輸電線路工程施工過(guò)程可視化管理應(yīng)用及展望

曾耀強(qiáng) 劉華 羅勁

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局,廣東廣州 510000;2.廣州南方電力技術(shù)工程有限公司,廣東廣州 510000)

0 引言

輸電線路工程建設(shè)往往具有施工規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)、牽涉單位多、施工工序雜等特點(diǎn),隨著輸電線路劃分施工標(biāo)段和參建分包隊(duì)伍不斷增多,工程施工過(guò)程管理的難度和成本也會(huì)不斷增大。現(xiàn)有的工程施工過(guò)程管理多采用人工管控、定期逐層上報(bào)的模式,信息化管控手段確實(shí),管理指標(biāo)粗放不夠精細(xì),為保證工程施工質(zhì)量,降低工程管理成本,提高工程綜合投資效益,有必要通過(guò)采用多種信息化手段,開(kāi)展工程信息化管控。

本文通過(guò)以烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程廣東受端500kV交流配套工程(廣州段)中工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況為例,對(duì)工程開(kāi)展信息化管控手段所涉及的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線圖Fig.1 System technology roadmap

1 系統(tǒng)技術(shù)路線

系統(tǒng)結(jié)合無(wú)人機(jī)航攝、移動(dòng)互聯(lián)、三維GIS等技術(shù),開(kāi)展針對(duì)施工過(guò)程中的專(zhuān)題數(shù)據(jù)集構(gòu)建、施工過(guò)程數(shù)據(jù)集智能采集、施工過(guò)程可視化模擬仿真、數(shù)據(jù)智能分析與預(yù)警、輔助智能巡檢等,為烏東德配套送出工程(廣州段)的工程施工過(guò)程管控提供信息化保障,系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

2 工程數(shù)據(jù)采集與建設(shè)

工程數(shù)據(jù)采集建設(shè)工作主要圍繞無(wú)人機(jī)、傾斜攝影技術(shù)、激光點(diǎn)云技術(shù)等技術(shù)開(kāi)展,涉及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)建模與發(fā)布等?；跓o(wú)人機(jī)開(kāi)展工程全線95公里的線路路徑兩側(cè)保持約2 k m 的航帶貸款進(jìn)行正射航飛,獲取工程沿線正射影像和高精度地形數(shù)據(jù),針對(duì)線路途經(jīng)的重要跨越位置,房屋密集區(qū)開(kāi)展傾斜攝影航飛數(shù)據(jù)采集,構(gòu)建工程走廊三維可視化地形地貌。

為獲取工程正射影像和高精度地形數(shù)據(jù),首先需要通過(guò)對(duì)工程線路沿線位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘,設(shè)計(jì)航飛路線并完成空域協(xié)調(diào),確定采用MD-150固定翼無(wú)人機(jī)搭載飛思p65型號(hào)相機(jī)開(kāi)展航拍任務(wù),航攝地面分辨率優(yōu)于0.5m,滿足制作高精度正射影像圖的精度要求。在無(wú)人機(jī)航攝完成后,對(duì)航攝影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,糾正航攝相機(jī)的鏡頭畸變,并經(jīng)過(guò)加密處理后,恢復(fù)像對(duì)的空間位置關(guān)系得到4D產(chǎn)品,輸出形成數(shù)字搞成模型、數(shù)字正射影像,如圖2所示。

為獲取工程傾斜攝影數(shù)據(jù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘對(duì)無(wú)人機(jī)飛行路線進(jìn)行設(shè)計(jì),采用飛馬F200無(wú)人機(jī)搭載四鏡頭相機(jī)作為數(shù)據(jù)獲取平臺(tái),以測(cè)區(qū)最低點(diǎn)為基準(zhǔn),保證最低點(diǎn)分辨率達(dá)到5cm,航向重疊度為80%,旁向重疊度為65%,在數(shù)據(jù)采集完成后,運(yùn)用Context Capture、Pix4d Mapper、PhotoScan對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,開(kāi)展密集匹配與模型構(gòu)建、貼合紋理形成傾斜成果模型,如圖3所示。

