空天地一体化的油气管线巡查技术研究与应用

二〇一七年七月123什么是遥感技术？u遥感（RemoteSensing，简称RS），就是“遥远的感知”，遥感技术是利用一定的技术设备和系统，远距离获取目标物的电磁波信息，并根据电磁波的特征进行分析和应用的技术。u根据遥感载荷所在平台和观测高度的差异，分为航空遥感、航天遥感和地面遥感等。u按照传感器类型可分为光学遥感和微波遥感。u遥感技术的关键指标在于空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率。Ø光学卫星遥感技术以人造卫星为平台，以包含可见光、近红外、热红外以及中长波红外波段的光学传感器为核心，获取地表光谱信息、空间位置信息的技术；Ø卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，运行轨道分太阳同步和地球同步，轨道高度介于300~36000km之间；Ø根据其设计特点，光学卫星遥感技术具有大范围、重复观测、快速重访的特点；主动式微波遥感器，合成孔径雷达（SAR），对云和雾具有一定的穿透能力，可进行全天时、全天候遥感监测。夜间阴雨天无人机遥感技术以低空无人机为平台，以包含可见光、近红外、热红外以及中长波红外波段的光学传感器为核心，获取地表多光谱信息、空间位置信息的技术。无人机飞行高度一般较低，具有机动性能好、作业灵活、成本低的特点。卫星无人机地面车地面站航天遥感可见光近红外热红外微波航空遥感可见光近红外热红外地面巡查车载巡视设备PDA执法智能终端空天地一体化立体监测当前油气管道巡查主要依赖人工巡线，以及配合低空有/无人机完成空地巡查。巡视范围、内容、作业频次等已经形成了较为完善的作业规程。巡视效率的提升和技术水平的提高对实际生产工作意义重大，经过对现阶段巡查手段、方式的总结和研究，发现主要存在如下问题亟待解决。u油气管线输送距离长，跨过多种复杂的地形地貌，人工巡检作业效率较低；u部分管线经过地区为地质灾害的高发区，沿途环境复杂，冰盖地区和山区人工巡检难以开展；u人工巡检和直升机巡查配合难以满足管道全线巡查需求；u恶劣天气以及夜间等条件下，现有巡查手段受到制约，难以实现管道的全天时全天候监测。近年来，我国卫星研制水平和应用能力不断提高，基本达到了国际领先水平，国内多个在建商业卫星星座时间分辨率上已经领先于国外。我国在多旋翼、固定翼等型号无人机的研制及应用方面发展迅速，应用水平和深度全球瞩目，地面手段多源传感器日趋丰富。国内很多工程单位和研究部门探索将卫星和无人机技术应用于管道巡查。人巡车巡航空航天遥感技术花费时间多少时效性差快连续性差，不能全天时全天候监测好，全天时全天候监测调查人员多少调查成本高低调查范围受地形、气候限制，有区域局限性全区域美国油气管理公司和全球最大遥感数据和服务提供商DigitalGlobe公司开展长期合作，在管道巡查和周边环境监测方面开展卫星遥感应用。荷兰OrbitalEye公司开发了PIMSyS系统，该系统利用卫星雷达图像，检测管道潜在威胁并发出警报，与空中直升机巡检和地面巡检相结合，大幅提高了管道的检测效率。哨兵雷达卫星对比国内外现状不难发现，美国、欧洲等地区对卫星技术应用与监测管线已经开展了大量工作，而我国在卫星油气管线巡查和状态监测等方面的工作尚未开展，远落后于国外现有技术水平，需要开展卫星、无人机、地面一体化的巡查技术研究与论证工作。目前，我国西部地区管线巡查技术主要依靠人工巡检方式，局部线路基于航空和地面巡查数据已经探索实现了空地一体化巡查。020103决策判断和远程指挥，并指挥救援队伍科学、合理进行现场救援工作。指挥中心空天地一体化监测网络平台：卫星、无人机和地面巡逻车数据：静态遥感影像、动态视频影像、、无人机夜间红外视频影像、星载雷达影像能力：全天时、全天候、全区域、快速监测现场执法和救援队伍现场救援队伍则负责实施现场执法和应急救援工作，保障油气管线的安全运营。