刘凤杰，于 滢

（国家管网集团东部原油储运有限公司，河北 沧州 061000）

自中国能源行业“十三五”规划颁布开始，我国能源改革更具针对性，发展方向更加明确，以先进的改革思路加大改革力度。2016-2018 年，油气管道行业率先展开行动，以油气改革政策为前提，落实管网体制改革，具体从以下几项内容展开工作：管输运销分离、管输定价体系改革、油气管网信息公开和市场化改革。近几年，随着社会对油气能源的需求与日俱增，我国逐渐增加油气管网范围，将管道建设施工质量作为工作重点，不断提高管理水平。于2017 年末，经过对陆上油气管道的建设，其总里程累计已超出12 万km，贯穿我国31 个省市自治区，标志着油气管网在我国已实现[1]，扩大了长输油气管道规模，共计13.14 万km，其长度在全球位居第三，其中天然气管道最长，约占长输油气管道55.25%，其次是原油管道，约占长输油气管道23.52%，最后为成品油管道，约占长输油气管道21.23%。将《中长期油气管网规划》作为行动标准，到2020 年，其范围达到16.9 万km；到2025 年，其范围预计达到24 万km，当实现最终预期范围时，即证明成品油、天然气干线管网已完成预期覆盖面，贯穿我国各个区域，我国管道发展进入高峰阶段。油气管道将成为新的经济增长点，推动我国经济发展。

随着油气管道的迅速发展和扩张，因油气管道易腐蚀以及在承受外力破坏情况下易泄露、爆炸的特性，大概率会威胁到邻近居民的生命财产安全，并对社会生活、自然环境造成严重损害。尤其是相关事故发生频率较高，对社会以及生态环境已经产生了不同程度的危害，在居民生活区附近发生的事故也导致了严重的人员伤亡，同时造成了无法修复的环境污染，严重影响社会的发展和公众的生存生活。

欧美发达国家最先针对高后果区进行了研究，相关研究成果较为成熟，如美国最早颁布相关规定及多部法案，在管道管理方面也出台了相关政策，制定了方案、细则和标准[2]。我国在GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》中针对“高后果区”进行了具体界说，概括为管道发生泄漏后，将会危害公众及环境的区域。因此，关于油气管道可能发生事故需要对高后果区段进行迅速、精准识别，整合资源，经优化后再利用，其中关键的是相关管理人员的工作，需要有针对性地制定管理方案，重视防护与监管，在运营过程中保障管道的安全性、稳定性、持续性，以防重大事故和环境污染发生，降低危险系数，减少沿线人员伤亡以及财产损失。高后果区分级标准见表1。

表1 高后果区分级标准

1 沧州输油处高后果区现状

沧州输油处包含石家庄站、安平站、河间站、沧州站4 个输油站场和沧河线（83.2 km）、津沧线（35.1 km）、临沧线（181.3 km）、河石线（146.5 km）4 条输油管道。沧州输油处依据GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》因地制宜建立符合当地的标准，将企业管道管理作为制定标准的基础，根据当地社会发展程度将附近环境、人口纳入考虑范围，制定符合需求的识别与分级准则，并对其范围内的高后果区进行识别。沧州Ⅲ级高后果区识别见表2。

表2 沧州Ⅲ级高后果区识别（截取部分）

2 三维高后果区技术

油气管道属于线性工程，其高后果区识别实际上是对地理空间的分析，主要运作范畴为识别管道附近一定距离与空间区域内的自然及社会因素点，其中包括人员聚集地、关键设施、环境敏感点等[2]。

随着信息化时代兴起和科学技术的迭代，沧州三维高后果区采集内容主要包含输油管道两侧20 m 范围内的市政管线采集、0.03 m 倾斜摄影模型建模、阀室360°VR 虚拟现实的建设，以及周边因素（包括：小区、医院、消防、河流流速、流向）等数据的采集。

2.1 管道测量

工作内容主要包括：

（1）收集资料。主要有控制测量资料、地下管线调绘资料（以实际情况为准）、1∶500 数字化地形图。

（2）探测、调查地下管线。为保证数据真实、事实有据进行实地调查，对地下管线主要探明其平面位置、埋深、走向、规格等。

（3）测量地下管线。为保障数字地形图质量，选用全野外数字化采集法，利用全站仪观测、内存记录，主要勘测地下管线点数据及修测地形图。

2.2 倾斜摄影

GIS（Geographic Information System）作为计算机操作工具，具有多种功能，其中包括数据采集、管理、分析、输入和输出[3]，GIS 是集各领域科学为一体，其中包括计算机科学、地理学、环境科学、空间科学、测绘遥感学、城市科学、信息科学和管理科学，通过数字地图记录现实中的地理数字信息[4]，并进行处理、分析、展示。

