無人機(jī)技術(shù)在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用

丁壽文 聶新良

摘 要：結(jié)合泰州市海陵區(qū)231省道快速化改造工程，分別從安全監(jiān)管方面，提升施工效率方面和監(jiān)測施工現(xiàn)場環(huán)境方面，對(duì)無人機(jī)在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)施工中應(yīng)用進(jìn)行了論述，為無人機(jī)在施工現(xiàn)場管理中應(yīng)用提供了思路和強(qiáng)有力的支持。針對(duì)無人機(jī)在施工現(xiàn)場中的應(yīng)用，提出了5點(diǎn)不足，為無人機(jī)未來的發(fā)展指明了方向，并對(duì)其前景進(jìn)行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù);交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè);安全監(jiān)管;環(huán)境監(jiān)測

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.25.100

1 引言

無人機(jī)是一種無人駕駛航空器，其主要特點(diǎn)有：可操控、具有動(dòng)力裝置，完成各種任務(wù)、能夠載荷多種設(shè)備，并且可以多次重復(fù)使用等。國內(nèi)無人機(jī)的研究起步于上個(gè)世紀(jì)七十年代，主要用于軍用領(lǐng)域，一些發(fā)達(dá)國家對(duì)無人機(jī)研究已經(jīng)積累了一定經(jīng)驗(yàn)，而中國的無人機(jī)以及飛行器制造還處于剛剛起步的階段。在短短的50年里，中國先后研發(fā)了多種用途的無人機(jī)，在無人機(jī)的總體框架設(shè)計(jì)、飛行器的控制、導(dǎo)航定位、中繼數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、信息加密技術(shù)、圖像信息回傳技術(shù)、各種傳感器技術(shù)和生產(chǎn)制造技術(shù)等許多領(lǐng)域都積累了大量經(jīng)驗(yàn)，在世界各國中處于領(lǐng)先水平。無人機(jī)作為近年來國內(nèi)外熱門技術(shù)，已推廣至民用領(lǐng)域，其在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的作用也越發(fā)地顯著。公路交通設(shè)施是比較重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，人們?nèi)粘３鲂械慕^大部分都是通過公路交通。公路的建設(shè)工程跟一般的建筑工程一樣，都存在施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，管理難度比較大等問題，所以公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的施工現(xiàn)場比較混亂，施工安全等存在許多不確定因素。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的無人機(jī)技術(shù)比較成熟，更多的無人機(jī)技術(shù)被應(yīng)用到民用領(lǐng)域。由于其拍攝精度不斷提高，結(jié)合無人機(jī)對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行管理和監(jiān)控有很好的發(fā)展前景，通過圖像處理技術(shù)，更有可能實(shí)現(xiàn)交通道路施工管理的全面自動(dòng)化，減少人力和財(cái)力的投入，盡可能規(guī)避安全事故的發(fā)生。

本文的研究依托于231省道快速化改造工程，結(jié)合無人機(jī)應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施施工現(xiàn)場管理工作的案列，對(duì)無人機(jī)在施工現(xiàn)場的應(yīng)用以及前景進(jìn)行了綜合論述。231省道（由海姜大道至啟揚(yáng)高速段）快速化改造工程位于泰州市海陵區(qū)，線路開始于海姜大道，由南向北依次與海姜大道、規(guī)劃海陽路、運(yùn)河路、森園路、規(guī)劃站前路、紅旗大道、泰漁路等道路相交，終點(diǎn)止于啟揚(yáng)高速，路線全長7.465km。本項(xiàng)目的主線按照城市快速路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)車速是80km/h，輔路按照城市主干道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速是50km/h。

