CN113570720B - 一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法及系统，包括如下过程：计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；将图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线叠加。可以看出，本发明得到了能够实时显示石油管线的视频流，在无人机巡检石油管线时，能够在视频中实时显示出石油管线，并且显示的精度较高。

Description

一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法及 系统

技术领域

本发明属于石油管线巡检领域，具体涉及一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法及系统。

背景技术

随着我国石油和天然气工业的快速发展，油气管道建设突飞猛进。油气管道是油气系统的重要组成部分，它的安全可靠运行直接关系到国家经济的稳定发展，自然环境保护与污染防治问题。部分油气管道由于长期暴露在自然环境中，不仅要承受正常机械载荷和石油输送的内部压力，还要经受降雨、降雪、滑坡、人为打孔等外界侵害，这些因素将会促使管道各元件的老化，如不及时发现和消除，就可能发展成为各种故障，对于石油系统的安全和稳定构成严重的威胁。因此，管道巡检是有效保证石油管道设备安全的一项基础工作，通过对油气管道的巡视检查来掌握管道运行状况及周围环境的变化，及时发现设备缺陷和安全隐患，提出具体检修意见，以便及时消除缺陷，防止故障发生，从而保证油气管道的安全和油气系统稳定运行。

无人驾驶飞机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的无人驾驶航空器，简称无人机(Unmanned Aerial Vehicle)。利用无人机全面、快速地了解目标地形地貌、水文气象等信息，搭载高分辨率航拍相机和测绘吊舱对任务区域进行测绘拍摄，可提供可视化的视频和高清照片，并进行数据处理、比对。提供区域的地理、气象数据信息，及时得到油气管道周边的实时环境和信息，为油气管道的巡护提供了更便捷、更省时的效果。

无人机巡检与人工巡检石油相比迅速快捷、工作效率高，不受地势和天气影响，安全性高，减轻了人员的劳动强度。无人机低空摄影测量相对于光纤电子感应实施便利、作业成本较低。无人机相对于卫星具有机动灵活，环境适应能力强、成像分辨率高等优点，既可以对管道进行定期的常规巡检，又可以对突发事件进行应急详查。无人机巡检的性价比高，尤其适合对管线状域进行监测。

通过无人机挂载相机，拍摄管线视频，实时传输回gis系统，进行后续处理，重建管线沿线区域图片，或三维重建管线模型，标注高风险区域。

无人机巡检的缺点：无人机搭载双光电吊舱，沿石油管线飞行，拍摄并传输实时视频，但是实时视频中无法精确的显示管线具体信息，目前大部分公司的解决方案是在服务器中，对视频流进行处理，通过融合飞控数据，改变视频图像RGB24颜色空间数据，在用户端输出的视频上显示出石油管线信息，但是该方法，首先会污染原视频数据，其次飞控数据存在一定的误差，视频中显示的石油管线精度不够，对一些要求高精度的场合，无法满足具体要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法及系统，本发明能够实现无人机视频中实时显示石油管线信息，并且视频中显示的石油管线精度较高，满足高精度场合的要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法，包括如下过程：

计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；

将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；

图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；

将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线叠加。

优选的，无人机巡检石油管线拍摄视频时，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧预设距离内区域的视频。

优选的，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧100米范围内的视频。

优选的，无人机巡检石油管线时拍摄的视频中包含如下原始数据：光电吊舱航向角、光电吊舱方位角、光电吊舱俯仰角、光电吊舱横滚角、光电吊舱的视场角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、图像中心经度、图像中心纬度、图像中心高度和GPS时间。

优选的，计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域的过程包括：

确定视频中的图像四角的经度、纬度和高度，通过四角的经度、纬度和高度计算出图像的边长，得到视频中的图像区域。

优选的，所述地球模型的构建过程包括：在gis系统中构建3D地球模型，将3D地球模型通过WEBGL编程实现缩比例地球模型，将包含有石油管线的地球表面信息图作为图层粘贴至3D地球模型表面，得到所述地球模型。

优选的，还包括对无人机巡检石油管线时拍摄视频的预处理，预处理时，将视频数据转换成RGB24格式，保存成位图；

将位图灰度化，将图像的颜色通道分离为R、G和B三色通道，运用滤波算法对对应点的像素坐标进行滤波，预处理完成；

利用滤波后的视频数据计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域。

优选的，将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配时，操控地球模型进行旋转、缩放，使图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配。

本发明还提供了一种无人机巡检石油管线的方法，包括如下过程：

对本发明如上所述基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法得到的能够实时显示石油管线的视频流进行分析，判断石油管线的运行情况，实现对石油管线的巡检。

