720°全景影像在石油管道上的應(yīng)用

陳井軍 徐從齊

〔中國石化銷售有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕

720°全景影像在石油管道上的應(yīng)用

陳井軍 徐從齊

〔中國石化銷售有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕

介紹了720°全景影像的關(guān)鍵技術(shù)、拍攝方法、圖像合成與制作方法和全景影像數(shù)據(jù)處理及發(fā)布的全過程以及制作標準等，實現(xiàn)了石油管道建設(shè)施工、庫站、閥室、地質(zhì)災(zāi)害、占壓及人口密集區(qū)等管道周圍場景數(shù)據(jù)的全景可視化，為石油管道的安全風險分析、防控、治理和應(yīng)急響應(yīng)提供了高效的技術(shù)支撐，提升了石油管道風險預(yù)防管理水平。

全景影像制作方法石油管道應(yīng)用

智能化管線管理系統(tǒng)要求建設(shè)全景影像檔案庫，對智能化管線項目中管道的完整性評價、歷史數(shù)據(jù)回溯、應(yīng)急事件評價及指揮提供更豐富的圖像數(shù)據(jù)支撐手段，滿足數(shù)據(jù)采集和初步應(yīng)用需求，實現(xiàn)庫站、閥室、管線地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)據(jù)的全景可視化要求。

1 現(xiàn)狀分析

隨著管道建設(shè)的不斷開展，管道長度日益增加，新情況、新問題、新隱患不斷涌現(xiàn)，直觀地掌握現(xiàn)場情況，對庫站、閥室、管道高后果區(qū)進行全面可視化展現(xiàn)的需求越來越迫切。

隨著管道信息化建設(shè)的進行，地理信息系統(tǒng)技術(shù)對管道本體和附屬設(shè)施的管理手段日趨成熟，而庫站、閥室及地質(zhì)災(zāi)害點的信息化管理，仍沿用傳統(tǒng)的二維展現(xiàn)模式，對于高后果區(qū)如：人口密集區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害點、管線占壓和第三方施工情況的了解還在用傳統(tǒng)的拍照手段，更無法全面、整體地表現(xiàn)現(xiàn)場情況。現(xiàn)階段，基于三維建模技術(shù)，可在一定程度上解決部分問題，但三維場景的建設(shè)普遍存在制作慢，非專業(yè)人員無法進行，對地質(zhì)災(zāi)害點的全面體現(xiàn)，也沒有太好的應(yīng)對方法，而且制作成本高，制作周期長，不具備推廣到全管線全站場的應(yīng)用條件。但全景圖像技術(shù)能很好地提供全面可視化需求的解決方案。全景圖片采用6個及以上的魚眼鏡頭對場景進行拍攝，利用軟件簡單處理后，即可發(fā)布供網(wǎng)上瀏覽的3D全景文件，視角達720°的全景展示，與傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)相比更具有現(xiàn)場真實感，對第三方施工、管線占壓及人口密集區(qū)等場景的表現(xiàn)具有更好更全面的效果，且制作時間只有三維建模的1/10左右，費用更少；操作簡單，不需非常專業(yè)人員參與。一鍵采集功能還可實現(xiàn)人人皆可采集和制作。

2 技術(shù)方法

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

(1)拍攝類別。全景影像數(shù)據(jù)獲取方式主要有地面和空中全景拍攝、車載移動全景拍攝。

(2)按系統(tǒng)管理應(yīng)用需求選定目標對象，并根據(jù)對象的特點選擇合適的全景照片拍攝方式，拍攝過程中同步采集全景點的空間及屬性信息。

(3)在全景影像內(nèi)部設(shè)置熱點。通過鏈接數(shù)據(jù)庫，加入文字注釋、圖片、語音視頻等交互應(yīng)用，可以直接查看管段、閥門、設(shè)備、管廊架等相關(guān)屬性信息，提升系統(tǒng)的實用性。

(4)在站場、高后果區(qū)等特定區(qū)域，實現(xiàn)全景影像漫游。通過分組與合成處理等技術(shù)，實現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)的全景影像動態(tài)漫游，給人以身臨其境之感。

