無(wú)人飛機(jī)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(cè)繪等行業(yè)。無(wú)人機(jī)在石油建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用很早就開(kāi)始，機(jī)型主要為遙控飛機(jī)，作用主要是為油田礦權(quán)維護(hù)和場(chǎng)站巡護(hù)提供很好的技術(shù)支撐；隨著技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪型無(wú)人機(jī)出現(xiàn)，開(kāi)辟了無(wú)人機(jī)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(yùn)用于油氣勘探部署、物探測(cè)線（點(diǎn)）設(shè)計(jì)、安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、野外施工組織等環(huán)節(jié)，以其地表信息豐富、現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)不可爭(zhēng)議地取代了使用多年的地形圖，但要實(shí)現(xiàn)物探施工的“精細(xì)設(shè)計(jì)，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(gòu)買或網(wǎng)上下載，這些影像周期長(zhǎng)、時(shí)效差，精度低，不能真實(shí)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(wèn)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(lái)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(jī)應(yīng)運(yùn)而生，其所擁有的精度高（分辯率可達(dá)厘米級(jí)）、機(jī)動(dòng)、靈活（根據(jù)天氣、氣候等情況組織施工）、運(yùn)行成本低（相對(duì)于高分辯率有人機(jī)、衛(wèi)星產(chǎn)品、地面人工測(cè)量等）、智能化程度高、滿足信息化服務(wù)等的點(diǎn)，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(lái)越緊密，在勘探部署與踏勘設(shè)計(jì)、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(xiàng)目

1）項(xiàng)目來(lái)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(xiàng)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(yáng)市三臺(tái)縣、鹽亭縣，德陽(yáng)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(kù)、在建工地、地面地下設(shè)施等眾多障礙，對(duì)炮檢點(diǎn)分布的均勻性和觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定影響。

通過(guò)多次詳細(xì)踏勘，影響本輪施工觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)布設(shè)難，現(xiàn)有衛(wèi)片分辨率無(wú)法滿足指導(dǎo)室內(nèi)精細(xì)設(shè)計(jì)，因此需要無(wú)人機(jī)航拍高精度的衛(wèi)片進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)，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(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)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(gè)特點(diǎn)：

1）時(shí)效性

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

某區(qū)域遙感圖（左）與無(wú)人機(jī)航拍圖（右）

2）靈活性

我們國(guó)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(wú)人飛機(jī)就靈活的解決了這些限制，幾乎不存在受限區(qū)（國(guó)家禁飛區(qū)除外）。

某區(qū)域遙感圖（左）與無(wú)人機(jī)航拍圖（右）

3）其它方面

傳統(tǒng)的大飛機(jī)航飛國(guó)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(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)。而無(wú)人飛機(jī)就很好的解決了這些問(wèn)題。受航高限制小，成像質(zhì)量、精度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大飛機(jī)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(qiáng)大的飛行和數(shù)據(jù)獲取能力，具有以下特點(diǎn)：

F200系統(tǒng)可提供厘米級(jí)POS數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)控制點(diǎn)或稀少控制點(diǎn)成圖；支持全畫幅相機(jī)、傾斜相機(jī)、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(jì)、控制點(diǎn)量測(cè)到空三處理的全流程作業(yè)；基于飛馬云的主動(dòng)式服務(wù)，能將重要信息及時(shí)推送、實(shí)時(shí)同步、多終端共享；F200無(wú)人機(jī)組模塊化設(shè)計(jì)、無(wú)工具拆裝、全自動(dòng)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(wú)人機(jī)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(jì)

本次項(xiàng)目主要是障礙區(qū)域，在接到任務(wù)后，用F200無(wú)人機(jī)管家操控軟件進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(shí)間為40-50分鐘，單架次飛行距離約為40-50公里，設(shè)計(jì)架次4個(gè)，飛行面積約為50平方公里。

航線設(shè)計(jì)

2）控制點(diǎn)測(cè)量

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

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

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

2、野外航拍

1）飛機(jī)組裝

到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)、電池、相機(jī)、降落傘，檢查各舵面是否正常，飛機(jī)連接是否牢固，降落傘保護(hù)條是否撕開(kāi)，檢查POS記錄卡和相機(jī)記錄卡等等。

安裝降落傘

2）起飛

各項(xiàng)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(duì)起飛的整個(gè)過(guò)程全程錄影，F(xiàn)200為手拋飛機(jī)，操作手需要拔掉空速管銷、安全銷，并左右前后搖動(dòng)飛機(jī)，觀察舵面的工作狀態(tài)，如無(wú)異常，發(fā)動(dòng)飛機(jī)，根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速以及觀察員的提示，安全起飛。