本发明还提供了一种基于gis技术的无人机视频石油管线叠加系统，包括：

图像区域获取模块：用于计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；

匹配模块：用于将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；

透明化模块：用于在图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；

叠加模块：用于将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线实时显示。

本发明具有如下有益效果：

本发明基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法通过将视频中的图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配，再将地球模型中的3D地球模型透明化，得到了能够实时显示石油管线的视频流，那么在无人机巡检石油管线时，能够在视频中实时显示出石油管线，并且视频中显示的石油管线精度较高，解决了实时巡检视频中无法实时显示石油管线信息，进而不能准确判断管线具体位置，后续无法精确确定高风险区的问题，从而更好地完成石油管线巡检任务。

附图说明

图1为本发明基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

参照图1，本发明基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法，本发明为实现无人机视频能够精确的显示石油管线进行针对性的优化，包括如下过程：

计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；

将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；

图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；

将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线叠加。

作为本发明优选的实施方案，无人机巡检石油管线拍摄视频时，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧预设距离内区域的视频。

作为本发明优选的实施方案，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧100米范围内的视频。

作为本发明优选的实施方案，无人机巡检石油管线时拍摄的视频中包含如下原始数据：光电吊舱航向角、光电吊舱方位角、光电吊舱俯仰角、光电吊舱横滚角、光电吊舱的视场角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、图像中心经度、图像中心纬度、图像中心高度和GPS时间。通过选取数据种类的多少，能够控制最终匹配以及巡检的精度。

作为本发明优选的实施方案，计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域的过程包括：

确定视频中的图像四角的经度、纬度和高度，通过四角的经度、纬度和高度计算出图像的边长，得到视频中的图像区域。

作为本发明优选的实施方案，所述地球模型的构建过程包括：在gis系统中构建3D地球模型，将3D地球模型通过WEBGL编程实现缩比例地球模型，将包含有石油管线的地球表面信息图作为图层粘贴至3D地球模型表面，得到所述地球模型。

作为本发明优选的实施方案，还包括对无人机巡检石油管线时拍摄视频的预处理，预处理时，将视频数据转换成RGB24格式，保存成位图；

将位图灰度化，将图像的颜色通道分离为R、G和B三色通道，运用滤波算法对对应点的像素坐标进行滤波，预处理完成；

利用滤波后的视频数据计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域。

作为本发明优选的实施方案，将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配时，操控地球模型进行旋转、缩放，使图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配。

本发明还提供了一种无人机巡检石油管线的方法，包括如下过程：

对本发明如上所述基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法得到的能够实时显示石油管线的视频流进行分析，判断石油管线的运行情况，实现对石油管线的巡检。

本发明还提供了一种基于gis技术的无人机视频石油管线叠加系统，包括：

图像区域获取模块：用于计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；

匹配模块：用于将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；

透明化模块：用于在图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；

叠加模块：用于将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线实时显示。

综上，本发明利用gis技术，建立3D地球模型，在地球模型上显示管线信息，通过计算实时视频的四角经纬度及高度坐标，来匹配地球模型上的具体位置点，匹配后将地球模型作为图层叠加到实时视频上，精准显示管线位置。标有石油管线信息的3D地球模型的搭建，计算实时视频所拍摄的区域范围，并在地球模型上对应起来，将地球模型转化为透明图层，其中管线部分透明度不变，叠加到实时视频上。

实施例

本实施例基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法能够在gis系统(Geographic Information Systems)上显示出叠加了石油管线的实时无人机视频，基于gis技术的叠加，管线精度较高，为后期视频数据处理，3D环境重建提供了可靠的数据。

具体包括如下过程：

首先在gis系统中构建3D地球模型，通过WEBGL编程实现缩比例地球模型，将包含有石油管线的地球表面信息图作为图层粘贴至3D地球模型表面，得到含有石油管线的地球表面信息的地球模型。

采用垂起无人机进行石油管线巡检，起飞前将管线坐标输入至地面站软件中，在地面站任务管理模块中进行航迹规划，生成预设航线，经操作人员确认后上传至无人机飞控中，操作人员在地面站中进行起飞前检查，确认起飞后，无人机将按照预设的航迹进行自动巡航。

垂起无人机搭载双光电吊舱，沿预设航线拍摄石油管线左右100米范围内的区域，视频采集卡采集实时的视频信息，实时获取图像数据，将视频采集卡中的采集到的原始视频数据(YUY2格式)转换成RGB24格式，保存成位图，实时获取图像数据，以矩阵形式存储；

摄像机标定，获取摄像机的内部参数，包含焦距fx，fy，光心Cx，Cy，其中Cx和Cy表示相机光轴在图像坐标系中在x和y两个方向上的偏移量，因为x方向和y方向的像素尺寸对应的物理尺寸不同，fx就相当于用x方向的像素去量化物理焦距f，fy相当于用y方向的像素去量化物理焦距f。

主控制器设备对获取到的图像进行处理，首先将图像灰度化，同时将图像的颜色通道分离为R、G、B三色通道，减少处理数据量，排除干扰。运用滤波算法对对应点的像素坐标进行滤波，防止像素点的跳变，影响位置信息的计算；

