陳井軍 徐從齊

〔中國(guó)石化銷(xiāo)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(guó)石化銷(xiāo)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(guò)程以及制作標(biāo)準(zhǔn)等，實(shí)現(xiàn)了石油管道建設(shè)施工、庫(kù)站、閥室、地質(zhì)災(zāi)害、占?jí)杭叭丝诿芗瘏^(qū)等管道周?chē)鷪?chǎng)景數(shù)據(jù)的全景可視化，為石油管道的安全風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)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(xiàn)管理系統(tǒng)要求建設(shè)全景影像檔案庫(kù)，對(duì)智能化管線(xiàn)項(xiàng)目中管道的完整性評(píng)價(jià)、歷史數(shù)據(jù)回溯、應(yīng)急事件評(píng)價(jià)及指揮提供更豐富的圖像數(shù)據(jù)支撐手段，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集和初步應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)庫(kù)站、閥室、管線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)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(kāi)展，管道長(zhǎng)度日益增加，新情況、新問(wèn)題、新隱患不斷涌現(xiàn)，直觀地掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)庫(kù)站、閥室、管道高后果區(qū)進(jìn)行全面可視化展現(xiàn)的需求越來(lái)越迫切。

隨著管道信息化建設(shè)的進(jìn)行，地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)管道本體和附屬設(shè)施的管理手段日趨成熟，而庫(kù)站、閥室及地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的信息化管理，仍沿用傳統(tǒng)的二維展現(xiàn)模式，對(duì)于高后果區(qū)如：人口密集區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、管線(xiàn)占?jí)汉偷谌绞┕で闆r的了解還在用傳統(tǒng)的拍照手段，更無(wú)法全面、整體地表現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況?，F(xiàn)階段，基于三維建模技術(shù)，可在一定程度上解決部分問(wèn)題，但三維場(chǎng)景的建設(shè)普遍存在制作慢，非專(zhuān)業(yè)人員無(wú)法進(jìn)行，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的全面體現(xiàn)，也沒(méi)有太好的應(yīng)對(duì)方法，而且制作成本高，制作周期長(zhǎng)，不具備推廣到全管線(xiàn)全站場(chǎng)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(gè)及以上的魚(yú)眼鏡頭對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行拍攝，利用軟件簡(jiǎn)單處理后，即可發(fā)布供網(wǎng)上瀏覽的3D全景文件，視角達(dá)720°的全景展示，與傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相比更具有現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)感，對(duì)第三方施工、管線(xiàn)占?jí)杭叭丝诿芗瘏^(qū)等場(chǎng)景的表現(xiàn)具有更好更全面的效果，且制作時(shí)間只有三維建模的1/10左右，費(fèi)用更少；操作簡(jiǎn)單，不需非常專(zhuān)業(yè)人員參與。一鍵采集功能還可實(shí)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(lèi)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(chē)載移動(dòng)全景拍攝。

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

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

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

2.2 拍攝方法

銷(xiāo)售華中分公司智能化項(xiàng)目組總結(jié)出與各種管道周?chē)h(huán)境相對(duì)應(yīng)的拍攝技巧及方法。

(1)拍攝外管線(xiàn)時(shí)，拍攝點(diǎn)選擇在離管線(xiàn)標(biāo)識(shí)樁側(cè)3～5m的地方，相機(jī)的“此面向前”鏡頭對(duì)準(zhǔn)管線(xiàn)走向，并順著管線(xiàn)每隔20～30m選擇下一個(gè)拍攝點(diǎn)。根據(jù)外管線(xiàn)所處的實(shí)際地理環(huán)境，再作局部的重點(diǎn)拍攝。重點(diǎn)拍攝的對(duì)象主要為管線(xiàn)穿越河流、鐵路、公路的穿進(jìn)和穿出點(diǎn)，管線(xiàn)穿越陡坡、滑坡，地質(zhì)沉降點(diǎn)等地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，管線(xiàn)穿越居民密集區(qū)域處，管線(xiàn)穿越城市道路與其它管線(xiàn)交叉點(diǎn)等因地理環(huán)境復(fù)雜易引發(fā)管道泄漏而導(dǎo)致安全事故的區(qū)域。

