無人機(jī)在港口工程施工安全監(jiān)管中的應(yīng)用

◎ 張家犇 廣州市港航工程研究所

何林丹 河海大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司廣東分公司

1.港口工程施工安全監(jiān)管現(xiàn)狀

港口工程施工工地作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)源多，且人員繁雜，底層人員素質(zhì)普遍不高，安全意識(shí)薄弱，導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)事故頻頻發(fā)生，有效的施工安全監(jiān)管可減少施工現(xiàn)場(chǎng)事故的發(fā)生率。常用的施工安全監(jiān)管方法有人工巡查法和攝像頭監(jiān)控法，可一定程度減少施工現(xiàn)場(chǎng)事故，但這兩種方法的作用都很有限，主要原因有：1）人工巡查方法會(huì)因人員怠慢或責(zé)任心不強(qiáng)導(dǎo)致監(jiān)管不全面、監(jiān)管力度不足，應(yīng)該檢查的地方漏檢或檢查次數(shù)不夠等；對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)管，人工巡查方法會(huì)存在巡檢人員的安全隱患，反而增加事故發(fā)生概率。2）攝像頭監(jiān)控方法會(huì)存在監(jiān)控盲區(qū)，導(dǎo)致監(jiān)控不到位；且對(duì)于高處、危險(xiǎn)處暫時(shí)還沒有電路安裝條件的施工現(xiàn)場(chǎng)，攝像頭監(jiān)控方法適用性不高。

無人機(jī)具有小巧靈活、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在港口工程施工項(xiàng)目的安全監(jiān)管工作中，但經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)項(xiàng)目使用無人機(jī)做安全監(jiān)管都未充分挖掘無人機(jī)在項(xiàng)目中的最大價(jià)值，普遍停留在一位專業(yè)飛手手動(dòng)控制一臺(tái)無人機(jī)的觀念，未轉(zhuǎn)變成“一人控制多機(jī)”、“定時(shí)作業(yè)”的思維。

本文研究無人機(jī)在港口工程施工安全監(jiān)管中的應(yīng)用，介紹無人機(jī)及其控制系統(tǒng)的任務(wù)模式，并以廣州某碼頭為例，介紹應(yīng)用案例。本文提出有別于常規(guī)無人機(jī)應(yīng)用的方案，因此本文所述內(nèi)容將對(duì)行業(yè)具有一定的貢獻(xiàn)意義。

2.無人機(jī)及其控制系統(tǒng)在港口工程施工安全監(jiān)控中的應(yīng)用

2.1 無人機(jī)及其控制系統(tǒng)

無人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，應(yīng)用在港口工程施工安全監(jiān)管工作中具有監(jiān)控范圍全面、可覆蓋攝像頭盲區(qū)、代替人工開展工作減輕工人的工作量、輕松前往高處或危險(xiǎn)區(qū)域獲取現(xiàn)場(chǎng)施工情況、航攝畫面實(shí)時(shí)傳輸管理人員足不出戶就可以了解現(xiàn)場(chǎng)情況等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)人工巡檢和攝像頭巡檢存在的缺點(diǎn)，非常適合輔助工程項(xiàng)目施工安全管理工作的開展。

無人機(jī)控制系統(tǒng)是無人機(jī)飛行任務(wù)執(zhí)行、飛行姿態(tài)控制的系統(tǒng)，包括控制端和基站?？刂贫耸怯脩舨倏v的平臺(tái)，可以是手機(jī)操作也可以是電腦操作，用戶可在其上設(shè)置無人機(jī)飛行航線、設(shè)置飛行任務(wù)?？刂贫税〝?shù)據(jù)存儲(chǔ)云端?；臼菬o人機(jī)的中轉(zhuǎn)站、休息站、充電站，是控制端與無人機(jī)之間的聯(lián)系樞紐。

無人機(jī)、控制端與基站三者的關(guān)系如圖1所示，用戶在控制端中輸入無人機(jī)飛行任務(wù)，控制端生成任務(wù)并把任務(wù)發(fā)送至基站，任務(wù)執(zhí)行時(shí)間到且當(dāng)前環(huán)境滿足飛行條件，此時(shí)基站才將任務(wù)下達(dá)至無人機(jī)，無人機(jī)起飛并執(zhí)行任務(wù)。無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)的過程中拍攝的照片、視頻以同樣的路徑反向傳輸至控制端，供用戶查看和使用?？刂贫丝梢暂斎攵嗯_(tái)無人機(jī)的飛行任務(wù)，分配給多臺(tái)基站，從而實(shí)現(xiàn)“一人控制多機(jī)”功能；在控制端輸入的飛行任務(wù)還可暫時(shí)存儲(chǔ)在云端，指定時(shí)間到再下達(dá)任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)“定時(shí)作業(yè)”的功能。

圖1 控制端、基站、無人機(jī)關(guān)系圖

2.2 任務(wù)形式

基于無人機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于港口工程施工安全監(jiān)管工作中，助力工程提質(zhì)增效，主要有兩種任務(wù)形式，立即任務(wù)和定時(shí)任務(wù)。