3 工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)主要服務(wù)于烏東德配套送出工程(廣州段)施工過(guò)程可視化管控,集信息展示與可視化管理與一體,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的可拆卸移動(dòng)攝像頭、現(xiàn)場(chǎng)配套的信息采集APP、巡檢無(wú)人機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)感知層設(shè)備對(duì)采集工程現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與分析,并依托三維可視化技術(shù)手段,輔助工程管理人員對(duì)施工進(jìn)度、物資、技術(shù)、安全等內(nèi)容進(jìn)行管理,提高工程管理效率。

圖2 正射影像處理Fig.2 Orthophoto processing

圖3 工程傾斜攝影數(shù)據(jù)處理Fig.3 Data processing of Engineering oblique photography

系統(tǒng)采用三維可視化、GIS、框架配置等技術(shù),基于.Net、DevExpress、DirectX實(shí)現(xiàn)前端界面設(shè)計(jì)和工程三維可視化,利用影像拼接技術(shù)處理高分辨率工程影像。工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖4所示。

3.1 基于三維GIS的工程線路三維建模與施工進(jìn)度仿真

基于三維建模技術(shù)構(gòu)建工程桿塔、絕緣子串、基礎(chǔ)三維精細(xì)化模型,利用三維GIS平臺(tái)將通道走廊三維精細(xì)化地形模型與桿塔、絕緣子串、基礎(chǔ)等電網(wǎng)要素模型進(jìn)行組合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)烏東德配套送出工程(廣州段)竣工狀態(tài)的可視化仿真。同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)感知層設(shè)備采集的工程進(jìn)度數(shù)據(jù),對(duì)工程當(dāng)前施工進(jìn)度狀態(tài)進(jìn)行可視化模擬,構(gòu)建虛擬孿生工程,針對(duì)工程施工過(guò)程中不同進(jìn)度情況,通過(guò)構(gòu)建進(jìn)度分層變色實(shí)現(xiàn)對(duì)不同施工進(jìn)度的三維仿真,如圖5所示。

3.2 工程進(jìn)度精細(xì)化管理

針對(duì)烏東德配套送出工程(廣州段)工程施工進(jìn)度精細(xì)化管理需要,按照工程施工實(shí)際,對(duì)工程施工工序進(jìn)行劃分,劃分為一級(jí)主體工序和二級(jí)工序,9 個(gè)一級(jí)工序?yàn)榍噘r、基礎(chǔ)開(kāi)挖、基礎(chǔ)澆筑、接地工程、桿塔工程、架線準(zhǔn)備、架線、附件安裝、竣工驗(yàn)收,二級(jí)工序包括各一級(jí)工序下如中心樁定位、塔基圍地、臨時(shí)道路圍地等。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)感知獲取的工程進(jìn)度數(shù)據(jù),系統(tǒng)針對(duì)工程進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì),并結(jié)合豐富多樣的圖表進(jìn)行可視化展示。系統(tǒng)同時(shí)針對(duì)工程線路的每基桿塔進(jìn)行進(jìn)度精細(xì)化管控,對(duì)每基塔所處的工序狀態(tài)進(jìn)行管理。

圖4 施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig.4 Function architecture of 3D visualization management and application system in construction process

通過(guò)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃與進(jìn)度對(duì)比分析,輔助用戶直觀把握工程施工進(jìn)度狀態(tài),輔助制定、修正施工進(jìn)度計(jì)劃。同時(shí),結(jié)合數(shù)字化工地成果,對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行三維數(shù)字化仿真,重點(diǎn)針對(duì)不同施工工序、不同施工環(huán)節(jié)結(jié)合地理位置、三維模型進(jìn)行可視化表達(dá)、模型仿真、查詢追溯、統(tǒng)計(jì)分析,實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度“一張圖”,快速、按反映工程及施工進(jìn)度具體情況,如圖6所示。

