無人飛機屬于低空遙感技術(shù)，目前廣泛用于空中偵察、監(jiān)視、救災(zāi)、測繪等行業(yè)。無人機在石油建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用很早就開始，機型主要為遙控飛機，作用主要是為油田礦權(quán)維護(hù)和場站巡護(hù)提供很好的技術(shù)支撐；隨著技術(shù)的發(fā)展，測繪型無人機出現(xiàn)，開辟了無人機在石油領(lǐng)域中新的技術(shù)手段。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品（DOM、DEM）已廣泛運用于油氣勘探部署、物探測線（點）設(shè)計、安全風(fēng)險識別、野外施工組織等環(huán)節(jié)，以其地表信息豐富、現(xiàn)實性強等特點不可爭議地取代了使用多年的地形圖，但要實現(xiàn)物探施工的“精細(xì)設(shè)計，精細(xì)施工”的目標(biāo)，必須要高精度、高分辨率的地表信息數(shù)據(jù)體，早期物探使用的影像大都為購買或網(wǎng)上下載，這些影像周期長、時效差，精度低，不能真實完全反映地面地物情況，隨著石油物探工作的不斷進(jìn)行，勘探區(qū)域逐步涉及四川盆地周邊地區(qū)，地形起伏劇烈、植被發(fā)達(dá)、交通以及大型障礙信息缺乏等問題突出，缺乏高精度遙感影像，制約勘探成果的進(jìn)度和精度，造成很大的盲目性，給物探生產(chǎn)帶來極大的不便。

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展, 遙感低空航拍飛機應(yīng)運而生，其所擁有的精度高（分辯率可達(dá)厘米級）、機動、靈活（根據(jù)天氣、氣候等情況組織施工）、運行成本低（相對于高分辯率有人機、衛(wèi)星產(chǎn)品、地面人工測量等）、智能化程度高、滿足信息化服務(wù)等的點，可快速反映地表地理信息，是物探施工不可缺少的參照資料，物探與遙感技術(shù)的結(jié)合也越來越緊密，在勘探部署與踏勘設(shè)計、野外生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控、組織協(xié)調(diào)野外生產(chǎn)、HSE管理等方面發(fā)揮著重要作用。

1、物探項目

1）項目來源

2018年5月，西南油氣田分公司委托東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探分公司承擔(dān)四川某項目的采集、處理及解釋任務(wù)，工區(qū)位于四川省遂寧市射洪縣、大英縣，綿陽市三臺縣、鹽亭縣，德陽市中江縣和南充市西充縣、南部縣境內(nèi)。

2）主要障礙

工區(qū)位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大川中地區(qū)，區(qū)域內(nèi)具有城鎮(zhèn)、河流、水庫、在建工地、地面地下設(shè)施等眾多障礙，對炮檢點分布的均勻性和觀測系統(tǒng)設(shè)計有一定影響。

通過多次詳細(xì)踏勘，影響本輪施工觀測系統(tǒng)設(shè)計的主要障礙有：縣城、工業(yè)園、梓江河組成的復(fù)合障礙區(qū)。因復(fù)合障礙區(qū)內(nèi)障礙眾多，面積大，炮檢點布設(shè)難，現(xiàn)有衛(wèi)片分辨率無法滿足指導(dǎo)室內(nèi)精細(xì)設(shè)計，因此需要無人機航拍高精度的衛(wèi)片進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計，以保證野外地震資料采集的質(zhì)量。

現(xiàn)有遙感影像圖

2、無人機優(yōu)勢

無人機能夠快速獲取高精度衛(wèi)片，滿足物探所需要圖片精度，與其它遙感技術(shù)手段不同，它主要有以下幾個特點：

1）時效性

傳統(tǒng)遙感高分辨率影像一般會面臨兩個問題，第一是用存檔數(shù)據(jù)不是最新的，時效性差。第二是用編程去拍可以得到最新的影像，但需要時間很長，同樣時效性很差。

某區(qū)域遙感圖（左）與無人機航拍圖（右）

2）靈活性

我們國家特別是四川存在很多高分辨率衛(wèi)星影像和普通航拍影響受限制的地方。如有些地方常年有云層等等。而無人飛機就靈活的解決了這些限制，幾乎不存在受限區(qū)（國家禁飛區(qū)除外）。

某區(qū)域遙感圖（左）與無人機航拍圖（右）

3）其它方面

傳統(tǒng)的大飛機航飛國家有規(guī)定和限制，如航高大于5000m，這樣就不可避免的存在云層的影響，妨礙了成圖質(zhì)量。另外還有一定的危險和風(fēng)險。而無人飛機就很好的解決了這些問題。受航高限制小，成像質(zhì)量、精度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大飛機航拍。

