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)維護和場站巡護提供很好的技術(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“精細設(shè)計，精細施工”的目標，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、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任公司西南物探分公司承擔四川某項目的采集、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)濟發(fā)達的大川中地區(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)精細設(shè)計，因此需要無人機航拍高精度的衛(wèi)片進行室內(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、精度都遠遠高于大飛機航拍。

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)方式采用震源車進行，利用航拍矢量數(shù)據(jù)，精細逐點設(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。