魏鈞一 孟成 樊虎 何亮亮

國家管網(wǎng)集團(tuán)東部儲運公司武漢輸油處

摘要：管道三維可視化在管道管理中具有廣泛的應(yīng)用前景。探討利用無人機(jī)、3Dsmax、VR技術(shù)等對人員密集型和環(huán)境敏感型高后果區(qū)及站庫閥室三維建模，用奧維地圖三維展示等，全方位立體化呈現(xiàn)管道線路環(huán)境及存在風(fēng)險情況，有助于開展安全風(fēng)險識別評價，科學(xué)采取保護(hù)措施，提升管道安全管理水平。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；3Dsmax；VR技術(shù)；3D建模；奧維互動地圖；管道高后果區(qū)

長輸管道穿越江河湖泊、人口密集等高后果區(qū)時，一旦發(fā)生泄漏將會造成環(huán)境污染、生態(tài)破壞以及人員傷亡等嚴(yán)重后果。同時，管道周邊第三方施工也存在較大安全風(fēng)險。通過三維建模和可視化管理，在管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集展示、應(yīng)急處置推演、交互式應(yīng)急演練等方面實現(xiàn)應(yīng)用，為管道安全管理發(fā)揮重要作用[1]。

1  無人機(jī)對人員密集型高后果區(qū)三維建模

1.1  無人機(jī)三維建模

穿越城區(qū)段的管道高后果區(qū)具有建筑物多、場景復(fù)雜等特點，人工建模難以實現(xiàn)。利用無人機(jī)作為圖片采集端，用傾斜攝影技術(shù)采集信息，用云端地球軟件進(jìn)行圖像處理與建模，建成儀長原油管道穿越太湖城區(qū)三維模型，如圖 1所示。

圖 1 儀長線穿越太湖城區(qū)高后果區(qū)三維模型圖

1.2  傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用

在傳統(tǒng)正面攝影收集不到現(xiàn)場三維數(shù)據(jù)情況下，采用多角度傾斜攝影技術(shù)拍攝，可獲得拍攝物的圖像數(shù)據(jù)。無人機(jī)自帶云臺，具備實現(xiàn)傾斜攝影技術(shù)的前提，通過云臺變換攝影角度，在同一位置拍攝4到5個不同角度的圖像，獲得類似于人眼識別圖像疊加呈現(xiàn)的效果，用這些圖像來構(gòu)成三維模型基礎(chǔ)。從應(yīng)用現(xiàn)狀來說，適用于場景復(fù)雜的城區(qū)管段高后果區(qū)建模[2]。

1.3  建模流程和主要特點

使用DJI Pilot設(shè)定攝影模式，在航點飛行、建圖航拍、傾斜攝影、航帶飛行選擇傾斜攝影。設(shè)置巡航區(qū)域，選擇矩形拍攝區(qū)域的長、寬。設(shè)定巡航航線，在選擇的矩形區(qū)域內(nèi)設(shè)定航線、拍攝點等。將拍好的信息數(shù)據(jù)上傳“云端地球”網(wǎng)頁，建模生成。與三維 GIS 技術(shù)相比，傾斜攝影技術(shù)獲取的信息數(shù)據(jù)量較小，且建模共享，方便交流提升建模質(zhì)量。

2  3Dsmax對交通設(shè)施型高后果區(qū)三維建模

2.1  3Dsmax三維建模

對于已形成的交通設(shè)施型高后果區(qū)，原油發(fā)生泄漏后易流入路邊的排水管涵、暗渠等密閉空間，存在發(fā)生火災(zāi)爆炸風(fēng)險。需要重點關(guān)注公路兩側(cè)的暗溝暗渠分布，提前做好引流、封堵準(zhǔn)備。為了清晰告知項目業(yè)主、施工單位管道與建設(shè)項目的相對位置，以及管道在地下埋設(shè)狀態(tài)、地下管涵分布情況等，利用3Dsmax對高后果區(qū)建模，結(jié)合現(xiàn)場采集信息與竣工圖紙，建立三維模型與實景圖，比紙質(zhì)圖紙更具直觀性。如圖 2所示。

圖 2 交通設(shè)施型高后果區(qū)3Dsmax模型界面

2.2  3Dsmax建模技術(shù)優(yōu)勢

3Dsmax全稱為3D Studio Max，是一款基于電腦Windows系統(tǒng)的3D建模系統(tǒng)，上手簡單、易學(xué)習(xí)掌握，便于交流生成多種格式工程文件，在各個建模平臺通用，適合管道企業(yè)管理人員學(xué)習(xí)應(yīng)用。在建模前需要現(xiàn)場測量道橋的基本尺寸、管道相對于道路的位置、埋深、是否采取保護(hù)措施等現(xiàn)場資料，也可以航拍現(xiàn)場圖，作為參考進(jìn)行繪制[3]。