本次數(shù)據(jù)采集采用飛馬F200系統(tǒng)，飛馬F200擁有更多更強大的飛行和數(shù)據(jù)獲取能力，具有以下特點：

F200系統(tǒng)可提供厘米級POS數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無控制點或稀少控制點成圖；支持全畫幅相機、傾斜相機、近紅外、熱紅外、視頻等數(shù)據(jù)獲取手段，具備多元化的數(shù)據(jù)獲取能力；大比例尺一體化成圖方案，能夠支持從航線設(shè)計、控制點量測到空三處理的全流程作業(yè)；基于飛馬云的主動式服務(wù)，能將重要信息及時推送、實時同步、多終端共享；F200無人機組模塊化設(shè)計、無工具拆裝、全自動起降的任務(wù)模式，讓單人作業(yè)成為可能，大大提升效率。但為了穩(wěn)妥、安全以及提高生產(chǎn)效率，無人機航拍小組配備至少2-3人，作業(yè)人員要相互溝通、各司其職。

航拍流程圖

1、準(zhǔn)備工作

1）航線設(shè)計

本次項目主要是障礙區(qū)域，在接到任務(wù)后，用F200無人機管家操控軟件進(jìn)行航線設(shè)計，設(shè)計飛行比例為1:1000，航向重疊率80%，旁向重疊率60%，單架次飛行時間為40-50分鐘，單架次飛行距離約為40-50公里，設(shè)計架次4個，飛行面積約為50平方公里。

航線設(shè)計

2）控制點測量

控制點布設(shè)在周圍20m范圍無高大建筑和樹林、高程變化較小、相鄰像片上影像清晰便于聯(lián)測的位置，作業(yè)區(qū)域5km²至少有一個控制點，采用自制標(biāo)靶和特征點相結(jié)合。

控制點布設(shè)在航向及旁向重疊范圍內(nèi)，使布設(shè)的控制點盡量公用。

主要采用RTK技術(shù)測定平面位置和高程，所選點位便于安置接收設(shè)備和操作，視野開闊，分布均勻。

2、野外航拍

1）飛機組裝

到達(dá)現(xiàn)場后，確定了天氣狀況、云層分布、風(fēng)速、風(fēng)向等情況適合航拍后，架設(shè)基準(zhǔn)站，安裝飛機、電池、相機、降落傘，檢查各舵面是否正常，飛機連接是否牢固，降落傘保護(hù)條是否撕開，檢查POS記錄卡和相機記錄卡等等。

安裝降落傘

2）起飛

各項檢查工作完成后，就可以起飛了，起飛選擇逆風(fēng)起飛，需要專人對起飛的整個過程全程錄影，F(xiàn)200為手拋飛機，操作手需要拔掉空速管銷、安全銷，并左右前后搖動飛機，觀察舵面的工作狀態(tài)，如無異常，發(fā)動飛機，根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速以及觀察員的提示，安全起飛。

F200無人機起飛

3）降落

無人機按照規(guī)劃的航線飛行航拍完畢返場后，在機場盤旋降落時，觀察員與操控手需要密切觀察飛機的姿態(tài)，在高度80米左右開始錄像直至飛機安全降落，F(xiàn)200飛機根據(jù)風(fēng)向自動開傘，一般會降落在指定地點附近，如果遇到地面風(fēng)速以及風(fēng)向的影響，會偏離指定地點大約10-30米。

完美降落

4）數(shù)據(jù)導(dǎo)出

安全降落后，下載POS數(shù)據(jù)、飛機RTK數(shù)據(jù)以及照片數(shù)據(jù)并備份，并對照片數(shù)據(jù)及飛機整體進(jìn)行檢查評估。

5）航片展示

本次項目使用一個機場，一個飛機（F200），4個架次，一天就完成野外飛行，獲取了1604張精度很高的航片，如下圖：

3、數(shù)據(jù)處理

影像處理使用飛馬無人機管家“智拼圖”進(jìn)行快拼，“智拼圖”是一款一鍵式無人機數(shù)據(jù)處理軟件。能夠完成無人機數(shù)據(jù)從正射空三和傾斜空三、自適應(yīng)特點匹配、控制點量測、正射糾正、勻色鑲嵌、全像素高密度點云匹配、真正射、三維重建的全流程，能夠完成DSM、DOM/TDOM及實景三維模型成果的輸出。

軟件界面

4、成果

1）精度

F200具有雙頻差分GPS定位系統(tǒng)，能提供厘米級POS數(shù)據(jù)，基于少量控制點和差分聯(lián)合解算，輸出的數(shù)字正射影像DEM和數(shù)字高程模型DOM，平面精度為0.10-0.20m，裸露地面高程精度為0.10-0.30m，植被覆蓋區(qū)域高程精度在0.50m以內(nèi)，完全滿足本次物探設(shè)計的要求。

3）成果展示

數(shù)字正射影像                         數(shù)字高程模型 

1、在物探中的作用

1）踏勘

對于新工區(qū)來說，高精度的衛(wèi)片如同踏勘人員的眼睛，對于交通、管線、大型煤礦、河流、大型場鎮(zhèn)等影響物探作業(yè)的障礙來說，單靠踏勘人員在幾百平方公里區(qū)域了解清楚是不現(xiàn)實的，本次航拍矢量數(shù)據(jù)，第一時間讓踏勘人員了解到該區(qū)域的詳細(xì)地理信息，從而節(jié)省踏勘時間，滿足技術(shù)、安全等各方面的要求。

