无人机数据综合应用平台构建研究

陶俊亦 张果 宋鑫 雍鹏

通过开展无人机技术与石油信息技术的深度融合研究，应用多源数据融合技术，建立集成野外勘察、应急抢险、输气管网巡检等多业务的无人机数据综合管理和应用平台，将无人机获取的影像视频数据与EISS工程生产大数据相结合，实现工程生产数据与无人机数据的共享交互，为远程快速决策提供数据支撑。

石油天然气现场作业遍布高山、戈壁、沙漠与深海等环境恶劣场所，传统的油气管网人工巡检方式存在工作量大、效率低、安全风险高等问题，在野外勘察和井控应急事件处置中基本依靠人工进行现场勘察，作业风险高、灵活性差、信息滞后，难以快速、全面、直观了解现场情况和科学决策，已不能满足“安全、质量、效益”的勘探开发新需求。针对上述问题，利用无人机+信息技术，开展EISS工程数据融合、信息平台搭建、图像数据处理、地形地貌建模、影像智能识别等研究，助推油气管网巡检、野外勘探、应急抢险的传统作业模式转型，实现应急监测及处置安全快速、管网巡检作业风险低、效率和可靠性高，促进无人机在油气勘探领域的工业化应用。

应用空间数据库技术，建立管网正射影像地理信息数据库，利用4200万像素正射相机获取高精度影像数据，通过航测软件处理可得5cm分辨率正射影像，完成正射影像和影像元数据的数据模型及数据结构设计，基于大型关系型数据库建立空间型影像数据库，实现对正射影像数据的一致性维护、并发控制和属性数据的索引等，作为应急抢险的基础数据库进行自然灾害辅助性普查，实现“上帝视角”管网布局全景可视化，促进数据资源向数据资产转变，为有效利用正射影像数据提供了基础平台。

应用Vue、webRTC等软件技术和深度学习算法开发适用于油气勘探领域的图像智能识别功能，基于Pytorch深度学习框架建立模型训练平台，将Yolo目标检测模型和Unet语义分割模型进行融合改良，使模型能够智能识别出风险点的轮廓特征和纹理特征并进行泛化。同时在保证模型识别精确率的情况下，利用剪枝、知识蒸馏技术进行模型压缩，把模型识别时间控制在输入视频时长的1.5倍以内，使性能与运行速度实现均衡。应用深度学习的图像识别技术，建立基于无人机技术的智能识别模块，预警提示高风险管网段，让计算机“看得懂”无人机巡检视频，自动获取异常点图像信息，坐标信息，距离起始点公里数，汇总生成无人机巡检报告，准确率达到90%以上，节约分析处理时间60%，方便巡检工人快速定位异常点位置，有利于及时发现管网风险隐患。

四、无人机数据综合应用平台构建

采用微服务的B/S架构，应用多源数据融合技术，建立集成野外勘察、应急抢险、输气管网巡检多业务的无人机数据综合管理和应用平台。将无人机获取的影像视频数据与EISS工程生产大数据相结合，依据业务需求把web服务、接口服务、视频直播、图像识别和任务管理等拆分成独立的服务单元，采用Oracle数据库和文件库进行数据和图像视频文件的存储，采用图形切片和缓存技术提升图像数据的查询和展示响应性能，实现工程生产数据与无人机数据的共享交互；应用GIS切片地图展现技术整合管网图、集团A4地图数据，在集团A4地图上精确展示集气站点、管网走势和无人机正射影像，为野外勘察、应急抢险、输气管网巡检提供信息丰富、表现直观的地理信息和影像数据支持；形成了从无人机驾驶、空域申请、图像采集、传输、图像数据处理到应用发布的一套油气勘探领域的无人机多功能集成的软硬件集成方案，有效促进了无人机在油气勘探领域的工业化应用。

该平台功能涵盖飞行任务预设、航线规划、任务跟踪、现场画面直播监控、图像识别，以及根据作业数据生产可视化统计报表等。在油气勘探应急抢险中，后台指挥中心工作人员可通过该平台实时获悉现场图像、视频，定位无人机位置及状态信息等，并回传至EISS系统，结合EISS系统工程、生产大数据对现场关键点位进行远程监控和综合分析。

通过无人机数据综合应用平台，深化无人机在输气管网巡线中的应用，在川庆公司威远、苏里格区块进行了推广应用。目前川庆自营区块成功自主规划并完成100公里的管网巡线，涉及93项关键点位及露管等风险隐患19处，大大提升了管网巡查的时效性和安全性，获取100GB的正射影像数据及高分辨率的全井场三维建模，累计视频实时直播500分钟。在XX1井等场景开展应急抢险功能现场应用，无人机飞跃井场获取正射影像信息完整，展现井场布局，获取钻台、防喷器、远控台等重点关键位置的高清视频和图片，为应急部门提供丰富的现场资料，在应急处置工作中发挥了重要作用。

随着无人机技术和信息技术的迅猛发展，所有行业均可以在原始作业模式上得到信息化的加持，无人机在油气勘探领域的应用场景作为一项持久且意义重大的创新需要持续的开拓与实践。针对油气勘探领域的业务需求，通过无人机在油气勘探领域的應用试验，进一步探索软件平台和无人机物理硬件的融合，开展无人机数据的深化应用实践，最终实现无人机的全自动化、智能化的无人操作。

作者单位：中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院