(2)對(duì)穿越河流、鐵路、公路的管線(xiàn)，拍攝時(shí)相機(jī)的“此面向前”鏡頭對(duì)準(zhǔn)穿越點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)拍攝。對(duì)穿進(jìn)點(diǎn)20m處拍攝一張，穿出點(diǎn)20m再拍攝一張圖片。其它拍攝點(diǎn)應(yīng)選擇管線(xiàn)標(biāo)識(shí)樁側(cè)3～5m的地方，并用相機(jī)的“此面向前”順著管線(xiàn)方向拍攝。這樣選點(diǎn)可以保證后期制作全景漫游圖時(shí)，管線(xiàn)走向標(biāo)識(shí)正確、清晰，全景圖漫游自然。拍攝點(diǎn)選擇5～6個(gè)為宜，管線(xiàn)周?chē)乩憝h(huán)境特別復(fù)雜，覆蓋范圍比較廣的地方應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)增加拍攝點(diǎn)，選擇能最大范圍清晰反映管線(xiàn)和周?chē)h(huán)境的位置。重點(diǎn)場(chǎng)景(如管線(xiàn)穿越處)拍攝點(diǎn)在20m以?xún)?nèi)，其它場(chǎng)景30m以?xún)?nèi)。

(3)對(duì)穿越地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的管線(xiàn)，拍攝點(diǎn)選擇在管線(xiàn)標(biāo)識(shí)樁側(cè)3～5m的地方，并用相機(jī)的“此面向前”順著管線(xiàn)走向拍攝，對(duì)管線(xiàn)穿越陡坡，滑坡的區(qū)域，須在坡上，坡下，對(duì)準(zhǔn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)做重點(diǎn)拍攝。整個(gè)管線(xiàn)拍攝點(diǎn)選擇5個(gè)左右，重點(diǎn)場(chǎng)景拍攝點(diǎn)間隔20m以?xún)?nèi)，其它拍攝點(diǎn)30m以?xún)?nèi)。

(4)對(duì)穿越居民密集區(qū)的管線(xiàn)，拍攝點(diǎn)選擇在管線(xiàn)標(biāo)識(shí)樁側(cè)3～5m的地方，并用相機(jī)的“此面向前”順著管線(xiàn)走向拍攝，對(duì)管線(xiàn)離居民區(qū)最近的地方應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)拍攝，以反映管線(xiàn)走向和居民區(qū)的位置關(guān)系。整個(gè)管線(xiàn)拍攝點(diǎn)選擇6個(gè)左右，重點(diǎn)場(chǎng)景拍攝點(diǎn)間隔20m以?xún)?nèi)，其它拍攝點(diǎn)間隔30m以?xún)?nèi)。

(5)對(duì)外管線(xiàn)周邊有第三方施工的，拍攝點(diǎn)選擇在管線(xiàn)標(biāo)識(shí)樁側(cè)3～5m的地方，并用相機(jī)的“此面向前”順著管線(xiàn)方向拍攝，以4張為宜。最后選擇在場(chǎng)景中央，最好是場(chǎng)景的最高點(diǎn)，主鏡頭對(duì)準(zhǔn)第三方施工現(xiàn)場(chǎng)拍攝一張全景圖，以能更好地反映整個(gè)場(chǎng)景的全貌。拍攝點(diǎn)總共選擇5個(gè)左右，每個(gè)拍攝點(diǎn)間隔30m以?xún)?nèi)。

(6)拍攝油庫(kù)、站場(chǎng)時(shí)，根據(jù)站場(chǎng)道路的行走方向制定出拍攝順序，拍攝時(shí)相機(jī)的“此面向前”鏡頭對(duì)準(zhǔn)拍攝的主題場(chǎng)景或前進(jìn)方向進(jìn)行拍攝。對(duì)閥組區(qū)、油罐、發(fā)油臺(tái)、泵棚、消防泵棚等重點(diǎn)設(shè)備、設(shè)施，用相機(jī)的“此面向前”鏡頭近距離對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行拍攝；如站場(chǎng)有閥組區(qū)，在閥組區(qū)中央選擇一個(gè)制高點(diǎn)進(jìn)行拍攝，以便更清楚地顯現(xiàn)閥組區(qū)的全貌及局部細(xì)節(jié)。有條件時(shí)選擇油庫(kù)、站場(chǎng)的一個(gè)制高點(diǎn)進(jìn)行拍攝，以便于反映整個(gè)站場(chǎng)的全貌，以及周?chē)h(huán)境的位置關(guān)系。具體拍攝點(diǎn)數(shù)量根據(jù)庫(kù)站大小而定，最好不超過(guò)25個(gè)拍攝點(diǎn)，拍攝點(diǎn)之間的間隔最好為30m以?xún)?nèi)。

