低空熱紅外遙感在探測輸油管道中的應用

摘 要

針對採用常規地面探測方式探測地下輸油管道工作量大，需要花費大量人力、財力和時間等問題，該文論證利用無人機搭載熱紅外遙感探測地下輸油管道的可行性。具有較高溫度的石油在地下管道運行時不斷向周圍擴散熱量，可在地表形成溫度明顯高於背景溫度的熱擴散異常帶，根據這一原理，採用紅外熱成像法探測地下輸油管道，實現其位置的定位；隨著低空無人機遙感技術的發展，將無人機和熱紅外遙感技術結合，通過數據後處理和影像解譯，實現快速較大面積的輸油管道探測。選擇天津市大港油田某一區域作為試驗區，制定完整的技術流程，共發現地下輸油管道134條，補充完善了已有管線資料，具有良好的應用效果。

引用格式

引用格式：王琳，吳正鵬，陳楚，等． 低空熱紅外遙感在探測輸油管道中的應用［Ｊ］． 測繪科學，２０１８，４３（３）：１４２-１４７．

正文

熱紅外遙感是通過熱紅外探測器收集、記錄地物輻射出來的人眼看不到的熱紅外輻射信息，並利用這種熱紅外信息來識別地物和反演地表參數（如溫度、發射率、濕度、熱慣量等）[1-3]。在地下管道運行的石油具有較高的溫度並不斷向周圍擴散熱量，可在地表形成溫度明顯高於背景溫度的熱擴散異常帶。熱紅外遙感通過感受這些溫度異常可以推測地下輸油管道的分布狀態。早在1989年，文獻[4-5]用航空熱紅外遙感分別針對華北油田、遼河油田的地下輸油管道進行調查，取得一定的試驗成果，並從成像季節、成像時間、飛行高度和溫度範圍選擇等方面對最佳成像條件的選擇給出了可行性建議。文獻[6]在1989年研究利用航空遠紅外遙感探測地下熱管道的成像機理，並對影響地下熱管道遠紅外成像的主要條件做了細緻的講述。文獻[7]用紅外熱成像法探測埋地輸油管道,通過圖像處理實現管道的自動識別和定位,在此基礎完成紅外管道探測儀的硬體和軟體的設計實現。

近年來，隨著低空無人機遙感技術的發展[8-9]，熱紅外成像儀體積的縮小和溫度靈敏度的提高，能否用無人機搭載熱紅外成像儀探測地下輸油管道成為本文關注的一個重點。為驗證其可行性，本研究採取如圖1所示的工作流程，首先進行地面試驗，到現場進行實地踏勘，選取不同時間段進行熱紅外成像結果分析；然後進行空中試驗，選取合適時間飛行，飛機同時搭載可見光和熱紅外成像儀，對可行性和存在的問題進行分析；鑒於已有基礎，選取試驗區並收集已有管線資料，設計合理的飛行方案以獲取熱紅外遙感數據並進行數據的後處理，最後進行管道的判別及驗證工作，形成完整的技術流程，完成試生產工作。

大港油田位於天津市濱海新區內[10]，20世紀60年代初投入生產，發展速度較快，地下輸油管道交織成網。其地表覆蓋以裸露的土地和雜草地為主，並覆蓋有田地、沼澤地、乾溝、水溝、河流、水庫、公路等，背景較為複雜。在大港油田的實地踏勘中了解到輸油管道的有關信息如下：（1）管道直徑大多約為15～20 cm；（2）管道埋深在80～100 cm；（3）正在輸油的管道表面溫度在35℃左右。

鑒於無人機的飛行成本及安全性[10]，空中試驗之前於2012年3月14日下午選取大港油田油井較為密集的區域進事先進行一次地面試驗，選取4個時間段，分別為下午17：00、晚上21：00、凌晨5：00、上午7：00。在選取的4個時間段中，地下輸油管道在熱紅外遙感成像中均有所反映，無明顯差異。此次試驗結果拓寬了後續的無人機飛行時間段，保證了無人機飛行的安全性。

本研究為探索低空熱紅外遙感探測地下輸油管道的可行性，同時為保證無人機飛行的安全性，首先進行地面試驗，選取不同時間段進行成像對比分析，在冬季上午7:00左右仍能清晰探測到地下輸油管道，拓寬了無人機飛行的時間段；然後進行空中試驗，同時搭載可見光相機和熱紅外成像儀，此次試驗初步驗證了利用無人機搭載熱紅外成像儀探測地下輸油管道是可行的；針對空中試驗存在的問題，進一步對可行性進行分析，完成了試生產工作，包括完整的航線設計、數據獲取及數據處理、管道的判別、與試驗區已有管線資料的對比驗證和野外驗證。通過對熱紅外遙感影像的解譯，對照可見光影像，共發現134條輸油管道，補充完善了已有管線資料。

本研究首次將無人機和熱紅外成像儀結合起來，通過上述工作驗證了利用低空熱紅外遙感探測地下輸油管道是行之有效的。在實際工程應用中，可以結合低空熱紅外遙感和常規地面探測方式，利用前者的相對宏觀探測對後續的探測起到一定的指導作用，避免了盲目的地面探測，節省一定的勞動力和時間。

2018年（第43卷）第3期

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編輯：鄧國臣

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