2.2.1 立即任務(wù)

立即任務(wù)形式是指管理人員可根據(jù)當(dāng)前的需求，立即發(fā)起無人機(jī)飛行任務(wù)，指派無人機(jī)到指定的地點(diǎn)拍攝現(xiàn)場(chǎng)情況。立即任務(wù)形式通常應(yīng)用在突發(fā)情況下，人員無法及時(shí)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，指派無人機(jī)第一時(shí)間了解事故情況，從而幫助管理人員快速做出決策。該任務(wù)形式還可應(yīng)用在施工安全不定期檢查中，加強(qiáng)監(jiān)管力度。

2.2.2 定時(shí)任務(wù)

定時(shí)任務(wù)形式是指管理人員根據(jù)施工安全監(jiān)管要求，提前設(shè)定一個(gè)或多個(gè)無人機(jī)飛行任務(wù)，同時(shí)設(shè)定任務(wù)執(zhí)行時(shí)間。當(dāng)設(shè)定時(shí)間到，無人機(jī)通過基站接收任務(wù)并執(zhí)行任務(wù)，任務(wù)完成數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到控制端云端，可隨時(shí)隨地被查閱。該任務(wù)形式適合任務(wù)數(shù)量多，有時(shí)間規(guī)律性的施工安全監(jiān)控需求。

2.3 應(yīng)用案例

本文以廣州市某集裝箱碼頭為例，說明無人機(jī)及其控制系統(tǒng)在港口碼頭中的應(yīng)用，碼頭具有十萬噸級(jí)海倫泊位和多個(gè)五萬噸級(jí)集裝箱泊位及其配套駁船泊位，本工程體量大、工期緊、任務(wù)重、涉及專業(yè)領(lǐng)域多。為保障項(xiàng)目質(zhì)量與安全，引入無人機(jī)技術(shù)，輔助工程施工安全監(jiān)管工作。通過高新技術(shù)的應(yīng)用，提升項(xiàng)目監(jiān)管力度、降低事故發(fā)生率。

項(xiàng)目采用無人機(jī)及其控制系統(tǒng)，每5公里直徑圓周范圍內(nèi)布設(shè)一臺(tái)無人機(jī)和基站，采用定時(shí)任務(wù)形式，任務(wù)流程如圖2所示。設(shè)置任務(wù)為每天8點(diǎn)、12點(diǎn)、17點(diǎn)定時(shí)執(zhí)行施工現(xiàn)場(chǎng)安全的巡檢，航攝數(shù)據(jù)通過基站自動(dòng)上傳至云端，航線任務(wù)可隨時(shí)修改，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定點(diǎn)定線的施工現(xiàn)場(chǎng)安全巡查。

圖2 某集裝箱碼頭定時(shí)任務(wù)執(zhí)行流程

現(xiàn)場(chǎng)安全巡檢內(nèi)容包括兩方面，人員安全監(jiān)控和施工作業(yè)安全監(jiān)控，前者主要是人員是否佩戴安全裝置（如：安全帽、安全帶、安全網(wǎng)、絕緣手套等）、人員所處位置是否安全（如：起吊物下方不站人、千斤頂前后不站人、人員不得靠近警戒線/警示標(biāo)志區(qū)域附近）等方面的監(jiān)控；后者主要為施工作業(yè)是否規(guī)范是否符合標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控。通過無人機(jī)定時(shí)多次的巡檢，可以提高人員施工的警覺性，通過有效的監(jiān)控手段還可以預(yù)防一些安全問題的發(fā)生，對(duì)于項(xiàng)目安全管理具有重要意義。

3.總結(jié)

港口工程施工項(xiàng)目存在多重安全隱患，常用的監(jiān)管方法為人工巡查和攝像頭監(jiān)控，對(duì)安全監(jiān)管工作起一定的積極作用，但作用有限。無人機(jī)作為港口工程施工安全監(jiān)管工作的輔助工具，具有較多優(yōu)勢(shì)，但大多數(shù)項(xiàng)目對(duì)無人機(jī)的應(yīng)用還是比較淺薄。對(duì)此，本文提出“一人控制多機(jī)”、“定時(shí)作業(yè)”的觀點(diǎn)。

無人機(jī)及其控制系統(tǒng)在港口工程施工安全監(jiān)管中具有監(jiān)控全面、輕松監(jiān)控高危施工區(qū)域、減輕人員工作量、足不出戶了解現(xiàn)場(chǎng)情況等優(yōu)點(diǎn)，非常適合輔助安全監(jiān)管工作。本文所述的無人機(jī)及其控制系統(tǒng)由無人機(jī)、控制端、基站組成，三者相互作用實(shí)現(xiàn)“一人控制多機(jī)”、“定時(shí)作業(yè)”的功能。無人機(jī)及其控制系統(tǒng)的任務(wù)形式主要有立即任務(wù)和定時(shí)任務(wù)兩種形式。

本文以廣州市某集裝箱碼頭為例，說明無人機(jī)及其控制系統(tǒng)定時(shí)任務(wù)形式在安全監(jiān)管工作中的具體應(yīng)用和任務(wù)流程。