計算機視覺技術在管道巡檢中的應用

雍 鵬 宋 鑫 胡衛(wèi)東

（1.中國石油集團川慶鉆探鉆采工程技術研究院工程技術信息研究中心，四川廣漢 618300；2.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司生產(chǎn)協(xié)調(diào)處，四川成都 610000）

1 計算機視覺技術

計算機視覺技術就是借助計算機計算性能模擬人眼的視覺功能，幫助人類處理或理解信息，對圖像進行灰度處理、二維處理和深度處理等不同階段處理，實現(xiàn)高速度和高精度的圖片批量處理技術。計算機視覺技術一般認為在生產(chǎn)效率提升方面對企業(yè)具有較大幫助，可以完成視覺分辨類的人工重復工作內(nèi)容，減少人力資源的投入。計算機視覺任務應用廣泛，如人類識別、車輛或行人檢測、目標跟蹤、圖像生成等，在科學、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通、軍事等領域都有廣泛的應用前景。

2 油氣管網(wǎng)視頻巡檢的需求

隨著川渝頁巖氣開發(fā)進程加快，油氣管網(wǎng)快速建設，管道安全監(jiān)管壓力、難度與日俱增，尤其是地方經(jīng)濟的快速發(fā)展與城區(qū)建設的不斷擴張，導致管道周邊環(huán)境發(fā)生重大變化，產(chǎn)生許多新的安全風險與環(huán)保風險。川慶鉆探油氣集輸管線分布廣、距離長，穿越森林、山嶺和沙漠戈壁等，人員難以進入的復雜區(qū)域。傳統(tǒng)的人工巡檢方式工作量大、受人為因素影響大、效率低、效果差、安全風險大，特別是雨雪等惡劣天氣、無人區(qū)等特殊地區(qū)或洪澇、山體滑坡等自然災害情況下，人工巡檢基本無法完成。利用無人機進行巡檢，可以減少人工巡檢工作量，降低人工作業(yè)風險，提高巡檢效率和可靠性。為推動工業(yè)無人機成為石油行業(yè)基礎工具，實現(xiàn)對管道全天候、全覆蓋監(jiān)控、彌補人工巡線造成的數(shù)據(jù)缺失，部分管輸公司已開始采用無人機對區(qū)域管道進行近距離觀測，獲取管道監(jiān)測視頻，巡線工在地面站觀看監(jiān)測視頻，但沒有實現(xiàn)油氣管道泄漏、管道周邊違規(guī)動圖作業(yè)、滑坡等自然災害智能分析和預警功能。隨著無人機技術的逐漸普及應用，硬件設備的迭代升級，通過巡檢工人對無人機巡檢視頻的檢查，可以從高空視野發(fā)現(xiàn)風險隱患并及時預警。應借助計算機視覺技術開發(fā)巡檢視頻智能識別模塊，代替人工對潛在的風險及已存在的風險進行隱患識別排查。

3 應用思路及案例

3.1 應用思路

結(jié)合無人機管網(wǎng)巡檢實際情況，借助計算機視覺技術開發(fā)一套巡檢視頻智能識別模塊，實現(xiàn)對巡檢視頻指定區(qū)域的智能識別，其包含歷史已識別的風險點確認和潛在的風險點確認，如圖1所示。

圖1 風險點的確認

為實現(xiàn)智能識別的目的，應建立異常識別特征庫，保存經(jīng)過人工核實的歷史異常情況，形成異常識別訓練集，方便后期開展基于深度學習的目標監(jiān)測方法，提高異常識別效率和準確率，促進管網(wǎng)巡檢從“人工巡檢”到“無人機巡檢-智能識別-人工復核”巡檢模式的轉(zhuǎn)變。

創(chuàng)建異常識別特征庫如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建異常識別特征庫

根據(jù)首次管輸線路的手動標記，確定以后每次各線路智能識別的范圍，減少無效區(qū)域的資源占用，提高識別效率。在異常識別特征庫中對比是否存在歷史已確認的異常特征，生成異常點圖片及坐標供人工復核。經(jīng)確認的異常特征繼續(xù)存入特征庫，豐富異常庫特征元素；經(jīng)確認不為風險點，在系統(tǒng)中設置為無關點，不予現(xiàn)場處置。如果不存在特征庫中的元素，則對前后兩次有效區(qū)域進行差異對比，生成對比圖片供人工復核。經(jīng)確認的異常存入特征庫，豐富異常庫特征元素；經(jīng)過確認不為異常的特征，也存入異常特征庫，以后該類型異常不再生成異常結(jié)果。異常識別思路如圖3所示。

圖3 異常識別應用思路

3.2 案例

利用計算機視覺技術開發(fā)巡檢視頻智能識別模塊，在威遠管輸線路中選取一條線路開展智能識別對比試驗。在管網(wǎng)巡檢視頻中模擬管網(wǎng)線路，確定識別有效區(qū)域。二次巡檢視頻與模擬管網(wǎng)線路巡檢視頻進行對比，查找異常點。該智能識別模塊對異常差異的識別率達到80%以上，在油氣管道巡檢工作中具有實際推廣價值。

通過在推廣應用的過程中持續(xù)改進和優(yōu)化，可以提高智能識別效率，最終達到商業(yè)化應用的目的，促進油氣管道巡線產(chǎn)業(yè)信息化、智能化發(fā)展。

模擬管路走向如圖4所示，視頻對比查找如圖5所示。

圖4 模擬管網(wǎng)線路走向

圖5 視頻對比查找異常點

4 結(jié)語

目前川慶鉆探工程有限公司在鉆完井實時數(shù)據(jù)監(jiān)控及預警、鉆完井輔助決策、鉆完井輔助設計等應用功能開發(fā)已具備一定的規(guī)模和水平。開展計算機視覺技術在油氣管道巡檢視頻中的應用，擴大公司信息化建設的廣度和深度，推動石油勘探領域的信息化建設，進一步豐富和完善川慶一體化數(shù)據(jù)庫，提升一體化平臺的應用范圍和能力。