 1所示全景圖，管道應急搶險進場路由清晰明了，有助于管道突發事件應急決策，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及周邊施工項目管理，三維全景技術的優勢極為明顯，如圖 2所示。每５天制作一次專項三維全景，對比分析現場施工作業開工、作業人員進場、現場施工過程和整體完工驗收等重要環節，可以全方位觀察現場動態、場地整體平整進度、設備安裝情況、施工人員安全作業情況、物料分配情況等，及時發現安全隱患，保障現場施工的安全質量和進度。在場地平整階段，可以清晰地看到填方與挖方區域的狀況。施工項目進度及安全作業情況可視化監管，項目驗收工作有憑有據。整個施工過程安全質量監管緊密連接，為現場施工管理提供直觀、宏觀和可溯源的資料依據，為施工安全質量管理提供強有力的保障。

2.3 高后果區可視化

為高后果區制作專項三維全景圖，添加高后果區信息圖文熱點，可以直觀展示管道與高后果區相對位置關系，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。通過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

通過點擊全景圖內管道地面標識圖文熱點，可以 直觀查看管道里程、埋深等信息。利用光纜振動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系。當發生通信光纜故障時，及時添加光纜故障時間、位置及整改情況，有利于提高通信管理水平。

3 結束語

通過無人機結合虛擬現實技術，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題，將獲取并處理專業影像、添加并生成管道三維全景圖等技術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.基于無人機的連島全景圖制作[J].江蘇海洋大學學報(自然科學版)， 2020， 29(1)： 62-66.

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

作者簡介：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區經理。聯系方式：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。聯系方式： 13163680311， 1213470807@qq.com。