通過研究已有的無人機(jī)在施工現(xiàn)場輔助管理的實(shí)例，在231快速化改造工程中運(yùn)用先進(jìn)的無人機(jī)技術(shù)，結(jié)合無人機(jī)施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)，對(duì)231快速化改造工程施工現(xiàn)場采用無人機(jī)飛行巡視，無人機(jī)搭載攝像裝置和傳感器自動(dòng)識(shí)別現(xiàn)場情況，回傳到應(yīng)用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的自動(dòng)化管理。本文著重?cái)⑹隽嗽诮煌ɑA(chǔ)設(shè)施施工中，無人機(jī)在安全監(jiān)管方面，提升施工效率方面和環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用，為無人機(jī)在建筑施工現(xiàn)場管理的應(yīng)用提供了思路和強(qiáng)有力的支持。進(jìn)而提出無人機(jī)在施工應(yīng)用中的不足，為無人機(jī)未來的發(fā)展指明了道路。

2 無人機(jī)在安全監(jiān)管方面的應(yīng)用

施工現(xiàn)場是一個(gè)比較復(fù)雜的環(huán)境，安全問題是施工現(xiàn)場的核心問題，安全也成為評(píng)價(jià)一個(gè)工程的重要指標(biāo)，人們越來越重視安全問題。交通基礎(chǔ)設(shè)施施工現(xiàn)場一般處在交通要道上，工期較一般建筑工程更為緊張，工作種類繁多，人員變動(dòng)大，安全問題是人們更為關(guān)心的重點(diǎn)問題。

近年來，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的智能設(shè)備被廣泛運(yùn)用到施工現(xiàn)場的管理中。許多施工現(xiàn)場采用遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行管理，但是這種方式的及時(shí)性較差，需要技術(shù)人員人工鑒別各種情況，進(jìn)而通知現(xiàn)場人員，對(duì)于突發(fā)情況的預(yù)防缺乏有效性。遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備很難做到無死角監(jiān)控，一般只設(shè)置在重點(diǎn)區(qū)域，而無人機(jī)技術(shù)不存在區(qū)域限制，能夠針對(duì)人員安全，材料堆放，安全設(shè)施全方位監(jiān)控，實(shí)時(shí)報(bào)告施工現(xiàn)場情況。

2.1 監(jiān)測人員安全

人員的安全狀態(tài)主要是指進(jìn)入施工區(qū)域的人員是否佩戴安全防護(hù)措施和人員是否處于安全區(qū)域。

2.1.1 判斷人員是否佩戴防護(hù)措施

無人機(jī)在操作人員的指揮下，對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行飛行巡視，通過實(shí)施傳輸將無人機(jī)拍攝的影像回傳到操作人員的移動(dòng)終端，應(yīng)用服務(wù)器對(duì)影像進(jìn)行識(shí)別，判斷施工人員是否全部佩戴安全裝備，如果發(fā)現(xiàn)有安全人員未佩戴安全裝備，服務(wù)器發(fā)出報(bào)警信息，操作人員通知現(xiàn)場管理人員作出相應(yīng)的處理，并記錄數(shù)據(jù)以備查看。無人機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)，對(duì)多次違規(guī)的施工人員進(jìn)行警告及處理。

2.1.2 判斷人員是否在安全區(qū)域

交通基礎(chǔ)設(shè)施施工現(xiàn)場情況非常復(fù)雜，存在著一些危險(xiǎn)區(qū)域，不適合施工人員進(jìn)入。在無人機(jī)施工管理系統(tǒng)中將施工區(qū)域按照危險(xiǎn)程度分為三個(gè)級(jí)別：危險(xiǎn)區(qū)域、次危險(xiǎn)區(qū)域、安全區(qū)域。無人機(jī)在操作人員的指揮下，對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行飛行巡視，重點(diǎn)在危險(xiǎn)區(qū)域和次危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行巡視，通過實(shí)施傳輸將無人機(jī)拍攝的影像回傳到操作人員的移動(dòng)終端。無人機(jī)施工管理系統(tǒng)判斷人員是否在不安全區(qū)域，如果有施工人員進(jìn)入不安全區(qū)域，服務(wù)器發(fā)出報(bào)警信息，并且報(bào)告人員所在區(qū)域，操作人員通知現(xiàn)場管理人員查看，并將相關(guān)人員立即轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域，作出處理，在終端服務(wù)器中記錄以備查看。

