Способ мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода Российский патент 2019 года по МПК G01C11/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано при осуществлении мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода, в частности при мониторинге участков трассы магистрального трубопровода (далее - МТ), с применением аэрофотосъемки для выявления и отслеживания попыток несанкционированного доступа, нарушений правил эксплуатации и опасных геологических процессов на участках трассы магистрального трубопровода. Уровень техники

Из уровня техники известен способ построения карты экзогенных геологических процессов местности вдоль трассы магистрального нефтепровода с применением цифровой аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования. При этом одновременно осуществляют сбор и запись навигационных данных для формирования и записи координат точек траектории полета. Затем выполняют обработку данных воздушного лазерного сканирования и навигационных данных. Получают облако точек лазерных отражений и на основании их автоматизированной классификации с интерактивной коррекцией результатов строят цифровую модель рельефа (далее - ЦМР) местности. По данным ЦМР формируют в блоке построения производных поверхностей углов наклонов карту уклонов местности. Одновременно с построением ЦМР проводят обработку данных цифровой аэрофотосъемки. С использованием результатов построения цифровой модели рельефа, карты уклонов и ортофотоплана местности осуществляют выявление и формирование карты экзогенных геологических процессов (далее -ЭГП), протекающих на местности вдоль трассы МТ [RU2591875, опубл. 20.07.2016 г.}.

Из уровня техники известен способ формирования цифровой модели рельефа местности и/или ортофотоплана, заключающийся в том, что осуществляют цифровым фотоаппаратом аэрофотосъемку местности и формируют цифровые снимки, определяют пилотажно-навигационные данные авиационного носителя, на котором установлен цифровой аппарат, в виде его координат в момент проведения аэрофотосъемки и формируют ортофотоплан. Одновременно с аэрофотосъемкой осуществляют сканирование местности лазерным лучом, формируют первую ЦМР по полученным данным лазерного сканирования. Из полученного множества точек лазерного сканирования выделяют точки, относящиеся к благоприятным областям по заданной достоверности. По полученной первой ЦМР и данным точек, относящихся к благоприятным областям, формируют топологическую модель рельефа, осуществляют выделение точек топологической модели в системе координат каждого цифрового снимка с получением на нем данных о благоприятных областях. Затем разбивают все указанные цифровые снимки по парам, подлежащим взаимному ориентированию с образованием стереопар, и формируют стереомодели путем определения соответственных точек в благоприятных областях каждого из цифровых снимков указанных стереопар. Осуществляют коррекцию внешнего ориентирования стереомодели по данным сформированной топологической модели. В результате с учетом полученных данных формируют ортофотоплан [RU 2216711 С1, опубл. 20.11.2003].

Недостатком вышеописанных технических решений является их ориентированность на выявление только опасных экзогенных процессов с использованием лазерного сканирования, что требует применения сложного дорогостоящего оборудования и длительной обработки данных, препятствующих частой периодичности контроля состояния трассы магистрального трубопровода. Это препятствует оперативному выявлению нарушений на трассе трубопровода. Также в известных способах не предусматривается привязка фотоизображений к трассе нефтепровода, что затрудняет их анализ.

Из уровня техники известна бортовая система локального аэромониторинга объектов природно-техногенной сферы, согласно которой осуществляют способ мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода, включающий осуществление аэрофотосъемки с одновременной записью спутниковых координат точек фотографирования, выполнение в геоинформационной системе привязки фотоснимков к трассе и объектам трубопровода, построение ортофотопланов или цифровых моделей местности с использованием метода триангуляции данных фотоснимков. Способ осуществляется с помощью бортовой системы локального аэромониторинга объектов природно-техногенной сферы [RU 2315951 С1, опубл. 27.01.2008].

Недостатком данного решения является отсутствие применения фотосъемки, что значительно затрудняет расшифровку снимков и идентификацию нарушений.

Сущность изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода с частой периодичностью и применением оперативного и комплексного метода выявления попыток несанкционированного доступа, нарушений правил эксплуатации и опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества получаемой фотограмметрической информации за счет повышения точности измерения спутниковых координат точек путем выполнения записи спутниковых координат точек фотографирования с использованием глобальной навигационной спутниковой системы геодезического класса при одновременном снижении основных погрешностей измерений путем последующей обработки полученных результатов по методу точного позиционирования и присвоения полученных по результатам обработки спутниковых координат каждому фотоснимку.