u空天地多源异构传感器规划从油气管线空天地巡查需求出发，依据遥感协同监测服务体制机制，分析空天地资源耦合特点和需求，提出监测需求驱动的空天地多源异构传感器规划架构和流程。u多源异构遥感数据处理基于卫星光学遥感数据、卫星雷达影像、无人机遥感数据和地面巡查数据等多源多尺度遥感数据，发展多源多尺度遥感数据融合处理方法，实现多源数据时空基准统一和集成，从中挖掘更多信息，提高数据的利用价值，更好解决管线巡查问题。u重点监测区域隐患点发现基于油气管线安全隐患问题在多源遥感数据中的光谱特征、几何结构特征和空间特征，利用深度学习等智能算法，实现油气管线安全隐患点的高准确率快速发现，为重点区域监测提供可靠信息。u基于时间序列的变化检测对多时相的遥感影像进行匹配处理和辐射归一化处理，考虑目标光谱特征、纹理特征，研究基于时间序列多源遥感数据的地表信息动态变化检测技术，实现地表信息变化的自动检测。u现状调研和需求分析：全面调研目前管道巡查方式、巡查频次和巡查内容，分析其中存在的科学问题，整理需求分析；u空天地一体化巡检系统可行性研究，基于应用场景研究可行性；u空天地一体化管道巡检总体技术研究；u多源异构数据处理技术研究，对存在时空差异的数据进行处理；u空天地一体化管道巡检应用系统总体方案设计。step2step3step4step5现状调研和需求分析管道应用系统总体方案设计step1空天地巡检系统可行性总体技术研究多源异构数据处理技术基于油气管线空间分布数据，利用高空间分辨率卫星遥感影像，在广域范围上对油气管线两侧安全距离内的建（构）筑物进行识别分析，提取管线违章占压建筑物数量和位置信息，为违章占压执法提供信息支持。方法：卫星遥感监测+巡逻车现场确认执法精度：空间分辨率0.72m卫星遥感监测违章占压管道的建筑物卫星遥感广域普查Ø基于多时相遥感影像，结合气象数据和地形数据，评估巡查区域地质灾害发生风险等级，指导进一步详查和地面救援工作的开展。Ø可以利用卫星遥感影像，对地质灾害发生区域进行应急监测。地质灾害发生风险等级评估卫星遥感广域普查灾害后灾害前地质灾害卫星遥感监测气象数据联动监测结合气象数据，利用卫星遥感快速重访的特点，在气象条件恶劣，易造成区域地质灾害、洪水灾害等导致管线损毁的情况下，提前对灾害易发区域进行监测，辅助管理部门决策分析。方法：卫星联动监测精度：空间分辨率0.72m卫星云图气象预报数据重点区域无人机详查第三方施工监测利用无人机机动性能好、作业灵活、成本低的特点，对巡查重点区域进行低空详查，获取第三方施工情况、地质灾害发生发展及危害情况，为管理执法、抢险救援提供信息支持。方法：无人机详查+巡逻车现场确认执法精度：空间分辨率0.05m空天地应急响应监测利用卫星、无人机和地面巡查手段，对油气管线突发事件进行快速应急响应监测，并将现场情况传回指挥中心，为抢险救援决策制定提供信息支持。方法：卫星应急监测精度：空间分辨率0.72m、0.05m效率：点目标需求提出后5小时应急监测在输油输气管线巡查和管护中，卫星遥感技术可应用在违章占压监测、管线周边施工监测、地质灾害监测和应急抢险远程指挥等方面，可对高后果区、无人区、人员不易到达地区进行监测。卫星遥感监测可与地面人工巡查、无人机巡查协同构成输油输气管线巡查和管护的空天地协同监测网络，服务于油气管线的安全管理工作，保障新疆地区现役输油输气管线安全运营。随着卫星遥感技术应用的日益普及和油气管线巡查技术水平的不断提升，卫星遥感监测系统在长距离输油输气管线巡查和管护中的应用必将得到进一步的快速推进。新疆王家沟储油罐北京地区彩色夜景：1m分辨率长江镇江段目标识别飞机跟踪车辆跟踪视频卫星立体测绘精度可达5米