3.3 工程施工人員精細(xì)化管理

圖5 施工進(jìn)度三維可視化仿真Fig.5 Three dimensional visual simulation of construction progress

系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工程的施工人員實(shí)名制信息進(jìn)行管理并建立人員實(shí)名制信息庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)施工人員實(shí)名制管控,工程施工作業(yè)人員基于信息采集A P P 開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)人員信息采集、每日考勤打卡,系統(tǒng)通過(guò)接入人員信息數(shù)據(jù)、人員進(jìn)出場(chǎng)打卡數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)人員到場(chǎng)率統(tǒng)計(jì)、人員進(jìn)出場(chǎng)信息管理、人員基本信息查看等,輔助工程管理人員及時(shí)掌握工程現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人數(shù)、施工人員信息等重要資料,如圖7所示。

3.4 工程施工安全質(zhì)量監(jiān)控

在工程沿線布設(shè)大量的可拆卸移動(dòng)攝像頭,通過(guò)對(duì)接視頻總站實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)工程現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控信號(hào)的獲取,大屏系統(tǒng)采用四分屏實(shí)現(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)的查看,如圖8 所示,同時(shí)支持監(jiān)控切換、攝像頭云臺(tái)控制、現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音對(duì)話等功能,幫助工程項(xiàng)目部管理人員對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)施工安全質(zhì)量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)通知。

3.5 工程施工質(zhì)量智能識(shí)別

結(jié)合攜帶高清攝像頭的巡檢無(wú)人機(jī),如圖9所示。定期對(duì)工程沿線進(jìn)行巡檢,對(duì)工程桿塔施工過(guò)程進(jìn)行視頻/照片數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,結(jié)合已有的鐵塔螺栓、絕緣子串正負(fù)樣本庫(kù),利用Faster RCNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,對(duì)巡檢無(wú)人家采集的視頻/照片中螺栓螺帽缺失、絕緣子串破損等電力設(shè)備設(shè)施施工質(zhì)量缺陷進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別標(biāo)記,輔助開(kāi)展施工過(guò)程質(zhì)量督查,提高檢查效率,減少人力成本投入,降低高空爬塔作業(yè)等安全風(fēng)險(xiǎn)隱患,杜絕安全事故發(fā)生。

圖6 施工進(jìn)度“一張圖”Fig.6 "Construction progress" a chart

圖7 人員進(jìn)出場(chǎng)實(shí)名制管理Fig.7 Real name management of personnel entering and leaving the field

圖8 工程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控Fig.8 On line real-time monitoring of the project

圖9 施工質(zhì)量智能識(shí)別Fig.9 Intelligent identification of construction quality

4 烏東德配套送出工程(廣州段)精細(xì)化管控應(yīng)用情況

在烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程廣東受端500kV交流配套工程(廣州段)施工過(guò)程中,通過(guò)利用工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)展針對(duì)工程施工進(jìn)度、工程作業(yè)人員、工程交叉跨越、工程施工安全、工程施工質(zhì)量等方面的施工過(guò)程精細(xì)化管控應(yīng)用。

4.1 工程施工進(jìn)度管控

在烏東德配套送出工程(廣州段)中,通過(guò)信息采集A P P 實(shí)現(xiàn)針對(duì)日常工程進(jìn)度數(shù)據(jù)的填報(bào),結(jié)合工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工進(jìn)度指標(biāo)的可視化監(jiān)測(cè),利用系統(tǒng)對(duì)塔基青賠、基礎(chǔ)工程、桿塔工程、架線工程等各階段工程施工進(jìn)度情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并針對(duì)每基桿塔的進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行掛接關(guān)聯(lián)與進(jìn)度狀態(tài)查詢,同時(shí)結(jié)合通過(guò)對(duì)工程通道以及工程桿塔進(jìn)行建模實(shí)現(xiàn)了工程的可視化仿真模擬和進(jìn)度狀態(tài)仿真模擬,輔助管理者直觀的掌握工程整體建設(shè)狀態(tài)。針對(duì)工程實(shí)際進(jìn)度計(jì)劃是否存在偏差,系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)以及后臺(tái)管理的工程三級(jí)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行了進(jìn)度對(duì)比與糾偏。