障礙圖

2）設(shè)計

室內(nèi)設(shè)計關(guān)系到野外作業(yè)的質(zhì)量、安全、時效，是物探作業(yè)關(guān)鍵的一環(huán)，單靠室內(nèi)人員在地形圖或時效差的遙感圖上設(shè)計，會影響到設(shè)計效果。3.1.2.1利用本次航拍矢量數(shù)據(jù)，在物理點偏移時，采用“緩慢偏移”室內(nèi)偏移設(shè)計方法，控制兩點之間的距離，減少丟道和繞道，尤其是在激發(fā)點偏移時，更好的控制安全距離。      

室內(nèi)物理點偏移圖（左為理論點位，右為偏移后的點位）

本次部分激發(fā)方式采用震源車進(jìn)行，利用航拍矢量數(shù)據(jù)，精細(xì)逐點設(shè)計炮檢點和可控震源點布設(shè)。

震源點設(shè)計

恢復(fù)炮點：根據(jù)原有的遙感影像，某縣城復(fù)合障礙區(qū)內(nèi)將丟一千多炮，丟道三十幾道。進(jìn)行觀測系統(tǒng)模擬，滿覆蓋區(qū)最低次數(shù)為65次，無法滿足物探設(shè)計要求，通過現(xiàn)場落實與室內(nèi)高清航拍圖的高清衛(wèi)片分析相結(jié)合的方式，按照“網(wǎng)格化就近偏移”原則在障礙區(qū)外就近恢復(fù)井炮一千多炮，進(jìn)行覆蓋次數(shù)模擬：滿覆蓋最低次數(shù)為106次，各目的層覆蓋次數(shù)得到有效的提高。

優(yōu)化設(shè)計

3）野外生產(chǎn)

室內(nèi)偏移成果提供測量組室外實地放樣，不需要作業(yè)人員在野外進(jìn)行偏移，減少勞動強度，提高工作效率。

4）其他方面

無人機最大的優(yōu)勢就是可以在惡劣的自然條件下，利用簡單條件就可以低空飛行，獲取影像數(shù)據(jù)，能夠在很短時間飛到很多地方，滿足各類應(yīng)急測繪和精準(zhǔn)測繪需求，從汶川地震到舟曲泥石流，利用無人飛機獲取災(zāi)區(qū)影像正在成為救災(zāi)測繪應(yīng)急保障的重要手段，也成為物探發(fā)現(xiàn)危險源的手段之一。

2、航拍在大鉆選址中的作用

無人機不僅在物探行業(yè)中起到很大作用，通過不斷的摸索，在石油大鉆行業(yè)中，也起到一定的效果，在選擇鉆井位置，除了需要地震解釋資料外，還需要高精度的遙感影像進(jìn)行輔助。

1）初選

利用無人機低空航拍處理完成的高精度數(shù)字高程模型，生成等高線，按照平臺井位勘定對地形高差的要求，大致確定地形平緩的區(qū)域。

2）優(yōu)選

利用無人機低空航拍處理完成的高分辨率數(shù)字正射影像，仔細(xì)分析地貌特征，優(yōu)先選定交通、水源便利的區(qū)域。

3）定選

將數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型疊合建立真地表三維模型，對初選和優(yōu)選的平臺井位進(jìn)行三維立體分析，最終確定鉆井位置。

很早以前我們就已經(jīng)研究過低空航拍對物探的作用，由于飛機技術(shù)的限制，大部分時間都是進(jìn)行調(diào)研和小面積（幾個平方公里）航拍，這次該項目航拍效果的應(yīng)用，給物探帶來了新的亮點，在某些大型障礙地區(qū)能發(fā)揮其他載體無法完成的使命，為物探行業(yè)中精細(xì)踏勘、優(yōu)化設(shè)計以及后續(xù)的野外生產(chǎn)、協(xié)調(diào)提供了分辨率高、定位準(zhǔn)確、時效性強的影像，夯實了該區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)。

地理信息大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨，在物探前期踏勘、施工設(shè)計；在油氣田建設(shè)的前期勘察設(shè)計、土地開挖、施工建筑、在輸送管道的勘測設(shè)計等領(lǐng)域，對高精度數(shù)字地理信息成果的需求越來越大，無人機遙感具有飛行高度低、成本低廉、分辨率高、起降方便、時效性強等特點，能夠彌補石油建設(shè)對遙感數(shù)據(jù)的需求，低空無人機航測遙感技術(shù)推動了地理信息獲取向全天候、全天時、實時化邁進(jìn)的步伐，保證航拍信息的現(xiàn)勢性，隨著本次項目在F200無人機技術(shù)上的摸索，下一步我們將增加該技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅局限于小面積飛行和物探領(lǐng)域，將逐步擴(kuò)大飛行面積以及石油行業(yè)其他領(lǐng)域的飛行應(yīng)用，隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機在整個石油領(lǐng)域乃至與測繪有關(guān)的行業(yè)中將會發(fā)揮越來越重要的作用。