近些年，国际测绘在该领域中不断发展进步，倾斜摄影技术就是其中一类新兴技术，属于高新技术，突破了最初正射影像的困境，可以多角度进行拍摄，除垂直角度拍摄外，还可以通过不同的角度采集摄像，只需要在一个平台连接多台传感器，便可以增加4 个倾斜角度，该项技术按照人眼视觉研发，其效果能够将用户带到类似直观世界，感受真实氛围，如图1 所示。

图1 倾斜摄影航飞图

从倾斜摄影测量技术发展现状来看，达到了同一时间对5 个不同的角度采集影像的标准，通过该项高新技术构建城市三维模型，有望将建模成本最小化[5]。

主要体现以下4 个特点：

（1）反映地物周边真实情况：相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了正射影像应用的不足。

（2）倾斜影像可单张影像量测：只需要一项条件就能够直接开展测量工作，即配套软件。其条件以成果影像为基础，对高度、长度、面积和角度等进行作业，扩展了倾斜摄影技术的应用。

（3）建筑物侧面纹理可采集：现如今三维数字城市应用广泛，种类较多，利用航空摄影的独有特性，可以大规模成图，再采用倾斜影像批量提取及贴纹理模式，在城市三维建模中可以提高工作效率，进而降低建模成本。

（4）数据量小易于网络发布：倾斜摄影技术与三维GIS 技术数据相比，其具备独特优势，最重要的一点是获取摄影数据量较小，因此，将完整技术融入影像数据格式，用以加快网络发布速度，实现共享应用。倾斜摄影整体作业流程如图2-图4 所示。

图2 倾斜摄影测量影像处理流程图

图3 无人机数据处理流程

图4 倾斜摄影数据整体流程

2.3 VR 技术

20 世纪科学技术发展迅猛，虚拟现实技术便是此时兴起的新型实用技术。其利用计算机模拟虚拟环境，使人们产生身临其境的感受，达到环境沉浸的效果。科学技术的进步促进社会生产力发展，许多行业都涉及了VR 技术，对其需求越来越多，VR 技术逐渐成为一个新的科学技术领域。

2.4 周边因素采集

高后果区周边要素采集主要包括人口信息、建筑物、周边医院、医院床位、河流流向、河流沿线的水坝、铁路每天经过的车辆以及经过时间信息等。

3 高后果区三维可视化成果

依据最新可视化分析技术，此次项目成果主要包括倾斜摄影模型的建设、三维虚拟阀室、周边要素调查结果表、三维可视化分析系统4 个内容。

3.1 倾斜摄影模型

倾斜摄影模型主要按照河流中心线两侧200 m 进行数据采集，人口密集区按照管道中心线左右各250 m范围进行数据采集，如图5 所示；河流区域按照上游1 km 下游7 km 采集，如图6 所示。

图5 人口密集区采集图

图6 穿越河流采集图

3.2 三维虚拟阀室

对沧州阀室周边地物地貌按照以阀室为中心点500 m 缓冲区范围、室内全视角进行虚拟三维阀室的建设，如7 图所示，并对室内阀门、管道进行独立信息标注和说明，如8 图所示。

图7 洪桥阀室近景图

图8 洪桥阀室VR 实景图

3.3 周边要素调查

对输油管道缓冲500 m 范围内的人群、居民楼、学校、商业区等信息实现三维可视化。

3.4 三维可视化系统

三维可视化系统按照国内软件优先级别采用国产地理信息支撑平台Supermap10.1。基于阀室、高后果区三维数据管理与展示平台实现地理信息、输油管道2 个层面的应用结合，以及市政、输油管道、阀室和高后果区等三维测绘展示系统管理平台的多层面展示，即建立三维输油管道、阀室和高后果区展示平台，基于市政管网、输油管道实现三维管道管理平台，具体功能如图9 所示。

图9 沧州高后果区三维可视化系统功能结构图

系统功能如图10、图11 所示。

图10 三维管理平台管理系统

图11 开挖分析结果展示图

4 结论

根据目前我国社会经济的发展形势推测，在未来发展中，管道输油成品油将成为经济点，占据石化行业的主要位置。现在国内油气管网已基本形成，对后期管道安全运行与维护成为工作重点，避免发生安全事故。就目前而言，对于管道高后果区可视化管理工作和风险预测方面还存在一些缺陷，主要原因在于管理、巡线人员现场勘测，导致工作任务重、效率低。本文结合现行倾斜摄影、GIS 技术、虚拟可视化等技术提出了一种关于管道高后果区三维可视化管理的新方法。实践证明，基于倾斜摄影三维可视化的高后果区管理可以迅速、精准地进行高后果区的事故推演、事故定位和周边环境分析，并且效率高，能够节省大量的人力、资金等资源。

我国是一个地形地貌非常复杂的国家，几乎拥有所有地形类型，并且管道沿线的自然环境多变，高后果区管理面临着范围广、难度大的问题，未来的管理工作应将地理信息数据及信息化管理技术融入进来，实现高后果区智能化分析、推演和可视化管理。