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管道高后果区三维可视化管理应用
魏钧一 孟成 樊虎 何亮亮
国家管网集团东部储运公司武汉输油处
摘要：管道三维可视化在管道管理中具有广泛的应用前景。探讨利用无人机、3Dsmax、VR技术等对人员密集型和环境敏感型高后果区及站库阀室三维建模，用奥维地图三维展示等，全方位立体化呈现管道线路环境及存在风险情况，有助于开展安全风险识别评价，科学采取保护措施，提升管道安全管理水平。
关键词：无人机；3Dsmax；VR技术；3D建模；奥维互动地图；管道高后果区
长输管道穿越江河湖泊、人口密集等高后果区时，一旦发生泄漏将会造成环境污染、生态破坏以及人员伤亡等严重后果。同时，管道周边第三方施工也存在较大安全风险。通过三维建模和可视化管理，在管道基础数据收集展示、应急处置推演、交互式应急演练等方面实现应用，为管道安全管理发挥重要作用[1]。穿越城区段的管道高后果区具有建筑物多、场景复杂等特点，人工建模难以实现。利用无人机作为图片采集端，用倾斜摄影技术采集信息，用云端地球软件进行图像处理与建模，建成仪长原油管道穿越太湖城区三维模型，如图 1所示。
图 1 仪长线穿越太湖城区高后果区三维模型图
在传统正面摄影收集不到现场三维数据情况下，采用多角度倾斜摄影技术拍摄，可获得拍摄物的图像数据。无人机自带云台，具备实现倾斜摄影技术的前提，通过云台变换摄影角度，在同一位置拍摄4到5个不同角度的图像，获得类似于人眼识别图像叠加呈现的效果，用这些图像来构成三维模型基础。从应用现状来说，适用于场景复杂的城区管段高后果区建模[2]。使用DJI Pilot设定摄影模式，在航点飞行、建图航拍、倾斜摄影、航带飞行选择倾斜摄影。设置巡航区域，选择矩形拍摄区域的长、宽。设定巡航航线，在选择的矩形区域内设定航线、拍摄点等。将拍好的信息数据上传“云端地球”网页，建模生成。与三维 GIS 技术相比，倾斜摄影技术获取的信息数据量较小，且建模共享，方便交流提升建模质量。对于已形成的交通设施型高后果区，原油发生泄漏后易流入路边的排水管涵、暗渠等密闭空间，存在发生火灾爆炸风险。需要重点关注公路两侧的暗沟暗渠分布，提前做好引流、封堵准备。为了清晰告知项目业主、施工单位管道与建设项目的相对位置，以及管道在地下埋设状态、地下管涵分布情况等，利用3Dsmax对高后果区建模，结合现场采集信息与竣工图纸，建立三维模型与实景图，比纸质图纸更具直观性。如图 2所示。
图 2 交通设施型高后果区3Dsmax模型界面
3Dsmax全称为3D Studio Max，是一款基于电脑Windows系统的3D建模系统，上手简单、易学习掌握，便于交流生成多种格式工程文件，在各个建模平台通用，适合管道企业管理人员学习应用。在建模前需要现场测量道桥的基本尺寸、管道相对于道路的位置、埋深、是否采取保护措施等现场资料，也可以航拍现场图，作为参考进行绘制[3]。高后果区3Dsmax建模，在管道企业应急处置能力提升中体现出优势。3Dsmax具备动画、沙盘、游戏制作功能，模拟绘制管道泄漏事故及应急处置情景动画，制作沙盘或游戏场景，用于油气管道企业应急处置桌面推演。通过互联网连接抢修队与站点，方便实现常态化联动处置演练。环境敏感型高后果区大多数是管道穿越河流段，主要风险为地质灾害水毁、边坡塌陷及洪水。引发要素有管道上下游500米河道拓宽、挖沙采石、修建蓄洪泄洪渠施工，洪水期溃堤、破坏水工保护设施等异常情况。若发生油品泄漏事故，污染河流水质与周边土壤，阻挡油流扩散为应急处置的核心步骤。一般平面图很难展示出管道穿越河流段的全貌及河道上下游适合围油栏等应急物资铺开的区域。用VR技术对仪长线穿越河道高后果区建模，如图 3所示。
图 3 环境敏感型高后果区VR模型
VR图像的采集与处理较为简单，适合穿越大量河流的管道高后果区建模，360°无死角，以最直观的形式展示高后果区各要素的空间位置，有利于应急处置时指挥部掌握现场状态，缩短处置时间[4]。对于人员疏散撤离、应急集结点、入场路线设置等也能做到一目了然。该技术同样适用于阀室及站库情景构建。奥维地图是一款跨PC、手机平台的地图软件。内部集成展示乡村道路细节的谷歌卫星混合地图、展示管道穿越大中小型河流沟渠细节的天地地图等，满足管道管理工作的日常使用。该软件导入管道线路阀室、桩牌、高后果区、洪水地质灾害点、腐蚀缺陷点等重要区域位置信息，可以实现跨用户、跨平台分享巡线轨迹，在管道现场进行简单的GPS定位与测绘，对穿越城区段的高后果区展示效果较好。除此之外奥维地图和三维建模软件进行联动，丰富更多的展示细节。适用于长输管道线路的可视化管理应用[5]。如图 4所示。
图 4 奥维地图显示巡护路线、管道桩和地灾点
在国家管网集团提出“智慧互联大管网”背景下，管道可视化将是实现数字孪生的重要步骤。利用无人机、3Dsmax、VR技术等对高后果区三维建模，奥维地图三维展示，全方位直观呈现管道现场实况和可视化管理效果。还可以借助水情监视网对各类大型河流水位及流速进行展示，及时掌握风险隐患及其演变情况。助力管道风险评价和安全管理，为智慧互联大管网建设积累经验。[1]白嘉祺.我国油气管道的建设现状与发展趋势浅析[J].中小企业管理与科技，2016(4)：98.[2]杨宏伟，张松，管磊，等.基于 GIS 的油气管道高后果区识别研究[J].天然气与石油，2019，37(5)：119-124.[3]李亮.GIS 在油气管道完整性管理应用研究[D].西安：西安石油大学，2015.[4]郭达志.地理信息系统原理与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2014.[5]李镇洲，张学之.基于倾斜摄影测量技术快速建立城市3维模型研究[J].测绘与空间地理信息，2012(4)：117-119.作者简介：
魏钧一，1999年生，本科，助理工程师，武汉输油处管道管理技术员，主要从事一线管道管理工作。联系方式：18571897511，1494301366@qq.com。
来源：东部储运安全保护专辑（《管道保护》2023年第3期）
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