2.2 拍攝方法

銷售華中分公司智能化項目組總結(jié)出與各種管道周圍環(huán)境相對應(yīng)的拍攝技巧及方法。

(1)拍攝外管線時，拍攝點選擇在離管線標識樁側(cè)3～5m的地方，相機的“此面向前”鏡頭對準管線走向，并順著管線每隔20～30m選擇下一個拍攝點。根據(jù)外管線所處的實際地理環(huán)境，再作局部的重點拍攝。重點拍攝的對象主要為管線穿越河流、鐵路、公路的穿進和穿出點，管線穿越陡坡、滑坡，地質(zhì)沉降點等地質(zhì)災(zāi)害點，管線穿越居民密集區(qū)域處，管線穿越城市道路與其它管線交叉點等因地理環(huán)境復雜易引發(fā)管道泄漏而導致安全事故的區(qū)域。

(2)對穿越河流、鐵路、公路的管線，拍攝時相機的“此面向前”鏡頭對準穿越點進行重點拍攝。對穿進點20m處拍攝一張，穿出點20m再拍攝一張圖片。其它拍攝點應(yīng)選擇管線標識樁側(cè)3～5m的地方，并用相機的“此面向前”順著管線方向拍攝。這樣選點可以保證后期制作全景漫游圖時，管線走向標識正確、清晰，全景圖漫游自然。拍攝點選擇5～6個為宜，管線周圍地理環(huán)境特別復雜，覆蓋范圍比較廣的地方應(yīng)根據(jù)情況適當增加拍攝點，選擇能最大范圍清晰反映管線和周圍環(huán)境的位置。重點場景(如管線穿越處)拍攝點在20m以內(nèi)，其它場景30m以內(nèi)。

(3)對穿越地質(zhì)災(zāi)害點的管線，拍攝點選擇在管線標識樁側(cè)3～5m的地方，并用相機的“此面向前”順著管線走向拍攝，對管線穿越陡坡，滑坡的區(qū)域，須在坡上，坡下，對準地質(zhì)災(zāi)害點做重點拍攝。整個管線拍攝點選擇5個左右，重點場景拍攝點間隔20m以內(nèi)，其它拍攝點30m以內(nèi)。

(4)對穿越居民密集區(qū)的管線，拍攝點選擇在管線標識樁側(cè)3～5m的地方，并用相機的“此面向前”順著管線走向拍攝，對管線離居民區(qū)最近的地方應(yīng)進行重點拍攝，以反映管線走向和居民區(qū)的位置關(guān)系。整個管線拍攝點選擇6個左右，重點場景拍攝點間隔20m以內(nèi)，其它拍攝點間隔30m以內(nèi)。

(5)對外管線周邊有第三方施工的，拍攝點選擇在管線標識樁側(cè)3～5m的地方，并用相機的“此面向前”順著管線方向拍攝，以4張為宜。最后選擇在場景中央，最好是場景的最高點，主鏡頭對準第三方施工現(xiàn)場拍攝一張全景圖，以能更好地反映整個場景的全貌。拍攝點總共選擇5個左右，每個拍攝點間隔30m以內(nèi)。

(6)拍攝油庫、站場時，根據(jù)站場道路的行走方向制定出拍攝順序，拍攝時相機的“此面向前”鏡頭對準拍攝的主題場景或前進方向進行拍攝。對閥組區(qū)、油罐、發(fā)油臺、泵棚、消防泵棚等重點設(shè)備、設(shè)施，用相機的“此面向前”鏡頭近距離對準進行拍攝；如站場有閥組區(qū)，在閥組區(qū)中央選擇一個制高點進行拍攝，以便更清楚地顯現(xiàn)閥組區(qū)的全貌及局部細節(jié)。有條件時選擇油庫、站場的一個制高點進行拍攝，以便于反映整個站場的全貌，以及周圍環(huán)境的位置關(guān)系。具體拍攝點數(shù)量根據(jù)庫站大小而定，最好不超過25個拍攝點，拍攝點之間的間隔最好為30m以內(nèi)。

(7)拍攝閥室時，整體閥室場景拍攝點控制在7個及以上。選點方式為閥室兩側(cè)順管線方向各選3個點進行拍攝，每個點間隔30m左右，表現(xiàn)管道與閥室的相對位置關(guān)系。在拍攝閥室內(nèi)部時，將相機的拍攝高度降為1.5m左右，將相機的“此面向前”鏡頭對準需拍攝的閥門，盡量保證鏡頭距離閥門1m以上。

