李春鋒，郭文龍，王東源，劉 楊

1中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊2中國(guó)石油管道局工程有限公司國(guó)際事業(yè)部，河北 廊坊

1.引言

對(duì)于傳統(tǒng)的油氣管道線路工程現(xiàn)場(chǎng)踏勘驗(yàn)證工作，一般以汽車(chē)為基本交通工具，到達(dá)管道線路工程某些關(guān)鍵點(diǎn)后，通過(guò)步行對(duì)線路路由分段進(jìn)行踏勘，獲取第一手驗(yàn)證資料，條件許可時(shí)，也可利用直升機(jī)、固定翼小飛機(jī)等進(jìn)行全線快速瀏覽式空中踏勘[1]。

對(duì)于以汽車(chē)為交通工具的地面踏勘，常常采用地形圖配手持GPS的定位手段，通過(guò)手持相機(jī)拍照獲取現(xiàn)場(chǎng)資料。近年來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的更新，在線及離線電子地圖在線路踏勘中逐漸得到普及，地形圖及手持GPS漸漸被摒棄[2]，但利用手持相機(jī)拍照仍然是記錄現(xiàn)場(chǎng)資料的主要手段，踏勘資料的后期處理仍需要憑技術(shù)人員大腦記憶，事后進(jìn)行整理編輯，工作量巨大，效率低下，容易因記憶不清而導(dǎo)致部分圖片被棄用，或位置信息誤差較大，不同程度地影響路由綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

以直升機(jī)、固定翼小飛機(jī)為交通工具的空中踏勘，僅適用于管道全線地形平坦，施工困難點(diǎn)較少的工程項(xiàng)目。對(duì)于復(fù)雜地區(qū)項(xiàng)目，縱然采用直升機(jī)、固定翼小飛機(jī)踏勘，解決了工作耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，但拍攝的影像資料清晰度差，拍攝地點(diǎn)辨認(rèn)困難，可用的圖像資料很少，缺少客觀的第一手影像資料的支持，使得線路路由選線綜合評(píng)估缺少數(shù)據(jù)資料支持，無(wú)法取得預(yù)期效果。

在巴布亞新幾內(nèi)亞戰(zhàn)略管道工程、Horizon 外輸管道工程和澳大利亞北氣東輸聯(lián)絡(luò)線工程等項(xiàng)目中，將基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取技術(shù)與傳統(tǒng)的直升機(jī)、固定翼小飛機(jī)空中踏勘相結(jié)合，既解決了踏勘工作耗時(shí)長(zhǎng)、投入大、安全社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)高等系列問(wèn)題，又得到了在數(shù)量和質(zhì)量上均優(yōu)于地面踏勘的第一手圖像資料。在圖像資料數(shù)據(jù)的后期編輯處理上，用可讀取轉(zhuǎn)換地理信息屬性的軟件進(jìn)行批量處理，可得到與管道工程地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)文件，以準(zhǔn)確、可靠的圖像資料作為地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的重要部分，豐富了項(xiàng)目線路工程方案的綜合評(píng)價(jià)內(nèi)容。該方法同樣適用于地面踏勘中的圖像獲取及后期處理。

2.基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取設(shè)備

基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取設(shè)備主要包括圖像采集設(shè)備、設(shè)備載體及固定裝置、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)3部分。

2.1.圖像采集設(shè)備

圖像采集設(shè)備主要由高性能運(yùn)動(dòng)相機(jī)及大容量背夾電池、存儲(chǔ)卡等附件組成。高性能運(yùn)動(dòng)相機(jī)(如Go-Pro系列)具有防水、防震、防抖、內(nèi)置衛(wèi)星定位系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，其拍攝速度快、穩(wěn)定性好、獲取的圖像像素質(zhì)量高。

在巴布亞新幾內(nèi)亞戰(zhàn)略管道等項(xiàng)目中，應(yīng)用了Go-Pro 運(yùn)動(dòng)相機(jī)Hero4，除上述特點(diǎn)外，其還具有快速連續(xù)攝像、廣角鏡頭、動(dòng)態(tài)影像獲取高清圖像及內(nèi)置GPS衛(wèi)星系統(tǒng)定位等功能。

