無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)在水工工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

廖健雄 韓文鋒 殷巍

摘 要：水工工程項(xiàng)目一般體量大、覆蓋范圍廣，這將會(huì)增加項(xiàng)目的監(jiān)管難度。隨著近幾年無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，大多數(shù)水工工程項(xiàng)目陸續(xù)使用無(wú)人機(jī)來(lái)輔助管理人員進(jìn)行項(xiàng)目管理。無(wú)人機(jī)因其小巧靈活、安全可靠深受使用者的喜愛(ài)，但無(wú)人機(jī)需要專業(yè)的飛手親臨現(xiàn)場(chǎng)才可完成任務(wù)，培養(yǎng)無(wú)人機(jī)飛手或聘請(qǐng)無(wú)人機(jī)航攝團(tuán)隊(duì)開(kāi)展項(xiàng)目需要花費(fèi)較大的成本。為了解決這一問(wèn)題，市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)設(shè)備，設(shè)備配合其操作系統(tǒng)可替代無(wú)人機(jī)飛手獲取工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，提高項(xiàng)目自動(dòng)化、無(wú)人化的程度，本項(xiàng)目以具體的項(xiàng)目實(shí)例為依據(jù)闡述無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)在水工工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng);水工工程;項(xiàng)目管理

中圖分類號(hào)：TP29? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0082-02

1 引言

無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)是無(wú)人機(jī)的中轉(zhuǎn)站、換能站，具有無(wú)人機(jī)值守、遠(yuǎn)程操控、自動(dòng)充電、數(shù)據(jù)傳輸、云端管理等功能特點(diǎn)?？商娲鷤鹘y(tǒng)的人工操控方式實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的巡檢任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程一鍵或定時(shí)啟動(dòng)無(wú)人機(jī)執(zhí)行巡檢任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需人工干預(yù)。通過(guò)圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的高精度降落，完成任務(wù)后無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)將自動(dòng)收納無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)在機(jī)場(chǎng)內(nèi)完成航攝數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)分析和分類管理，并完成自動(dòng)充電。無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用點(diǎn)包括：應(yīng)急指揮、觀摩觀察、工程可視化管理以及精細(xì)化自動(dòng)巡檢等，其中精細(xì)化自動(dòng)巡檢是指結(jié)合三維航線設(shè)計(jì)技術(shù)，代替質(zhì)檢人員觀察施工情況，如混凝土表觀質(zhì)量、雨后邊坡質(zhì)量、鋼筋模板綁扎質(zhì)量，嚴(yán)格控制質(zhì)量隱患，保障人員的安全。

本文以廣州港南沙港區(qū)四期工程水工土建工程為例，說(shuō)明無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用及功能特點(diǎn)。該項(xiàng)目是粵港澳大灣區(qū)首個(gè)大型自動(dòng)化集裝箱碼頭，為了保障工作有序推進(jìn)及契合南沙港區(qū)四期碼頭“智慧港口”定位，引入無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及其控制系統(tǒng)，助力探索一套適用于大型水工項(xiàng)目的智能化應(yīng)用方案。

2 無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括三大部分，一是前期工作準(zhǔn)備，二是任務(wù)執(zhí)行，三是航測(cè)數(shù)據(jù)后處理。

2.1前期工作準(zhǔn)備

前期工作準(zhǔn)備主要包括現(xiàn)場(chǎng)考察、起飛場(chǎng)地選擇與安裝、空域申請(qǐng)。布設(shè)無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)之前需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，選擇無(wú)磁場(chǎng)干擾且衛(wèi)星信號(hào)較好的場(chǎng)地作為無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)布設(shè)的地址，并到相關(guān)部門進(jìn)行無(wú)人機(jī)航飛空域申請(qǐng)。設(shè)備體積較小，采用商務(wù)轎車即可運(yùn)輸至施工項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)，由兩名技術(shù)人員搬運(yùn)安裝，安裝時(shí)需配置220V電源及網(wǎng)線至設(shè)備安裝點(diǎn)，并架設(shè)氣象站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速、降雨，作為起飛的判定依據(jù)。

2.2任務(wù)執(zhí)行

無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行主要包括航線設(shè)定、無(wú)人機(jī)任務(wù)執(zhí)行、精準(zhǔn)定位與降落、數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)充電，具體的流程如圖1所示。

首先，操作員在UGCS軟件中設(shè)定無(wú)人機(jī)航線三維點(diǎn)位信息，設(shè)置好后將三維點(diǎn)位信息導(dǎo)入無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)中，并在該系統(tǒng)上設(shè)置無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)，主要包括航跡、拍攝點(diǎn)、云臺(tái)俯仰角度等，系統(tǒng)將設(shè)定好的航線導(dǎo)入地面站中。

接著，無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)的氣象站檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境信息，包括風(fēng)速、溫濕度、降雨量等，若檢測(cè)的環(huán)境信息不符合航飛要求，任務(wù)結(jié)束;若符合航飛要求，則無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)艙門打開(kāi)，無(wú)人機(jī)自動(dòng)起飛并按照設(shè)定的航線信息執(zhí)行任務(wù)，航拍的畫面實(shí)時(shí)在系統(tǒng)中直播。在無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，可將自動(dòng)航飛模式切換成手動(dòng)模式，采用虛擬搖桿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，這種情況一般在應(yīng)急情況下使用，應(yīng)急任務(wù)完成后，無(wú)人機(jī)可斷點(diǎn)續(xù)飛，繼續(xù)完成后續(xù)的任務(wù)。隨后無(wú)人機(jī)飛回?zé)o人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)上空，此時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)圖像識(shí)別模塊，搭載在無(wú)人機(jī)上的圖像識(shí)別攝像頭開(kāi)始識(shí)別在無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪上的二維碼信息，結(jié)合無(wú)人機(jī)自身的GPS定位系統(tǒng)，輔助無(wú)人機(jī)的降落。相較僅采用GPS的定位方式，圖像識(shí)別定位+GPS定位的組合方法有效的提高無(wú)人機(jī)的降落精度，減小整套系統(tǒng)的出錯(cuò)率。

