无人机及相关技术在苏里格气田管理中的应用与研究(终极)

无人机及相关技术在苏里格气田管理中的应用与研究王钧丞二零一七年三月第一部分研究背景第二部分无人机技术应用研究第三部分认识与结论汇报提纲一、无人机的广泛应用近年来，无人机及相关技术应用越来越多，已经成为多个领域的主流应用技术。技术成熟应用广泛一、研究背景二、无人机的定义与分类无人机是无人驾驶航空器的简称（UnmannedAerialVehicle），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的无人驾驶飞行器。按机型分类按使用领域分类扑翼无人机伞翼无人机无人直升机多旋翼无人机固定翼无人机无人飞船/飞艇消费级无人机民用级无人机军用级无人机一、研究背景三、苏里格气田无人机应用需求苏里格气田特点无人机技术特点1.生产区域地广人稀，井站设施点多面广。2.部分工作还需耗费大量人力和时间。3.生产组织效率还有优化提升空间。1.机动灵活，不受地形影响。2.可搭载不同负载设备完成摄像、照相、测绘等工作。3.应用广泛，技术较成熟并且操作简单。一、研究背景针对生产管理的实际需要，梳理了5个方面12项应用需求。序号业务名称具体需求1产能建设方面1.勘察设计阶段：对管线、道路选线、评估，建立基础数据及影像资料。2.施工组织阶段：（1）施工前：对施工线路地形拍摄影像资料，便于施工进场和运输设备材料；（2）施工中：拍摄作业带推扫、管沟开挖回填等施工过程影像，为施工过程动态控制提供依据；（3）施工完：再次拍摄管线沿线影像，通过对施工前后地表情况对比，检查植被恢复效果。3.现场管理方面：利用航空影像全面了解施工进度、现场物料堆放情况、机具布置情况等。2应急抢险方面无人机快速赶到事故所在空域，察看事故现场、污染物排放情况和周围环境敏感点分布情况。实时传递影像信息，监控事故处置进展，为抢险救灾决策提供准确信息。3矿权维护方面1.当生产区域的摄像头发现疑点后，无人机可进行空中侦察、喊话及拍照取证。2.定期对边远井及矿权冲突区域进行巡航拍摄。3.夜间无人机可携带有红外热成像设施，对重点区域进行巡察，利用夜视红外热成像技术，及时发现特殊情况。4生产服务方面1.对管线进行巡航拍摄，查看管线及作业带完好情况。2.对管线地表高程进行测绘，建立数据模型，实现对管线埋深的测算。3.通过航空拍摄及测绘，对防风固沙、管线掩埋施工进度及工作量验收进行航拍，减少人工巡查工作量。4.对重点井站定期或不定期进行航拍巡护。无人机在最近的集气站起飞，飞行半径要求在5-7公里之间。5基础信息获取绘制数字高程模型、三维正射影像图、三维地表模型等，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。一、研究背景第一部分研究背景第二部分无人机技术应用研究第三部分认识与结论汇报提纲一、现场试验1.无人机巡井无人机巡井按照生产组织方式，分单井巡护与多井巡护两种方式。地面操作设备设定飞行航线苏6-9-8井手动航拍图单井/重点井1.采用多旋翼无人机手动操作。2.搭载高清可见光摄像头。3.飞行时间不少于40分钟。1.多旋翼无人机按照设定坐标规划路线，自动飞往目标区域，通过遥控操作搭载设备获取图像信息。2.搭载高清可见光摄像头。3.飞行距离8-10公里以上，单架次至少完成3-5口巡井任务。多口井二、无人机技术应用研究试验效果试验效果1.多旋翼无人机能够开展单口（多口）气井巡护工作。2.采集图像可通过地面站将画面传输至生产指挥平台远程监控。3.受无人机航程影响，飞行时间低于40分钟的无人机一次无法完成至少3口气井巡护任务，不满足现场巡井数量及效率要求。试验项目试验内容试验机型气井巡查1.苏36-15-18、苏36-15-19、苏36-15-24、苏36-15-21H2四口气井自动巡护，飞行时间38分钟。UAV-MX4080A多旋翼无人机2.苏6-6-6、苏6-5-5两口气井自动巡护。两口气井巡护起飞两家次，单次飞行30分钟，实际有效拍摄时间10分钟。WRJ-D4A多旋翼无人机二、无人机技术应用研究2.无人机巡线无人机巡线按照生产组织方式，分区域测绘与单一线路巡查两种方式。巡线飞行导航图固定翼无人机航拍效果图单一线路多线路或区域1.多旋翼或固定翼无人机自动巡航拍摄。2.搭载高清可见光摄像头。3.飞行时间40分钟以上。1.固定翼无人机自动巡航拍摄。2.搭载高清可见光摄像头。3.飞行时间一个小时以上。二、无人机技术应用研究试验效果1.通过区域测绘，可对整个生产区域内管线作业带完好情况及周边设施情况进行普查。2.飞行航程在40分钟以上的多旋翼无人机可对单条重点管线或道路进行巡航。3.固定翼无人机适用于多条线路连续巡航拍摄。现场测试效果试验项目试验内容试验机型管线巡查1.苏10-1站至苏10-3站支线巡护，航程14公里。ETF-1600固定翼无人机2.苏6-7站—苏63-09—苏63-09H2—苏63-010H1—苏63-010H2—苏6-7站多旋翼无人机巡线，飞行时间30分钟。ZW-H880多旋翼无人机3.