2.2 監(jiān)測材料堆放安全

無人機(jī)在操作人員的指揮下，對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行飛行巡視，通過實(shí)時(shí)傳輸將拍攝的影像回傳到操作人員的移動(dòng)終端，無人機(jī)施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行影像判讀，識(shí)別施工現(xiàn)場的材料是否堆放在相應(yīng)的位置。如果材料堆放出現(xiàn)偏移，系統(tǒng)服務(wù)器通過移動(dòng)終端發(fā)出報(bào)警信息，將相應(yīng)的情況報(bào)送至現(xiàn)場施工人員，按規(guī)范將材料堆放在合理的位置;如果材料位置堆放合理，那么將拍攝的影像信息錄入到系統(tǒng)服務(wù)器中，無人機(jī)施工管理系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)終端攝取的信息進(jìn)行分類儲(chǔ)存管理。

2.3 監(jiān)測安全設(shè)施運(yùn)作情況

無人機(jī)在操作人員的指揮下，對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行飛行巡視，通過實(shí)時(shí)傳輸將無人機(jī)拍攝的影像回傳到操作人員的移動(dòng)終端，應(yīng)用服務(wù)器對(duì)影像進(jìn)行識(shí)別，經(jīng)應(yīng)用服務(wù)器圖像處理，如果施工現(xiàn)場防護(hù)裝置擺放合理，沒有移位或者缺損，則將影像信息存儲(chǔ)于無人機(jī)施工現(xiàn)場管理服務(wù)器中;如果施工現(xiàn)場防護(hù)裝置發(fā)生了移位或者缺損，無人機(jī)施工現(xiàn)場管理服務(wù)器將發(fā)出警報(bào)，將相應(yīng)信息發(fā)送給現(xiàn)場管理人員，對(duì)防護(hù)裝置進(jìn)行查看，進(jìn)行更換或者復(fù)位，并儲(chǔ)存到管理服務(wù)器中，無人機(jī)施工管理服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行分類匯總。

3 無人機(jī)在提高施工效率方面的應(yīng)用

對(duì)于建筑工地而言，實(shí)時(shí)知曉工地上的一切是否正確的確是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。時(shí)間和金錢會(huì)在后期的修正中白白浪費(fèi)。有時(shí)候因?yàn)橐恍┤松形赐瓿勺约旱墓ぷ骶蜁?huì)導(dǎo)致負(fù)責(zé)他之后工序的工人們來了白白浪費(fèi)時(shí)間。在施工中，使用無人機(jī)在建筑工地上巡飛，能夠搜集各種照片信息資料以及視頻資料。檢查工程進(jìn)展規(guī)劃和最初的建筑設(shè)計(jì)和是否相符，明晰展現(xiàn)工程哪些地方需求進(jìn)一步完善，同時(shí)使用軟件，能夠主動(dòng)顯現(xiàn)可能落后于進(jìn)展的部分，一目了然。在現(xiàn)場工作面長、管理人員有限的情況下，利用無人機(jī)，每周進(jìn)行一次常規(guī)拍攝，與周工作例會(huì)同步，為例會(huì)提供現(xiàn)場進(jìn)度形象播報(bào)，輔助解決各類管理疑難與爭議。

在施工過程中，發(fā)現(xiàn)有施工質(zhì)量不理想的區(qū)域，對(duì)于特別復(fù)雜的建筑的特殊部分或高層建筑物，人工檢測危險(xiǎn)性大、效率低、難度大。在這種情況下無人機(jī)可以發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢，無人機(jī)圍繞已建建筑物表面飛行，對(duì)于建筑物的監(jiān)控是全方位的，無人機(jī)將攝像頭攝取到的影像信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端，當(dāng)建筑物表面有外觀質(zhì)量問題時(shí)管理人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，可以有效地避免對(duì)建筑物二次施工。與傳統(tǒng)的建筑檢測手段相比無人機(jī)檢測可以節(jié)省大量勞動(dòng)力，使得檢測手段更安全、更高效。