无人机航拍图像都是EXIF类型图像。图片内部属性有非常丰富的系列值，其中本发明需要使用的值包括拍摄日期、图片中心经纬度、焦距、高度、航向角、横滚角和俯仰角。

综上无人机飞行控制器，可以得到12个原始数据，包括：1光电吊舱航向角，2光电吊舱方位角，3光电吊舱俯仰角，4光电吊舱横滚角，5光电吊舱的视场角，6无人机经度，7无人机纬度，8无人机高度，9图像中心经度，10图像中心纬度，11图像中心高度，12GPS时间。

上述方案中，视频是指在gis系统界面输出的视频，供操作人员观看的视频，视频数据是指数字化的视频信号。

无人机飞控将原始数据打包通过ma0vlink通信发送至地面端，由gis系统进行处理，根据无人机飞控传输出来的原始数据，开始计算操控3D地球模型的参数，首先计算出实时视频的图像区域，计算图像区域时，先确定四角的经度、纬度和高度，通过四角坐标信息，再计算出图像区域的边长。已知图像区域后，开始操控地球模型进行旋转、缩放，从而匹配图像区域，在gis系统中设置有图像处理插件，地理图像信息匹配成功后，将3D模型图层透明化，其中管线信息正常显示，将3D模型图层叠加到实时视频上，就可以在实时视频中实时显示管线信息。

综上可以看出，本发明通过在gis系统中构建包含石油管线信息的3D地球模型与实时传输的视频进行图层叠加，实现在无人机巡检石油管线视频中实时显示石油管线。本发明根据石油管线巡检的具体需求，采用gis技术与实时视频进行叠加，解决了实时巡检视频中无法显示石油管线信息，不能准确判断管线具体位置，后续无法精确确定高风险区的问题，从而更好地完成石油管线巡检任务。

Claims (6)

1.一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法，其特征在于，包括如下过程：

计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；

将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；

图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；

将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线实时显示；

无人机巡检石油管线拍摄视频时，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧预设距离内区域的视频；

无人机巡检石油管线时拍摄的视频中包含如下原始数据：光电吊舱航向角、光电吊舱方位角、光电吊舱俯仰角、光电吊舱横滚角、光电吊舱的视场角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、图像中心经度、图像中心纬度、图像中心高度和GPS时间；

计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域的过程包括：

确定视频中的图像四角的经度、纬度和高度，通过四角的经度、纬度和高度计算出图像的边长，得到视频中的图像区域；

将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配时，操控地球模型进行旋转、缩放，使图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法，其特征在于，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧100米范围内的视频。

3.根据权利要求1所述的一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法，其特征在于，所述地球模型的构建过程包括：在gis系统中构建3D地球模型，将3D地球模型通过WEBGL编程实现缩比例地球模型，将包含有石油管线的地球表面信息图作为图层粘贴至3D地球模型表面，得到所述地球模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法，其特征在于，还包括对无人机巡检石油管线时拍摄视频的预处理，预处理时，将视频数据转换成RGB24格式，保存成位图；

将位图灰度化，将图像的颜色通道分离为R、G和B三色通道，运用滤波算法对对应点的像素坐标进行滤波，预处理完成；

利用滤波后的视频数据计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域。

5.一种无人机巡检石油管线的方法，其特征在于，包括如下过程：

对权利要求1-4任意一项所述基于gis技术的无人机视频石油管线实时显示方法得到的能够实时显示石油管线的视频流进行分析，判断石油管线的运行情况，实现对石油管线的巡检。

6.一种基于gis技术的无人机视频石油管线叠加系统，其特征在于，包括：

图像区域获取模块：用于计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域；无人机巡检石油管线拍摄视频时，无人机按照预设的航迹进行自动巡航并拍摄石油管左右两侧预设距离内区域的视频；无人机巡检石油管线时拍摄的视频中包含如下原始数据：光电吊舱航向角、光电吊舱方位角、光电吊舱俯仰角、光电吊舱横滚角、光电吊舱的视场角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、图像中心经度、图像中心纬度、图像中心高度和GPS时间；计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域的过程包括：确定视频中的图像四角的经度、纬度和高度，通过四角的经度、纬度和高度计算出图像的边长，得到视频中的图像区域；计算无人机巡检石油管线时拍摄的视频中的图像区域的过程包括：确定视频中的图像四角的经度、纬度和高度，通过四角的经度、纬度和高度计算出图像的边长，得到视频中的图像区域

匹配模块：用于将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配；其中，所述地球模型为在3D地球模型表面粘贴有石油管线的地球表面信息图的模型；将所述图像区域与已预先在gis系统中构建的地球模型上的具体位置点相匹配时，操控地球模型进行旋转、缩放，使图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配；

透明化模块：用于在图像区域与地球模型上的具体位置点相匹配完成后，将地球模型中的3D地球模型透明化；

叠加模块：用于将3D地球模型透明化的地球模型图层叠加到无人机拍摄的视频上，得到能够实时显示石油管线的视频流，实现无人机视频石油管线实时显示。