苏6-6站至苏6-7站集气支线巡护，航程30公里；EWG-E2固定翼无人机4.苏36-3站—苏6-4站—苏6-1站管线巡航，航程58公里5.苏6-7站至215省道路口航距测试，空中共飞行60分钟，实际工作时长45分钟。多旋翼强3二、无人机技术应用研究3.无人机热红外拍摄通过热红外技术对夜间人员闯入，裸露管线判断提供帮助。单一区域数据获取1.多旋翼或固定翼无人手动航行。2.搭载热红外摄像头。3.飞行时间40分钟以上。1.井站及周边热成像信息。2.管线裸露及温度变化信息。3.夜间人员活动监测。夜间人员及周边环境热成像图裸露管线热红外成像二、无人机技术应用研究4.管线埋深勘测通过无人机测绘图像获得数字地表模型（DSM）数据，分析计算管线埋深。测绘飞行1.固定翼无人机自动巡航拍摄。2.搭载测绘相机连续拍照。3.飞行时间1小时以上。1.在测绘区域内均匀选取地面控制点坐标信息。2.对高清航片进行处理得到目标区域施工前后正射影像图DOM、数字地表模型DSM。数据获取两个时期无人机高清航片像控点基准DSMDSM1基准正射影像正射影像1倾斜摄影模型空间校正空间校正校正参数DSM较差精度评价检验像控点感兴趣区域缓冲区分析土方量估算无人机高清航片计算体积量技术流程图二、无人机技术应用研究获取管线所在区域测绘影像图。二、无人机技术应用研究叠加等高线的DSM根据高程谱色的DSM两期DSM较差图DSM较差图局部特写1.等高线地表模型2.等色地表模型4.两期模型差值3.地表模型比对二、无人机技术应用研究7月航拍片11月航拍片两期DSM较差DSM较差剖面图1042.7m31311.0m3土方量利用DSM较差值可计算管线埋设深度变化量。利用DSM较差值可计算目标区域体积（土方量）变化情况。二、无人机技术应用研究5.防风固沙工作量测算通过在获取的施工区域正射影响图DOM上勾画前后两次地表矢量边界变化情况，计算面积变化量。测绘飞行1.固定翼无人机自动巡航拍摄。2.搭载测绘相机连续拍照。3.飞行时间1小时以上。1.对高清航片进行处理得到目标区域施工前后的正射影像图DOM。2.勾画矢量边界通过软件计算面积值。数据获取无人机高清航片计算面积变化量技术流程图二、无人机技术应用研究第一次飞行影像成果第二次飞行影像成果对目标区域进行航拍测绘，获取正射影像DOM。二、无人机技术应用研究几何量算矢量变化量计算矢量边界勾画绿化面积7806.444573m2≈11.71亩DOM数据处理，计算面积变化。图像空间校正井场北、西方向两块绿化区域的边界勾画，计算面积6498.198229m2井场西南方向一块绿化区域的边界勾画，计算面积1308.246344m2二、无人机技术应用研究试验效果1.通过无人机测绘与航空摄影测量，能够计算目标区域面积变化情况，替代人工作业，减轻劳动强度。2.防风固沙航测数据与现场实际工作量误差186㎡（0.27亩），误差值较小。现场测试效果试验项目试验内容试验机型防风固沙工作量统计1.第一次飞行完成36-11井区400k㎡无人机测绘飞行固定翼无人机ARSC-13.第二次飞行完成36-11井区150km2无人机测绘飞行完成6个井场防风固沙工作量测绘28.2亩，管线防风固沙工作量统计测绘34.5亩。完成两次测绘飞行内业数据空三处理，生成井区正射影像图DOM、数字地表模型DSM软件计算二、无人机技术应用研究二、平台实验搭建无人机应用平台：建立无人机相关业务应用平台，实现无人机技术与生产管理的深度融合。二、无人机技术应用研究1.平台导航信息获取卫星图获取及分析通过对高分1、高分2号卫星拍摄的全厂生产区域卫星图像进行处理和分析，获得矿区基础高清地图、道路图、井位图等信息。卫星拍照1.高分1或高分2号卫星拍照。2.先后两次获得全厂6个作业区块共7000km2卫星影像。1.对两次卫星图像进行几何精度校正、配准、图像镶嵌、裁剪、去云、阴影处理和光谱归一化处理。数据获取卫星图像预处理流程二、无人机技术应用研究获取矿区高清全图，通过地面矢量变化情况勾画井区道路，获取井站坐标信息。苏54区块井、道路信息苏54卫星图像二、无人机技术应用研究2.GIS系统集成将卫星图嵌入我厂现有GIS系统作为基础底图将GIS系统原有管线信息与气井、集气站、道路信息统一集成在系统底图中，形成无人机应用基础导航图。原有GIS系统集成后GIS系统二、无人机技术应用研究3.无人机飞行数据集成通过无人机地面操作站将无人机航行规划路径，飞行动态和飞机各项参数传输至监控平台。通过无人机自带监控软件或我厂现有安防监控系统实现无人机的远程监控。无人机航导航信息的平台接入无人机实时视频的平台接入二、无人机技术应用研究第一部分研究背景第二部分无人机技术应用研究第三部分认识与结论汇报提纲一、认识结论1.无人机技术发展迅猛，各类产品和应用能够满足苏里格气田现场需求。2.下一步，无人机的应用还需要通过与卫星图像，生产管理平台进行深度融合，最终帮助企业提高生产管理效率。3.随着无人机应用的不断深入，必须建立与之配套的运行管理机制和相关制度流程。三、认识与结论汇报结束敬请各位专家批评指正谢谢!