4 無人機(jī)在施工現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用

近年來，環(huán)境問題成為國際上越來越熱門的話題，我國的環(huán)境問題也越發(fā)嚴(yán)重，霧霾困擾著許多城市。我國國土面積廣闊，內(nèi)陸城市居多，近年來工業(yè)，交通業(yè)和建筑業(yè)發(fā)展迅猛，而霧霾就是由于這些領(lǐng)域產(chǎn)生的廢氣顆粒進(jìn)入空氣中造成的，所以由于施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵如何監(jiān)測與治理成為人們關(guān)心的話題。在施工現(xiàn)場，傳統(tǒng)的揚(yáng)塵監(jiān)測系統(tǒng)很難對(duì)整個(gè)工地進(jìn)行監(jiān)測，無人機(jī)的出現(xiàn)恰好解決了這一問題，無人機(jī)搭載環(huán)境監(jiān)測相關(guān)傳感器，然后在施工區(qū)域巡飛，監(jiān)測空氣中PM2.5的濃度，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，判斷揚(yáng)塵是否達(dá)標(biāo)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行管理，達(dá)到施工現(xiàn)場揚(yáng)塵控制的效果。無人機(jī)施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行多角度，全時(shí)段的監(jiān)控管理，有助于施工人員按規(guī)范操作，營造一個(gè)綠色安全的施工環(huán)境。

5 無人機(jī)在施工應(yīng)用中的不足

盡管無人機(jī)在施工現(xiàn)場的應(yīng)用有很多優(yōu)勢，但是仍然存在一些缺陷制約著無人機(jī)在施工管控上的進(jìn)一步應(yīng)用。

5.1 無人機(jī)抗干擾能力較弱

交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)施工現(xiàn)場情況復(fù)雜多變，施工材料和設(shè)備多且擺放雜亂，建筑物高低錯(cuò)落，在空間上分布沒有規(guī)律，施工現(xiàn)場處于時(shí)刻變化的狀態(tài)，不同狀態(tài)下施工現(xiàn)場情況差異較大，無人機(jī)飛行困難。由于這些原因，一方面無人機(jī)獲取和識(shí)別圖像的難度增加;另一方面無人機(jī)在巡視過程中可能會(huì)碰到空中的障礙物，導(dǎo)致無人機(jī)墜落，監(jiān)測功能喪失，影響施工進(jìn)程，造成經(jīng)濟(jì)方面損失。

5.2 無人機(jī)的穩(wěn)定性差

無人機(jī)的穩(wěn)定性關(guān)系到現(xiàn)場攝取的影像效果和最終的結(jié)果分析，無人機(jī)的穩(wěn)定性由以下幾個(gè)因素確定：無人機(jī)監(jiān)拍過程中的飛行穩(wěn)定和影像回傳過程中的穩(wěn)定，影響無人機(jī)穩(wěn)定性的主要因素有：無人機(jī)操作人員的操控水平，飛行當(dāng)天天氣狀況，施工現(xiàn)場環(huán)境，無人機(jī)自身飛行性能，只有在穩(wěn)定狀態(tài)下獲取的無人機(jī)影像才能夠應(yīng)用到現(xiàn)場情況的識(shí)別中。

5.3 無人機(jī)的續(xù)航能力差

民用無人機(jī)的動(dòng)力源大多采用電力，但是當(dāng)前無人機(jī)電池儲(chǔ)存的電力無法滿足施工現(xiàn)場全天候作業(yè)，需要無人機(jī)操作人員頻繁更換電池維持作業(yè)，在更換電池期間，無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)癱瘓，造成一定的安全隱患，且需要操作人員一直操控飛行機(jī)飛行，對(duì)工作人員來說，是很大的負(fù)擔(dān)。