高后果區(qū)3Dsmax建模，在管道企業(yè)應(yīng)急處置能力提升中體現(xiàn)出優(yōu)勢。3Dsmax具備動畫、沙盤、游戲制作功能，模擬繪制管道泄漏事故及應(yīng)急處置情景動畫，制作沙盤或游戲場景，用于油氣管道企業(yè)應(yīng)急處置桌面推演。通過互聯(lián)網(wǎng)連接搶修隊與站點，方便實現(xiàn)常態(tài)化聯(lián)動處置演練。

3  VR技術(shù)對環(huán)境敏感型高后果區(qū)建模

3.1  VR技術(shù)建模效果         

環(huán)境敏感型高后果區(qū)大多數(shù)是管道穿越河流段，主要風(fēng)險為地質(zhì)災(zāi)害水毀、邊坡塌陷及洪水。引發(fā)要素有管道上下游500米河道拓寬、挖沙采石、修建蓄洪泄洪渠施工，洪水期潰堤、破壞水工保護(hù)設(shè)施等異常情況。若發(fā)生油品泄漏事故，污染河流水質(zhì)與周邊土壤，阻擋油流擴(kuò)散為應(yīng)急處置的核心步驟。一般平面圖很難展示出管道穿越河流段的全貌及河道上下游適合圍油欄等應(yīng)急物資鋪開的區(qū)域。用VR技術(shù)對儀長線穿越河道高后果區(qū)建模，如圖 3所示。

圖 3 環(huán)境敏感型高后果區(qū)VR模型

3.2  VR技術(shù)管理優(yōu)勢

VR圖像的采集與處理較為簡單，適合穿越大量河流的管道高后果區(qū)建模，360°無死角，以最直觀的形式展示高后果區(qū)各要素的空間位置，有利于應(yīng)急處置時指揮部掌握現(xiàn)場狀態(tài)，縮短處置時間[4]。對于人員疏散撤離、應(yīng)急集結(jié)點、入場路線設(shè)置等也能做到一目了然。該技術(shù)同樣適用于閥室及站庫情景構(gòu)建。

4  奧維地圖展示

奧維地圖是一款跨PC、手機(jī)平臺的地圖軟件。內(nèi)部集成展示鄉(xiāng)村道路細(xì)節(jié)的谷歌衛(wèi)星混合地圖、展示管道穿越大中小型河流溝渠細(xì)節(jié)的天地地圖等，滿足管道管理工作的日常使用。該軟件導(dǎo)入管道線路閥室、樁牌、高后果區(qū)、洪水地質(zhì)災(zāi)害點、腐蝕缺陷點等重要區(qū)域位置信息，可以實現(xiàn)跨用戶、跨平臺分享巡線軌跡，在管道現(xiàn)場進(jìn)行簡單的GPS定位與測繪，對穿越城區(qū)段的高后果區(qū)展示效果較好。除此之外奧維地圖和三維建模軟件進(jìn)行聯(lián)動，豐富更多的展示細(xì)節(jié)。適用于長輸管道線路的可視化管理應(yīng)用[5]。如圖 4所示。

圖 4 奧維地圖顯示巡護(hù)路線、管道樁和地災(zāi)點

5  結(jié)語

在國家管網(wǎng)集團(tuán)提出“智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”背景下，管道可視化將是實現(xiàn)數(shù)字孿生的重要步驟。利用無人機(jī)、3Dsmax、VR技術(shù)等對高后果區(qū)三維建模，奧維地圖三維展示，全方位直觀呈現(xiàn)管道現(xiàn)場實況和可視化管理效果。還可以借助水情監(jiān)視網(wǎng)對各類大型河流水位及流速進(jìn)行展示，及時掌握風(fēng)險隱患及其演變情況。助力管道風(fēng)險評價和安全管理，為智慧互聯(lián)大管網(wǎng)建設(shè)積累經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]白嘉祺.我國油氣管道的建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢淺析[J].中小企業(yè)管理與科技，2016(4)：98.

[2]楊宏偉，張松，管磊，等.基于 GIS 的油氣管道高后果區(qū)識別研究[J].天然氣與石油，2019，37(5)：119-124.

[3]李亮.GIS 在油氣管道完整性管理應(yīng)用研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2015.

[4]郭達(dá)志.地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[5]李鎮(zhèn)洲，張學(xué)之.基于傾斜攝影測量技術(shù)快速建立城市3維模型研究[J].測繪與空間地理信息，2012(4)：117-119.

作者簡介：魏鈞一，1999年生，本科，助理工程師，武漢輸油處管道管理技術(shù)員，主要從事一線管道管理工作。聯(lián)系方式：18571897511，1494301366@qq.com。