(7)拍攝閥室時(shí)，整體閥室場(chǎng)景拍攝點(diǎn)控制在7個(gè)及以上。選點(diǎn)方式為閥室兩側(cè)順管線(xiàn)方向各選3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行拍攝，每個(gè)點(diǎn)間隔30m左右，表現(xiàn)管道與閥室的相對(duì)位置關(guān)系。在拍攝閥室內(nèi)部時(shí)，將相機(jī)的拍攝高度降為1.5m左右，將相機(jī)的“此面向前”鏡頭對(duì)準(zhǔn)需拍攝的閥門(mén)，盡量保證鏡頭距離閥門(mén)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(fù)雜交叉管線(xiàn)走向標(biāo)識(shí)、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)重點(diǎn)區(qū)域、庫(kù)站全貌及各重點(diǎn)區(qū)域等，因此對(duì)圖像合成技術(shù)提出了較高要求。

(1)利用Photoshop對(duì)合成后的圖片進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到較好的顯示效果。

(2)利用Photoshop去掉圖片中出現(xiàn)的無(wú)關(guān)的人或物，根據(jù)拍攝點(diǎn)位，參考系統(tǒng)實(shí)際管線(xiàn)走向，在圖片中用多個(gè)紅色箭頭清晰標(biāo)明管線(xiàn)的走向，并在箭頭上面標(biāo)注方向信息。

(3)將修改過(guò)的圖片導(dǎo)入pano2vr，選擇新的輸出格式為變形，選擇增加，類(lèi)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(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，包括顯示參數(shù)和交互熱點(diǎn)。視圖限制一項(xiàng)可有效規(guī)避攝像頭正下方的拍攝盲區(qū)，視場(chǎng)縮放程度設(shè)置為最小30最大90即可。

(5)交互熱點(diǎn)可以將多張圖片緊密的聯(lián)系在一起，交互熱點(diǎn)的目標(biāo)地點(diǎn)一般設(shè)置為最終拍攝的地點(diǎn)，清晰制作思路，方便用戶(hù)瀏覽。軟件右邊的圖片左下角如若顯示黃色嘆號(hào)標(biāo)記，則說(shuō)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(fù)等。

(6)將輸出格式改回flash，生成場(chǎng)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(dāng)前分辨率進(jìn)行設(shè)置即可。最終生成的場(chǎng)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(guò)小不清楚，設(shè)置過(guò)大會(huì)提升最終場(chǎng)景文件的大小，影響到客戶(hù)的瀏覽速度。高級(jí)設(shè)置一項(xiàng)，將靈敏度設(shè)置到3，以防因?yàn)殡娔X配置的原因出現(xiàn)較大的卡頓現(xiàn)象；選項(xiàng)“在瀏覽器中取消激活”應(yīng)關(guān)閉，否則利用鼠標(biāo)滾輪放大/縮小視角的功能將失效。HTML選項(xiàng)卡中模板選擇為fullscreen.ggt并在模板參數(shù)中勾選Borderless Fullscreen選項(xiàng)以實(shí)現(xiàn)全屏模式。

(7)進(jìn)行皮膚的設(shè)置。通過(guò)打開(kāi)文件的方式直接調(diào)用用作制作標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)數(shù)量直接復(fù)制節(jié)點(diǎn)或刪除多余的節(jié)點(diǎn)，并就節(jié)點(diǎn)做相關(guān)編輯即可，包括漫游節(jié)點(diǎn)/標(biāo)簽的設(shè)定、節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的設(shè)定、相關(guān)文本的重編輯。將節(jié)點(diǎn)在鷹眼圖中按照實(shí)際拍攝地點(diǎn)進(jìn)行重新擺放。