5.4 無人機(jī)操作人員培訓(xùn)困難

無人機(jī)的操控需要專業(yè)的培訓(xùn)，無人機(jī)操作人員必須持證上崗，按照國家規(guī)定的法律法規(guī)文明飛行。目前無人機(jī)駕駛員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)比較少，國家關(guān)于無人機(jī)飛行的法律法規(guī)還不太健全，需要進(jìn)一步完善。個(gè)人學(xué)習(xí)無人機(jī)操控途徑少，成本高，并且無人機(jī)培訓(xùn)多在空曠沒有障礙物的高空，而在實(shí)際施工現(xiàn)場，情況復(fù)雜多變，不適合無人機(jī)飛行，這樣的飛行培訓(xùn)很難滿足施工現(xiàn)場的無人機(jī)飛行操控。

5.5 施工企業(yè)對(duì)無人機(jī)認(rèn)可度不高

當(dāng)前的建筑企業(yè)普遍比較傳統(tǒng)，對(duì)無人機(jī)在建筑施工輔助管理上的應(yīng)用缺乏認(rèn)知，導(dǎo)致無人機(jī)在實(shí)際的施工中應(yīng)用率比較少，所以行業(yè)內(nèi)對(duì)無人機(jī)技術(shù)在施工管理方面的應(yīng)用持觀望態(tài)度，進(jìn)而限制了無人機(jī)技術(shù)在輔助現(xiàn)場管理方面的進(jìn)一步推廣。

6 結(jié)語

當(dāng)前社會(huì)是一個(gè)高度信息化、智能化的時(shí)代，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和電子技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，無人機(jī)技術(shù)一定會(huì)攀上一個(gè)更高的層次，迎來爆發(fā)式的增長。無人機(jī)技術(shù)也將在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用，與各種行業(yè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高效更實(shí)用的無人機(jī)平臺(tái)。21世紀(jì)是一個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，在民用領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域，針對(duì)數(shù)據(jù)的快速挖掘，全方位信息的攝取和整理分類上，都有著強(qiáng)烈的需求。無人機(jī)技術(shù)在全方位，寬領(lǐng)域信息獲取上有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，無人機(jī)在不遠(yuǎn)的將來一定會(huì)展露其獨(dú)有的優(yōu)勢。交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在新的時(shí)代下，面臨許多新的挑戰(zhàn)，智能化，信息化，綠色安全，高效節(jié)能將是建筑行業(yè)發(fā)展的大方向。無人機(jī)技術(shù)將是推動(dòng)建筑行業(yè)智能化，信息化，安全化發(fā)展的重要因素。近年來，雖然我國無人機(jī)技術(shù)取得了長足的發(fā)展，但是在總體上，我國的無人機(jī)技術(shù)還不能完全在民用領(lǐng)域完美適用，仍然需要各領(lǐng)域共同研發(fā)，進(jìn)一步提高無人機(jī)應(yīng)用水平，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)在建筑領(lǐng)域會(huì)承擔(dān)更多任務(wù)。無人機(jī)可能不僅僅用于施工現(xiàn)場監(jiān)管，無人機(jī)還將參與到施工操作中，實(shí)現(xiàn)建筑材料運(yùn)輸，對(duì)特殊部位進(jìn)行施工。微型無人機(jī)或許可以靈活進(jìn)出建筑物內(nèi)部，克服了建筑物空間約束難題。當(dāng)然，無人機(jī)只是建筑工業(yè)的一個(gè)代表，未來建筑業(yè)的大發(fā)展還要緊跟時(shí)代潮流，引進(jìn)更多先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)科技、管理等領(lǐng)域創(chuàng)新。

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