F200無(wú)人機(jī)起飛

3）降落

無(wú)人機(jī)按照規(guī)劃的航線飛行航拍完畢返場(chǎng)后，在機(jī)場(chǎng)盤旋降落時(shí)，觀察員與操控手需要密切觀察飛機(jī)的姿態(tài)，在高度80米左右開(kāi)始錄像直至飛機(jī)安全降落，F(xiàn)200飛機(jī)根據(jù)風(fēng)向自動(dòng)開(kāi)傘，一般會(huì)降落在指定地點(diǎn)附近，如果遇到地面風(fēng)速以及風(fēng)向的影響，會(huì)偏離指定地點(diǎn)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(jī)RTK數(shù)據(jù)以及照片數(shù)據(jù)并備份，并對(duì)照片數(shù)據(jù)及飛機(jī)整體進(jìn)行檢查評(píng)估。

5）航片展示

本次項(xiàng)目使用一個(gè)機(jī)場(chǎng)，一個(gè)飛機(jī)（F200），4個(gè)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(wú)人機(jī)管家“智拼圖”進(jìn)行快拼，“智拼圖”是一款一鍵式無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件。能夠完成無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)從正射空三和傾斜空三、自適應(yīng)特點(diǎn)匹配、控制點(diǎn)量測(cè)、正射糾正、勻色鑲嵌、全像素高密度點(diǎn)云匹配、真正射、三維重建的全流程，能夠完成DSM、DOM/TDOM及實(shí)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(jí)POS數(shù)據(jù)，基于少量控制點(diǎn)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(jì)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(duì)于新工區(qū)來(lái)說(shuō)，高精度的衛(wèi)片如同踏勘人員的眼睛，對(duì)于交通、管線、大型煤礦、河流、大型場(chǎng)鎮(zhèn)等影響物探作業(yè)的障礙來(lái)說(shuō)，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(shí)的，本次航拍矢量數(shù)據(jù)，第一時(shí)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(shí)間，滿足技術(shù)、安全等各方面的要求。

障礙圖

2）設(shè)計(jì)

室內(nèi)設(shè)計(jì)關(guān)系到野外作業(yè)的質(zhì)量、安全、時(shí)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(shí)效差的遙感圖上設(shè)計(jì)，會(huì)影響到設(shè)計(jì)效果。3.1.2.1利用本次航拍矢量數(shù)據(jù)，在物理點(diǎn)偏移時(shí)，采用“緩慢偏移”室內(nèi)偏移設(shè)計(jì)方法，控制兩點(diǎn)之間的距離，減少丟道和繞道，尤其是在激發(fā)點(diǎn)偏移時(shí)，更好的控制安全距離。      

室內(nèi)物理點(diǎn)偏移圖（左為理論點(diǎn)位，右為偏移后的點(diǎn)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(diǎn)設(shè)計(jì)炮檢點(diǎn)和可控震源點(diǎn)布設(shè)。

震源點(diǎn)設(shè)計(jì)

恢復(fù)炮點(diǎn)：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(cè)系統(tǒng)模擬，滿覆蓋區(qū)最低次數(shù)為65次，無(wú)法滿足物探設(shè)計(jì)要求，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)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(jì)

3）野外生產(chǎn)

室內(nèi)偏移成果提供測(cè)量組室外實(shí)地放樣，不需要作業(yè)人員在野外進(jìn)行偏移，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

4）其他方面

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

2、航拍在大鉆選址中的作用

無(wú)人機(jī)不僅在物探行業(yè)中起到很大作用，通過(guò)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(wú)人機(jī)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(tái)井位勘定對(duì)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(wú)人機(jī)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(duì)初選和優(yōu)選的平臺(tái)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(guò)低空航拍對(duì)物探的作用，由于飛機(jī)技術(shù)的限制，大部分時(shí)間都是進(jìn)行調(diào)研和小面積（幾個(gè)平方公里）航拍，這次該項(xiàng)目航拍效果的應(yīng)用，給物探帶來(lái)了新的亮點(diǎn)，在某些大型障礙地區(qū)能發(fā)揮其他載體無(wú)法完成的使命，為物探行業(yè)中精細(xì)踏勘、優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)效性強(qiáng)的影像，夯實(shí)了該區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)。

地理信息大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，在物探前期踏勘、施工設(shè)計(jì)；在油氣田建設(shè)的前期勘察設(shè)計(jì)、土地開(kāi)挖、施工建筑、在輸送管道的勘測(cè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，對(duì)高精度數(shù)字地理信息成果的需求越來(lái)越大，無(wú)人機(jī)遙感具有飛行高度低、成本低廉、分辨率高、起降方便、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)石油建設(shè)對(duì)遙感數(shù)據(jù)的需求，低空無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)推動(dòng)了地理信息獲取向全天候、全天時(shí)、實(shí)時(shí)化邁進(jìn)的步伐，保證航拍信息的現(xiàn)勢(shì)性，隨著本次項(xiàng)目在F200無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)在整個(gè)石油領(lǐng)域乃至與測(cè)繪有關(guān)的行業(yè)中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。