Технический результат достигается за счет того, что способ мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода заключается в том, что осуществляют аэрофотосъемку с одновременной записью спутниковых координат точек фотографирования; выполняют в геоинформационной системе привязку фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода; строят ортофотопланы или цифровых модели местности с использованием метода триангуляции данных фотоснимков, при этом аэрофотосъемку осуществляют по сигналу, передаваемому на фотокамеры приемником навигационной системы, обеспечивающему заданную периодичность фотосъемки с перекрытием снимков не менее 60%; запись спутниковых координат точек фотографирования выполняют за счет использования глобальной навигационной спутниковой системы геодезического класса с последующей обработкой полученных результатов измерений по методу точного позиционирования и присвоением полученных по результатам обработки спутниковых координат каждому фотоснимку; привязку фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода выполняют импортированием их в геоинформационную систему с предварительно внесенной в нее схемой трассы магистрального трубопровода; далее из массива геопривязанных фотоснимков в автоматизированном режиме выбирают фотоснимки объектов магистрального трубопровода с фактами нарушений и попытками несанкционированного доступа на трассе магистрального трубопровода, локализуют выявленные факты и отмечают их в геоинформационной системе; по построенным ортофотопланам или цифровым моделям местности выявляют и отмечают в геоинформационной системе опасные геологические процессы, происходящие на трассе магистрального трубопровода; выполняют наложение изображений ортофотопланов или цифровых моделей местности с опасными геологическими процессами, происходящими на трассе магистрального трубопровода, выполненными в разные временные периоды и имеющими одинаковые координаты; производят измерение геометрических параметров опасных геологических процессов, происходящие на трассе магистрального трубопровода, для осуществления дальнейшего контроля величины и скорости их изменения; по полученным измерениям осуществляют прогнозирование динамики развития опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода, и принимают решение об их устранении.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения аэрофотосъемку осуществляют с помощью, по меньшей мере, двух цифровых фотокамер с полноразмерными матрицами формата 35 мм, с общим разрешением не менее 36 Мп, пространственным разрешением в центральной части кадра в диапазоне 2,5-3 см/пиксел с высоты полета воздушного судна в диапазоне 200-300 м над поверхностью земли со скоростью в диапазоне 100-180 км/час с одновременным визуальным контролем трассы.

Заявляемое техническое решение обеспечивает достижение заявляемого технического результата за счет повышения точности построения ортофотопланов за счет осуществления аэрофотосъемки по сигналу, передаваемому на фотокамеры приемником навигационной системы, обеспечивающему заданную периодичность фотосъемки с перекрытием снимков не менее 60%; снижение временных затрат на анализ фотограмметрической информации за счет сокращения временных затрат на поиск необходимых для контроля фотоснимков путем выполнения привязки фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода импортированием их в геоинформационную систему с предварительно внесенной в нее схемой трассы магистрального трубопровода; а также за счет сокращения временных затрат на поиск и контроль фактов нарушения и попыток несанкционированного доступа путем выборки из массива геопривязанных фотоснимков объектов магистрального трубопровода с четкой локализацией отобранных в автоматизированном режиме фотоснимков с выявленными фактами и фиксации их в геоинформационной системе;

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Способ мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода осуществляют следующим образом:

Оборудование, необходимое, для осуществления способа мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода, размещают на борту вертолета с использованием конструкций для снижения вибраций. Вертолет поднимается в воздух с целью воздушного облета трассы магистрального трубопровода. Мониторинг состояния трассы магистрального трубопровода осуществляют с высотой полета воздушного судна в диапазоне 200 - 300 м над поверхностью земли со скоростью в диапазоне 100-180 км/час. Одновременно выполняется визуальный контроль трассы магистрального трубопровода наблюдателем и аэрофотосъемка. Визуальный контроль необходим для выявления возможных нарушений, требующих принятия немедленных мер в оперативном режиме. Диапазон высот выбран с учетом:

- обеспечения необходимой распознаваемости нарушений наблюдателем с борта вертолета;

- возможности охвата при выполнении фотосъемки охранной зоны магистрального трубопровода и прилегающей территории;

- обеспечения фотосъемки с детализацией необходимой для последующего распознавания возможных нарушений на фотографиях.

Диапазон скорости патрулирования выбран с учетом:

- технической возможности фотокамер по выполнению съемки и записи фотографий;

- необходимой производительности патрулирования.

При выполнении съемки используют следующее оборудование:

- две цифровые фотокамеры с полноразмерными матрицами формата 35 мм, с общим разрешением не менее 36 Мп, пространственным разрешением в центральной части кадра в диапазоне 2,5-3 см/пиксел.

Данные характеристики фотокамер обеспечивают оптимальную детализацию и распознаваемость нарушений правил эксплуатации, следов земляных работ и опасных геологических процессов. Применение фотокамер с лучшими характеристиками незначительно увеличивает распознаваемость, но ведет к значительному удорожанию оборудования, увеличению объема фотоснимков и требует дополнительных ресурсов для их хранения; применение именно двух камер необходимо для получения данных необходимых для последующего построения цифровых моделей местности методом триангуляции. Применение большего количества камер незначительно повлияет на распознаваемость возможных нарушений, но приведет к увеличению объема фотоснимков и потребует дополнительных ресурсов для их обработки и хранения. Также поочередная работа камер обеспечивает необходимый резерв времени для записи выполненных снимков на носитель информации.