最后，無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)檢測(cè)到無(wú)人機(jī)降落停穩(wěn)后，關(guān)閉艙門。與此同時(shí)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)傳輸模塊，無(wú)人機(jī)的航拍數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)椒?wù)器中，操作員可遠(yuǎn)程下載數(shù)據(jù)并處理。數(shù)據(jù)傳輸完成，無(wú)人機(jī)關(guān)機(jī)并開(kāi)始充電。充電完成，任務(wù)結(jié)束。無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)一直處于待機(jī)狀態(tài)，等待下次任務(wù)的發(fā)布。

2.3后期數(shù)據(jù)處理

基于無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)的無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)處理與普通無(wú)人機(jī)航拍數(shù)據(jù)處理一致。具體流程如圖2所示。

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理是將無(wú)人機(jī)獲取的POS數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)等原始數(shù)據(jù)，導(dǎo)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行平差處理計(jì)算，在平差結(jié)果達(dá)到相應(yīng)規(guī)范規(guī)程要求的精度后，以立體像對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字線劃地圖（DLG）生產(chǎn)的過(guò)程[1]。DEM、DOM、DLG統(tǒng)稱為3D產(chǎn)品，是數(shù)據(jù)處理工作的核心內(nèi)容，經(jīng)過(guò)空中三角測(cè)量得到的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)制作DEM數(shù)據(jù);根據(jù)DEM勻色和鑲嵌處理像片后可得DOM數(shù)據(jù)。利用DEM數(shù)據(jù)生成等高線、DOM分要素描繪范圍線，最終根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪成果修飾完成DLG數(shù)據(jù)。

3 無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)

3.1功能

無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及其系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)直播、遠(yuǎn)程操控、定時(shí)作業(yè)、微信推送、雙屏對(duì)比等功能特點(diǎn)。

實(shí)時(shí)直播即無(wú)人機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程同步到操作系統(tǒng)中，管理人員在辦公室即可通過(guò)電腦查看無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拍攝的畫面。實(shí)時(shí)直播作為一種移動(dòng)的直播方式，不僅靈活性高、視角更為廣闊，且拍攝精度高，管理人員有親臨現(xiàn)場(chǎng)的感受，可足不出戶了解工程項(xiàng)目的情況。

遠(yuǎn)程操控即管理人員在辦公室就能遠(yuǎn)程設(shè)定無(wú)人機(jī)的飛行航線，支持電腦端或手機(jī)端操作，工作更便捷。

定時(shí)作業(yè)即管理人員可在系統(tǒng)上定制航拍作業(yè)時(shí)間表并設(shè)定每個(gè)時(shí)間計(jì)劃點(diǎn)無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)既定時(shí)間發(fā)布無(wú)人機(jī)的飛行指令。

微信推送即無(wú)人機(jī)完成航飛數(shù)據(jù)采集工作后，相關(guān)的影像資料將通過(guò)微信自動(dòng)推送到對(duì)應(yīng)的責(zé)任人。

雙屏對(duì)比即對(duì)無(wú)人機(jī)采集的照片、視頻、720全景圖、正射影像，按照不同周期分屏對(duì)比。管理人員可以通過(guò)該功能了解一段周期內(nèi)工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度情況，幫助管理人員做進(jìn)度管理決策。

3.2特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及其系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、拍攝質(zhì)量可靠、自動(dòng)化程度高、管理效能高等特點(diǎn)。

響應(yīng)速度快主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)無(wú)作業(yè)時(shí)，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，下達(dá)指令后，無(wú)人機(jī)可在1分鐘內(nèi)起飛。

拍攝質(zhì)量可靠體現(xiàn)在采用三維定點(diǎn)定線作業(yè)，無(wú)人機(jī)拍攝效果佳，可以有效解決人工拍攝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

自動(dòng)化程度高體現(xiàn)在整套系統(tǒng)無(wú)需專業(yè)的無(wú)人機(jī)飛手，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守作業(yè)，且設(shè)備可重復(fù)使用，適應(yīng)性強(qiáng)。

管理效能高體現(xiàn)在項(xiàng)目管理人員隨時(shí)通過(guò)電腦或平板即可控制無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)和無(wú)人機(jī)并可快速且實(shí)時(shí)的查看現(xiàn)場(chǎng)施工狀況。無(wú)需前往現(xiàn)場(chǎng)或聽(tīng)取他人匯報(bào)，解決了大型工程項(xiàng)目因人員多管理層級(jí)多而導(dǎo)致信息反饋滯后的情況。

4 結(jié)論

本文主要介紹了無(wú)人機(jī)自動(dòng)化機(jī)場(chǎng)及系統(tǒng)在水工工程中的應(yīng)用、功能和特點(diǎn)，整套設(shè)備及系統(tǒng)真正意義上解放無(wú)人機(jī)操作員的雙手，實(shí)現(xiàn)更高效智能的無(wú)人機(jī)作業(yè)，輔助工程管理人員完成高效的項(xiàng)目監(jiān)管工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊永明. 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].昆明理工大學(xué)，2016.