2.3 720°圖像合成及制作方法

石油管道所拍攝圖像的合成不同于街景圖像合成，石油管道要求圖像能最直觀反映出管道走向、閥室內(nèi)部全景、閥室周邊環(huán)境、復雜交叉管線走向標識、地質(zhì)災(zāi)害點重點區(qū)域、庫站全貌及各重點區(qū)域等，因此對圖像合成技術(shù)提出了較高要求。

(1)利用Photoshop對合成后的圖片進行調(diào)整，以達到較好的顯示效果。

(2)利用Photoshop去掉圖片中出現(xiàn)的無關(guān)的人或物，根據(jù)拍攝點位，參考系統(tǒng)實際管線走向，在圖片中用多個紅色箭頭清晰標明管線的走向，并在箭頭上面標注方向信息。

(3)將修改過的圖片導入pano2vr，選擇新的輸出格式為變形，選擇增加，類型選擇為平面直角，逐張圖片制作縮略圖。

(4)就每一張圖片進行參數(shù)的設(shè)置，包括顯示參數(shù)和交互熱點。視圖限制一項可有效規(guī)避攝像頭正下方的拍攝盲區(qū)，視場縮放程度設(shè)置為最小30最大90即可。

(5)交互熱點可以將多張圖片緊密的聯(lián)系在一起，交互熱點的目標地點一般設(shè)置為最終拍攝的地點，清晰制作思路，方便用戶瀏覽。軟件右邊的圖片左下角如若顯示黃色嘆號標記，則說明該圖片未與系統(tǒng)中的其他圖片建立彼此聯(lián)系，需檢查漫游圖片的ID是否正確，是否重復等。

(6)將輸出格式改回flash，生成場景。由于不同的顯示器、不同的系統(tǒng)分辨率不盡相同，尺寸按照當前分辨率進行設(shè)置即可。最終生成的場景的清晰度與立方體面片尺寸大小有關(guān)，設(shè)置成最佳大小，設(shè)置過小不清楚，設(shè)置過大會提升最終場景文件的大小，影響到客戶的瀏覽速度。高級設(shè)置一項，將靈敏度設(shè)置到3，以防因為電腦配置的原因出現(xiàn)較大的卡頓現(xiàn)象；選項“在瀏覽器中取消激活”應(yīng)關(guān)閉，否則利用鼠標滾輪放大/縮小視角的功能將失效。HTML選項卡中模板選擇為fullscreen.ggt并在模板參數(shù)中勾選Borderless Fullscreen選項以實現(xiàn)全屏模式。

(7)進行皮膚的設(shè)置。通過打開文件的方式直接調(diào)用用作制作標準的皮膚文件，在皮膚編輯界面添加縮略圖、鷹眼圖，可根據(jù)拍攝點數(shù)量直接復制節(jié)點或刪除多余的節(jié)點，并就節(jié)點做相關(guān)編輯即可，包括漫游節(jié)點/標簽的設(shè)定、節(jié)點動作的設(shè)定、相關(guān)文本的重編輯。將節(jié)點在鷹眼圖中按照實際拍攝地點進行重新擺放。

(8)生成全景進行檢查，若出現(xiàn)鷹眼圖中視角方向與實際方向不一致的情況，可在pano2vr主界面的顯示參數(shù)中進行正北方向的校正。

(9)相關(guān)圖片可根據(jù)設(shè)備拍攝自動記錄的坐標信息在各大網(wǎng)站上尋找最為清晰的衛(wèi)星圖，特別偏避、環(huán)境特別復雜的地方，各網(wǎng)站如果找不到清晰的衛(wèi)星圖像，可根據(jù)拍攝過程中記錄的坐標信息或者樁號，在系統(tǒng)中找尋對應(yīng)地點的衛(wèi)星圖像，并加以利用。管道走向需與系統(tǒng)實際管道走向一致。