2.2.設(shè)備載體及固定裝置

設(shè)備載體及固定裝置可根據(jù)野外踏勘的出行方式和運(yùn)載工具而定。當(dāng)采用汽車(chē)等交通工具進(jìn)行地面踏勘時(shí)，可用手持相機(jī)的方式進(jìn)行圖像采集，不需特定載體和固定裝置。采用空中踏勘方式時(shí)，設(shè)備載體可為直升機(jī)、固定翼小飛機(jī)或其他飛行器，相機(jī)及其附件需外掛在飛行器下方，則需要設(shè)計(jì)特定的固定裝置，防止相機(jī)的脫落，并起到減震作用，如圖1。

Figure 1.Carriersand fixtures for different aircraft equipment in the Papua New Guinea project 圖1.巴布亞新幾內(nèi)亞項(xiàng)目中不同飛行器設(shè)備載體及固定裝置

2.3.實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

在電腦或其他移動(dòng)終端上安裝控制軟件APP，通過(guò)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)時(shí)控制圖像獲取過(guò)程。但上述所指的實(shí)時(shí)控制僅限于限定距離內(nèi)的有效控制，如飛行器內(nèi)外艙之間、建筑的室內(nèi)外之間，并未進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的有效性測(cè)試。

技術(shù)人員可通過(guò)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)控制相機(jī)，對(duì)其設(shè)置參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)時(shí)控制圖像資料的采集效率和采集質(zhì)量。

3.基于地理信息系統(tǒng)的圖像批處理轉(zhuǎn)換

攝相機(jī)通過(guò)內(nèi)置的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，將圖像攝取點(diǎn)的地理位置信息以坐標(biāo)形式記錄，并作為圖像本身的一個(gè)屬性保存起來(lái)。技術(shù)人員在整個(gè)踏勘過(guò)程完成后，可使用圖像批處理軟件一次性地將圖像資料批量讀取，通過(guò)識(shí)別圖像的地理信息屬性，將其轉(zhuǎn)化成與線路工程地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相兼容的數(shù)據(jù)文件，如“.KMZ”格式文件。

ST Solutions Picture to Google Earth 即是一款可對(duì)帶有地理信息的照片進(jìn)行批量處理轉(zhuǎn)換的工具，支持Windows/Mac/iOS/Linux/Android 系統(tǒng)，如圖2。轉(zhuǎn)換處理大量具有地理信息屬性的圖片后，生成KMZ格式文件，將該文件導(dǎo)入到谷歌地球等軟件中，圖像資料就可按其拍攝地坐標(biāo)分布排列了。

Figure 2.Image batch conversion tool 圖2.圖像批處理轉(zhuǎn)換工具

4.與地理信息系統(tǒng)及路由選線綜合評(píng)估的結(jié)合

油氣管道地理信息系統(tǒng)(GIS)是指在計(jì)算機(jī)軟件、硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)的支持下，按照數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、管道本體及附屬設(shè)施數(shù)據(jù)、高后果區(qū)數(shù)據(jù)、管道應(yīng)急數(shù)據(jù)等進(jìn)行入庫(kù)，并在專業(yè)的油氣管道地理信息平臺(tái)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)全國(guó)管網(wǎng)一張圖、輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)、數(shù)字化管理、第三方施工開(kāi)挖管理、高后果區(qū)管理、應(yīng)急決策輔助分析、系統(tǒng)配置管理等應(yīng)用模塊的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

在管道建設(shè)過(guò)程中，用于路由選線綜合評(píng)估的地理信息系統(tǒng)基本要素包括地形地貌、水系分布、地表植被、地質(zhì)災(zāi)害、交通設(shè)施、社會(huì)依托、人口分布、保護(hù)區(qū)及環(huán)境敏感點(diǎn)等[3]。依據(jù)上述要素，可形成工程沿線的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，用于判定線路工程方案的合理性[4]，而圖像資料是形象表述上述要素的基本素材。