- приемник глобальной навигационной спутниковой системы геодезического класса (приемники навигационного и картографического класса не обеспечат необходимую для последующей обработки данных точность измерений).

Аэрофотосъемку выполняют по сигналу, передаваемому на фотокамеры приемником навигационной системы, обеспечивающему заданную периодичность фотосъемки с перекрытием снимков не менее 60%. Данное перекрытие необходимо для последующей обработки снимков и необходимой точности построения ортофотопланов.

Обрабатывают полученные спутниковые измерения по общеизвестному математическому методу точного позиционирования (Precise Point Positioning) (см, например, https://ru.wikipedia.org/wiki/Precise Point Positioning). Данная обработка необходима для снижения основных погрешностей возникающих при абсолютных фазовых спутниковых измерениях. Точность спутниковых измерений без исключения указанных погрешностей не позволит выполнить дальнейшую привязку фотографий и построение ортофотопланов. При этом в отличие от дифференциального метода, метод точного позиционирования основывается на данных получаемых от сервисных центров обработки данных глобальных спутниковых навигационных систем и не требует наличия наземных базовых станций. Определяют координаты центров фотографирования. Каждой фотографии присваивают полученные по результатам обработки на предыдущем этапе спутниковые координаты.

Выполняют передачу фотоснимков трассы магистрального трубопровода в геоинформационную систему для оперативного анализа. Фотографии трассы магистрального трубопровода на основе имеющихся спутниковых координат импортируют в геоинформационную систему с предварительно внесенной в нее схемой трассы магистрального трубопровода.

Проводят оперативный анализ фотоснимков для выявления нарушений на трассе трубопровода требующих принятия срочных мер. В геоинформационной системе выбирают объекты магистрального трубопровода, требующие первоочередного контроля (наземные объекты, подводные переходы магистрального трубопровода, либо другие объекты по выбору оператора, например, выявленные наблюдателем в полете визуально). С помощью геоинформационной системы в автоматическом режиме из общего массива снимков трассы магистрального трубопровода выбирают фотографии, координаты центров фотографирования которых находятся вблизи выбранных оператором объектов магистрального трубопровода и проводят их анализ. Анализ геопривязанных фотоснимков позволяет сократить время на поиск и контроль объектов магистрального трубопровода, а также позволяет четко локализовать выявленные нарушения, что при анализе снимков без геопривязки составляет значительную сложность.

Выявленные на фотоснимках нарушения отмечают в геоинформационной системе для контроля их устранения, а также совместного анализа с другими данными о состоянии магистрального трубопровода предварительно внесенными в геоинформационную систему (данные о результатах обследований другими методами, выявленных нарушениях, дефектах, электрохимической защите и др.). Совместный анализ нарушений позволяет выявить участки магистрального трубопровода, требующие принятия первоочередных мер (например, выявление при воздушном патрулировании оползня вблизи участка магистрального трубопровода с коррозионными дефектами, выявленными при внутритрубной дефектоскопии).

Выполняют детальный анализ фотоснимков. Для обеспечения качественного анализа фотоснимков, с использованием фотограмметрических программных продуктов, строят ортофотопланы и цифровые модели рельефа. В связи со значительной длительностью процесса (зависит от протяженности контролируемой трассы трубопровода и мощности используемого оборудования), данную операцию проводят после оперативного анализа снимков отдельных объектов. Построение ортофотопланов и цифровых моделей местности выполняют с помощью метода триангуляции. Применение данного метода основано на использовании снимков от двух фотокамер и позволяет получать ортофотопланы и цифровые модели рельефа без использования облака точек, требующего проведения лазерного сканирования.

В геоинформационной системе анализируют ортофотоплан или цифровую модель местности по всей трассе магистрального трубопровода, выявляют и отмечают в геоинформационной системе опасные факторы, проводят сравнение и наложение изображений опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода и выполненных в разные периоды, контролируют динамику их развития. Анализ единого изображения обеспечивает более высокое качество выявления нарушений по сравнению с анализом отдельных фотографий. Для опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода, выполняют сравнение и наложение их фотоснимков выполненных в разные временные периоды, измеряют геометрические параметры, контролируют величину и скорость изменения указанных параметров, прогнозируют динамику развития данных процессов, принимают решение о необходимости дополнительного исследования данных процессов.

Выявленные нарушения и опасные геологические процессы отмечаются в геоинформационной системе для последующего анализа совместно с данными других видов мониторинга и принятия решения об их устранении.

Изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано при осуществлении мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода, в частности при мониторинге участков трассы магистрального трубопровода, с применением аэрофотосъемки для выявления и отслеживания попыток несанкционированного доступа, нарушений правил эксплуатации и опасных геологических процессов на участках трассы магистрального трубопровода. Заявленный способ мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода заключается в том, что осуществляют аэрофотосъемку с одновременной записью спутниковых координат точек фотографирования; выполняют в геоинформационной системе привязку фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода; строят ортофотопланы или цифровых модели местности с использованием метода триангуляции данных фотоснимков. Причем аэрофотосъемку осуществляют по сигналу, передаваемому на фотокамеры приемником навигационной системы, обеспечивающему заданную периодичность фотосъемки с перекрытием снимков не менее 60%. Запись спутниковых координат точек фотографирования выполняют за счет использования глобальной навигационной спутниковой системы геодезического класса с последующей обработкой полученных результатов измерений по методу точного позиционирования и присвоением полученных по результатам обработки спутниковых координат каждому фотоснимку. Привязку фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода выполняют импортированием их в геоинформационную систему с предварительно внесенной в нее схемой трассы магистрального трубопровода. Далее из массива геопривязанных фотоснимков в автоматизированном режиме выбирают фотоснимки объектов магистрального трубопровода с фактами нарушений и попытками несанкционированного доступа на трассе магистрального трубопровода, локализуют выявленные факты и отмечают их в геоинформационной системе; по построенным ортофотопланам или цифровым моделям местности выявляют и отмечают в геоинформационной системе опасные геологические процессы, происходящие на трассе магистрального трубопровода; выполняют наложение изображений ортофотопланов или цифровых моделей местности с опасными геологическими процессами, происходящими на трассе магистрального трубопровода и выполненными в разные временные периоды и имеющих одинаковые координаты; производят измерение геометрических параметров опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода, для осуществления дальнейшего контроля величины и скорости их изменения. По полученным измерениям осуществляют прогнозирование динамики развития опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода и принимают решение об их устранении. Технический результат - повышение качества получаемой фотограмметрической информации за счет повышения точности измерения спутниковых координат точек путем выполнения записи спутниковых координат точек фотографирования с использованием глобальной навигационной спутниковой системы геодезического класса при одновременном снижении основных погрешностей измерений путем последующей обработки полученных результатов по методу точного позиционирования и присвоения полученных по результатам обработки спутниковых координат каждому фотоснимку. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ мониторинга состояния трассы магистрального трубопровода, заключающийся в том, что:

- осуществляют аэрофотосъемку с одновременной записью спутниковых координат точек фотографирования;

- выполняют в геоинформационной системе привязку фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода;

- строят ортофотопланы или цифровые модели местности с использованием метода триангуляции данных фотоснимков,

отличающийся тем, что:

- аэрофотосъемку осуществляют по сигналу, передаваемому на фотокамеры приемником навигационной системы, обеспечивающему заданную периодичность фотосъемки с перекрытием снимков не менее 60%;

- запись спутниковых координат точек фотографирования выполняют за счет использования глобальной навигационной спутниковой системы геодезического класса с последующей обработкой полученных результатов измерений по методу точного позиционирования и присвоением полученных по результатам обработки спутниковых координат каждому фотоснимку;

- привязку фотоснимков к трассе и объектам магистрального трубопровода выполняют импортированием их в геоинформационную систему с предварительно внесенной в нее схемой трассы магистрального трубопровода;

- далее из массива геопривязанных фотоснимков в автоматизированном режиме выбирают фотоснимки объектов магистрального трубопровода с фактами нарушений и попытками несанкционированного доступа на трассе магистрального трубопровода, локализуют выявленные факты и отмечают их в геоинформационной системе;

- по построенным ортофотопланам или цифровым моделям местности выявляют и отмечают в геоинформационной системе опасные геологические процессы, происходящие на трассе магистрального трубопровода;

- выполняют наложение изображений ортофотопланов или цифровых моделей местности с опасными геологическими процессами, происходящими на трассе магистрального трубопровода и выполненными в разные временные периоды и имеющих одинаковые координаты;

- производят измерение геометрических параметров опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода, для осуществления дальнейшего контроля величины и скорости их изменения;

- по полученным измерениям осуществляют прогнозирование динамики развития опасных геологических процессов, происходящих на трассе магистрального трубопровода, и принимают решение об их устранении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аэрофотосъемку осуществляют с помощью, по меньшей мере, двух цифровых фотокамер с полноразмерными матрицами формата 35 мм, с общим разрешением не менее 36 Мп, пространственным разрешением в центральной части кадра в диапазоне 2,5-3 см/пиксел с высоты полета воздушного судна в диапазоне 200-300 м над поверхностью земли со скоростью в диапазоне 100-180 км/час с одновременным визуальным контролем трассы.