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

    2019-10-06 14:13:00丁壽文聶新良
    現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2019年25期
    關(guān)鍵詞:無人機(jī)技術(shù)安全監(jiān)管環(huán)境監(jiān)測

    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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