(10)對全景圖中的文字、數(shù)字及交互熱點等的標識，其大小、形狀、顏色及位置等進行統(tǒng)一。

(11)對全景圖配置位置、名稱、情況介紹和管線基本信息、管線周邊情況等相關(guān)信息，要求全面準確，能為應(yīng)急事件提供真實、全面的詳細信息展示，從而為應(yīng)急提供輔助決策。

(12)按照下列全景確認項內(nèi)容對全景圖進行校驗，保證圖像所反映的效果最佳。

圖像清晰，無拼接錯位

否□ 是□

視野旋轉(zhuǎn)、縮放流暢

否□ 是□

點擊交互熱點，場景跳轉(zhuǎn)正常

否□ 是□

點擊縮略圖，場景跳轉(zhuǎn)正常

否□ 是□

點擊地圖拍攝點圖標，場景跳轉(zhuǎn)正常

否□ 是□

功能按鈕正常，可正常進行全屏、窗口化操作可正常隱藏、顯示縮略圖，可正常隱藏、顯示地圖

否□ 是□

管線標注的位置和方向正確

否□ 是□

場景信息正確(如無信息則不填寫)

否□ 是□

場景地理位置與實際相符

否□ 是□2.4 720°全景制作標準

針對石油站場、閥室、外管道地質(zhì)災(zāi)害點特點，總結(jié)歸納出720°全景影像制作標準。

2.4.1 站場

視場限制最小30°，最大90°；初始視場70°；底部限制最大-50°；場景分辨率1920px*1080px；立方體面片尺寸2048px；靈敏度3；窗口縮放精確適應(yīng)大?。淮翱趂ov模式對角線；縮略圖尺寸60px*60px；站場信息文本放大1.5倍；管道標識無；鷹眼圖尺寸350px*400px；區(qū)間標示文本10號紅色宋體。

2.4.2 閥室

視場限制：最小30°，最大90°；初始視場70°；底部限制最大-50°；場景分辨率1920px*1080px；立方體面片尺寸2048px；靈敏度3；窗口縮放精確適應(yīng)大小；窗口fov模式對角線；縮略圖尺寸60px*60px；站場信息文本放大1.5倍；管道標識紅色箭頭、十號宋體；鷹眼圖尺寸395px*380px。

2.4.3 地質(zhì)災(zāi)害點

視場限制：最小30°，最大90°；初始視場70°；底部限制最大-50°；場景分辨率1920px*1080px；立方體面片尺寸2048px；靈敏度3；窗口縮放精確適應(yīng)大??；窗口fov模式對角線；縮略圖尺寸60px*60px；站場信息文本放大1.5倍；管道標識紅色箭頭、十號宋體；鷹眼圖尺寸395px*380px。

3 發(fā)布

地面和空中的全景照片拍攝采集完成后，專業(yè)人員對這些照片進行拼接、發(fā)布等處理，設(shè)置與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)的內(nèi)部熱點，并根據(jù)GPS信息把每張全景影像定位到地圖上，最終實現(xiàn)全景影像展示。

4 結(jié)語

720°全景影像具有全方位展示及真實感、立體感、沉浸感強的特點,通過在智能化系統(tǒng)建設(shè)過程中的實地拍攝、現(xiàn)場制作，總結(jié)出了一套適用于石油管道的720°全景影像拍攝及制作標準；通過對全景圖配置位置、繪制管道走向、名稱、情況介紹、重點區(qū)域協(xié)同標繪、管線基本信息、管線周邊情況等相關(guān)信息，為應(yīng)急事件提供真實、全面詳細的全景影像信息展示，從而為石油管道應(yīng)急提供輔助決策。720°全景技術(shù)是目前全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展并逐步流行的一種視覺新技術(shù)，隨著全景技術(shù)應(yīng)用的不斷深化，720°全景技術(shù)將為石油管道的完整性管理、高后果區(qū)識別、隱患治理、應(yīng)急響應(yīng)提供高效的信息支撐。

[1] 黃代軍．中石化智能化管線系統(tǒng)720度全景影像制作[J]．江漢石油職工大學學報，2016，(4)：71-73．

2017-05-02。

陳井軍(1968-)，本科，經(jīng)濟師，現(xiàn)從事成品油管道的生產(chǎn)運行管理、智能化管道管理、數(shù)質(zhì)量管理、信息管理、儀表自動化管理工作。