4.2 工程每日作業(yè)人員管控

為滿足對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的實(shí)名制管控要求,通過(guò)對(duì)工程全線各分包單位人員、特種作業(yè)人員、項(xiàng)目部管理人員的姓名、照片、資質(zhì)、健康情況等實(shí)名制信息進(jìn)行采集,形成工程人員實(shí)名制信息庫(kù),并形成每個(gè)人員的二維碼信息,同時(shí)結(jié)合A P P 端實(shí)現(xiàn)利用該二維碼實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人員考勤打卡,通過(guò)結(jié)合手機(jī)定位實(shí)現(xiàn)進(jìn)出場(chǎng)打卡位置的確定,在系統(tǒng)中對(duì)人員打卡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新,對(duì)到崗到位人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì),提高了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程作業(yè)人員的管控。

4.3 工程沿線重要跨越物管理

通過(guò)對(duì)工程相關(guān)勘測(cè)資料進(jìn)行收集,實(shí)現(xiàn)對(duì)工程通道走廊內(nèi)交叉跨越信息進(jìn)行建模與可視化列表管理及定位,同時(shí)結(jié)合三維場(chǎng)景,對(duì)重要跨越物進(jìn)行三維可視化仿真,并提供三維量算功能,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線到地面、交叉跨越物之間的三維距離量算。

4.4 工程現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控

結(jié)合可拆卸便攜攝像頭,并配套以便攜式4G物聯(lián)WIFI設(shè)備,實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻流的接入。在本工程中,由監(jiān)理方每日攜帶一定數(shù)量的攝像頭及WIFI設(shè)備,針對(duì)工程重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)施工進(jìn)行攝像頭布設(shè),項(xiàng)目管理人員可直接基于系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)情況進(jìn)行查看,同時(shí)結(jié)合攝像頭配套的音頻輸出模塊實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)的通信交流,保證了現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及整改。

4.5 工程施工質(zhì)量管控

在工程建設(shè)過(guò)程中,工程監(jiān)理人員結(jié)合信息采集APP對(duì)工程各桿塔位置處開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)照片采集與上傳,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提醒施工單位進(jìn)行及時(shí)整改,提升項(xiàng)目管理人員開(kāi)展對(duì)施工過(guò)程中施工質(zhì)量的監(jiān)督和檢查效率。

在竣工驗(yàn)收階段,通過(guò)采用巡檢無(wú)人機(jī)并結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法對(duì)工程塔頭螺栓缺失、絕緣子串破損等缺陷問(wèn)題進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和缺陷定位,降低爬塔作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提高竣工驗(yàn)收質(zhì)檢效率。

5 結(jié)語(yǔ)

為積極響應(yīng)國(guó)家對(duì)于加快應(yīng)用“云大物移智鏈”等新技術(shù)的要求,提高輸電線路工程施工過(guò)程精細(xì)化管理水平,通過(guò)結(jié)合移動(dòng)APP、無(wú)人機(jī)航攝、三維GIS、虛擬仿真等技術(shù),建設(shè)“工程施工過(guò)程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)”,充分整合資源及數(shù)據(jù)掌控工程進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)安全等情況,進(jìn)行宏觀管理和決策,對(duì)于加強(qiáng)工程進(jìn)度計(jì)劃管理,提高工程精細(xì)化管理水平具有重要的意義,為后續(xù)輸電工程建設(shè)開(kāi)展精細(xì)化過(guò)程管控提供參考。

同時(shí),針對(duì)輸電線路建設(shè)過(guò)程的精細(xì)化管控可繼續(xù)在智能化、便捷化上進(jìn)行探索和深化,進(jìn)一步結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的智能采集與數(shù)據(jù)的共享復(fù)用,進(jìn)一步提高輸電線路精細(xì)化管理能力與管理效率。