將批處理轉(zhuǎn)換過(guò)的圖像資料導(dǎo)入到地理信息系統(tǒng)平臺(tái)中，圖像資料將會(huì)按照地理位置坐標(biāo)分布在管道沿線各個(gè)關(guān)鍵約束點(diǎn)上，所有圖像資料是一個(gè)整體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層，點(diǎn)擊某個(gè)圖像圖標(biāo)便可查看相應(yīng)圖像，如圖3。分布于各個(gè)要素點(diǎn)的圖像資料可為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用者提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景再現(xiàn)，作為評(píng)判線路工程諸約束點(diǎn)特征的基礎(chǔ)材料，將踏勘成果豐富地補(bǔ)充在了地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，也為線路路由選線綜合評(píng)估提供了支撐，使得其評(píng)估結(jié)果更具有說(shuō)服力。

Figure 3.Image StructureData file imported intoGIS圖3.導(dǎo)入到GIS中的圖像結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件

此外，即使項(xiàng)目參與者未進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)踏勘，也可通過(guò)保存在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)熟悉現(xiàn)場(chǎng)狀況，為其制定或?qū)彶榧夹g(shù)方案提供依據(jù)。以結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)形式保存的圖像資料還可與地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)一起歸檔存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)向業(yè)主的整體移交，或供后期瀏覽查證。

5.與傳統(tǒng)圖像處理手段的分析對(duì)比

與傳統(tǒng)方法相比，基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取及批處理方法是對(duì)踏勘圖像資料獲取及后期處理方法的改進(jìn)，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

在基于地理信息系統(tǒng)的圖像獲取方法中需應(yīng)用專業(yè)運(yùn)動(dòng)型攝像機(jī)作為圖像攝取設(shè)備，較傳統(tǒng)攝像機(jī)在拍攝質(zhì)量、拍攝速度、抗振防抖及穩(wěn)定性等方面具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，尤其是采用直升機(jī)、固定翼小飛機(jī)等進(jìn)行踏勘時(shí)，由于飛行速度快、距離遠(yuǎn)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)影響等，普通攝像設(shè)備無(wú)法獲取可用圖像資料。同時(shí)，使用相機(jī)實(shí)時(shí)控制APP，可實(shí)時(shí)瀏覽所拍攝圖像的質(zhì)量，隨時(shí)對(duì)其參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到獲取高質(zhì)量圖像資料的目的，對(duì)以載人飛行器為載體的空中踏勘尤為重要。當(dāng)然，該方法在地面踏勘中同樣可以使用。

基于地理信息系統(tǒng)的圖像獲取方法使得所取得的圖像資料具有了地理位置信息屬性，所拍攝的圖像具有了唯一坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了圖像拍攝的自動(dòng)記憶功能，摒棄了傳統(tǒng)的靠人腦記憶的方式，提高了工作效率。

基于地理信息系統(tǒng)的圖像批處理方法，可同時(shí)對(duì)大量圖像資料進(jìn)行編輯轉(zhuǎn)換，形成與地理信息系統(tǒng)軟件相兼容的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件，各圖像在數(shù)據(jù)文件中按照地理坐標(biāo)位置進(jìn)行排列，方便技術(shù)人員使用。而傳統(tǒng)手段需對(duì)圖像資料逐張整理，整理成踏勘報(bào)告或打包保存，無(wú)法整合成結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)文件。

與線路工程地理信息系統(tǒng)結(jié)合后，可在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中體現(xiàn)原始踏勘圖像資料數(shù)據(jù)，豐富了其數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，為路由選線綜合評(píng)估提供了支撐，同時(shí)便于圖像資料的歸檔存儲(chǔ)或向業(yè)主移交，都是使用傳統(tǒng)處理手段無(wú)法比擬的。

6.結(jié)論

1)基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取及批處理技術(shù)是線路踏勘圖像資料獲取及處理的一種新手段，可提高效率，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2)基于地理信息系統(tǒng)的圖像獲取方法拍攝的圖像資料具有地理位置坐標(biāo)信息屬性，實(shí)現(xiàn)了圖像拍攝的自動(dòng)記憶功能。

3)基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取及批處理技術(shù)可將圖像資料轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)文件，便于歸檔存儲(chǔ)、移交和后期查閱。

4)基于地理信息系統(tǒng)的圖像自獲取及批處理技術(shù)可與線路路由綜合評(píng)估相結(jié)合，豐富評(píng)估資料內(nèi)容，使評(píng)估結(jié)果更具有說(shuō)服力。