(8)生成全景進(jìn)行檢查，若出現(xiàn)鷹眼圖中視角方向與實(shí)際方向不一致的情況，可在pano2vr主界面的顯示參數(shù)中進(jìn)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(dòng)記錄的坐標(biāo)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(fù)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(guò)程中記錄的坐標(biāo)信息或者樁號(hào)，在系統(tǒng)中找尋對(duì)應(yīng)地點(diǎn)的衛(wèi)星圖像，并加以利用。管道走向需與系統(tǒng)實(shí)際管道走向一致。

(10)對(duì)全景圖中的文字、數(shù)字及交互熱點(diǎn)等的標(biāo)識(shí)，其大小、形狀、顏色及位置等進(jìn)行統(tǒng)一。

(11)對(duì)全景圖配置位置、名稱(chēng)、情況介紹和管線(xiàn)基本信息、管線(xiàn)周邊情況等相關(guān)信息，要求全面準(zhǔn)確，能為應(yīng)急事件提供真實(shí)、全面的詳細(xì)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(rèn)項(xiàng)內(nèi)容對(duì)全景圖進(jìn)行校驗(yàn)，保證圖像所反映的效果最佳。

圖像清晰，無(wú)拼接錯(cuò)位

否□ 是□

視野旋轉(zhuǎn)、縮放流暢

否□ 是□

點(diǎn)擊交互熱點(diǎn)，場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)正常

否□ 是□

點(diǎn)擊縮略圖，場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)正常

否□ 是□

點(diǎn)擊地圖拍攝點(diǎn)圖標(biāo)，場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)正常

否□ 是□

功能按鈕正常，可正常進(jìn)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(xiàn)標(biāo)注的位置和方向正確

否□ 是□

場(chǎng)景信息正確(如無(wú)信息則不填寫(xiě))

否□ 是□

場(chǎng)景地理位置與實(shí)際相符

否□ 是□2.4 720°全景制作標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)石油站場(chǎng)、閥室、外管道地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)特點(diǎn)，總結(jié)歸納出720°全景影像制作標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.1 站場(chǎng)

視場(chǎng)限制最小30°，最大90°；初始視場(chǎng)70°；底部限制最大-50°；場(chǎng)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(duì)角線(xiàn)；縮略圖尺寸60px*60px；站場(chǎng)信息文本放大1.5倍；管道標(biāo)識(shí)無(wú)；鷹眼圖尺寸350px*400px；區(qū)間標(biāo)示文本10號(hào)紅色宋體。

2.4.2 閥室

視場(chǎng)限制：最小30°，最大90°；初始視場(chǎng)70°；底部限制最大-50°；場(chǎng)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(duì)角線(xiàn)；縮略圖尺寸60px*60px；站場(chǎng)信息文本放大1.5倍；管道標(biāo)識(shí)紅色箭頭、十號(hào)宋體；鷹眼圖尺寸395px*380px。

2.4.3 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)

視場(chǎng)限制：最小30°，最大90°；初始視場(chǎng)70°；底部限制最大-50°；場(chǎng)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(duì)角線(xiàn)；縮略圖尺寸60px*60px；站場(chǎng)信息文本放大1.5倍；管道標(biāo)識(shí)紅色箭頭、十號(hào)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(zhuān)業(yè)人員對(duì)這些照片進(jìn)行拼接、發(fā)布等處理，設(shè)置與數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)的內(nèi)部熱點(diǎn)，并根據(jù)GPS信息把每張全景影像定位到地圖上，最終實(shí)現(xiàn)全景影像展示。

4 結(jié)語(yǔ)

720°全景影像具有全方位展示及真實(shí)感、立體感、沉浸感強(qiáng)的特點(diǎn),通過(guò)在智能化系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中的實(shí)地拍攝、現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)對(duì)全景圖配置位置、繪制管道走向、名稱(chēng)、情況介紹、重點(diǎn)區(qū)域協(xié)同標(biāo)繪、管線(xiàn)基本信息、管線(xiàn)周邊情況等相關(guān)信息，為應(yīng)急事件提供真實(shí)、全面詳細(xì)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(jué)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(shí)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(xiàn)系統(tǒng)720度全景影像制作[J]．江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，(4)：71-73．

2017-05-02。

陳井軍(1968-)，本科，經(jīng)濟(jì)師，現(xiàn)從事成品油管道的生產(chǎn)運(yùn)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(dòng)化管理工作。