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论文共鉴

?#31243;?#26080;人机技术在公路工程监理行业中的应用

作者:吕 伟 卫广娟    部门:广东河惠莞总监办    发表日期:2019-03-27    浏?#26469;问?135

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摘要:将无人机技术初步应用于建设阶段现场监理工作中,利用四轴无人机航拍技术,对监理工作中查找控制点、日常巡视、重点部位重点区域查看、工程量清点、平面图拍摄、影像资料收集归档等进行尝试,效果明显。在使用过程中,归纳总结使用注意事项,并对未来专业无人机发展需要进行阐述。

关键字:无人机  工程监理  高速公路  监理工作  使用情况  未来发展

在科技日新月异飞速发展的今天,通过技术革新、技术整合、专向设计,众多使用功能各异的高科技产品在世界各地百花齐放,改变了每个人的生活。有些智能产品也迅速转化,融入到了各行各业之中,给生产和技术带来?#21496;?#22823;的进步。其中无人机产品也以惊人的速度发展,随着动力、结构、飞控、无线通信、无线图传技术的发展,固定翼、单轴旋翼、多轴旋翼产品层出不穷,产品功能涵盖军用、民用各类专业用途,现阶段已?#23548;?#24212;用于军事、消防、农业、医疗、物流等各行各业。那么在以专业技术人员为主的监理咨询行业,可否引入无人机做为技术手段开展日常监理工作,从而有效、便捷的完成监理任务呢??#26723;?#25105;们监理人引入新技术,深入研究。下面仅以陕西高速公路工程咨询有限公司在广东省河惠莞高速公路龙川至紫金段J3总监办项目监理工作中,使用小型便携式四轴旋翼航拍无人机的工作成果做以?#25945;鄭?#25243;砖引玉。

一、无人机简介

(一)无人机分类及用途。现阶段无人机主要分为固定翼及旋翼飞机。固定翼飞机的优点为飞行速度快,飞行效率高,安全性高,续航时间长,?#24615;?#33021;力强,主要应用于军事领域;旋翼飞机优点为抗风性强飞行稳定,操控简便,起降滑跑距离小或垂直起降占地少,主要应用于民用领域。无人机民用机型主要为多旋翼机,目前民用消费级无人机多为此主流型机,用于洒播、运输、航拍、竞技?#21462;?span lang="EN-US">

(二)可适用的监理工作内容。《公路工程监理规范》中指出,工程监理是监理机构及监理人员对公路工程质量、安全、环保、费用和进度等实施监督管理及咨询服务活动。其主要外业工作为巡视、旁站、抽检、检测见证,主要为眼观、工具量测。对于监理工作协助的作用方面,多旋翼航拍无人机最为适用,该类机型可用于巡航、拍摄,坐标测量精?#33539;?#21450;其他量测功能?#20849;?#20855;备。

二、无人机在监理工作中的应用

(一)功能?#38382;?/span>由于个人购买力有限,本?#38382;?#29992;的为国产某国际知名厂家生产的入门级多轴航拍无人机,飞机型号SPARK全能套装。该机整机重量300g,单电最长飞行时间16min,配备两块电池,总飞行时长32min,最大飞行海拔高度4000m,最远遥控距离2000m,随机摄像系统配备1920*1080 30P微型航拍相机,有效像素1200万,具备前视避障功能。

(二)适用性。现阶段工程监理工作特指工程建设阶段监理工作,其中外业工作占比较大,工作环境多为野外,交通不便,建设中期高空作业、隧道作业的监理工作危?#25307;?#36739;大。在现阶段消费级无人机能达到的技术功能下,使用无人机航拍技术应用于日常工作中,?#21892;?#21040;安全、便利、有效的工作效果。

(三)?#23548;?#24212;用效果

1.?#19994;?#25214;路。前期进场在不明地质环境的情况下,使用航拍?#28304;?span lang="EN-US">GPS经纬度坐标点可有效、快速进行控制点查找,方便快捷。红线范围?#33539;?#20197;后辅以航拍查看地形,帮助更好更准确的便道设计。

    

下图为进场初期使用无人机辅助?#19994;?#21518;,经过坐标分析,结合施工图纸及卫星地图?#33539;?#30340;TJ13合同?#38382;?#24037;平面卫星图(段落)。

   

2.日常巡视。在无人机电力满足的情况下,使用Ipad辅助,可进行工地现场快速巡视,在1/2.3英寸CMOS传感器和专业航拍镜头的加载下,可拍摄1080p 30fps稳定高清视频,细节展示瑕?#24125;?#29616;,如使用更高端机型,搭载4K变焦镜头,每一根钢筋,每一个焊点都可清晰查看。如遇便道不通、需要暗查等情况,使用无人机更能有效完成工作任务。

下图为ZK100+190ZK100+310管桩施工工艺规范性现场查看截?#25216;?#32454;部拍摄照片。

    

3.不易到达部位查看。如墩顶、盖梁、垫石、支座、桥梁底等处于高空,在监理工作中由于难以攀爬,检查时存在安全隐患,且部分部位基本属于忙点,恰恰这些部位的质量关系到整桥的受力,质量有瑕疵严重影响桥梁使用寿命。使用无人机升空近距离拍摄,可实时查看或在电脑上放大查看,仔细研究,有效解决了?#23454;?#39118;险。

如工程有挖孔灌注桩的,使用无人机在不飞行的情况下,用吊绳放入,仍可进行拍摄,可有效查看孔壁支护、渗水点等,减少人员下井风险。

以下图片为TJ12标双下1号大桥梁第?#27605;?#26816;查截?#25216;?#25903;座检查截图。

   

4.工程量清点。工程计量、进度考核等工作,无需开车清查工程量,可进行全线或段落巡航拍摄高清视频,下载至电脑自由查看,可逐段、逐点慢速浏览,精细清点,省时省力。

下图为TJ128?#36335;?#35745;量前针对上下边?#36335;?#25252;及绿化成活率巡航拍摄检查清点的截图。

       

5.平面图拍摄采集。对于特殊部位,可进行数百米超高垂直拍摄,使用拍摄的照片材料参考设计图?#20132;?#31561;高线平面图进行全面比对,可进行定点、定线的修改及二次设计等变更工作。

以下图片为TJ12K路基基底滑移平面图,滑移部位、滑移状态清晰可见,可做为变更原?#21152;?#20687;资料及专家会会场展示视频,为变更方案讨论、设计参考的一手资料。

         

6.影像资料拍摄存档。自工作中采集的照片、视频文件像素高,多格式支持,可有效完成远景展示、近景剪裁、特写摄录的影像资料存档工作。

             

7.活动现场采风。可对工程现场通车仪式、专题活动、形象展示等进行拍摄,照片可以人力无法达到的专业角度进行拍摄,景象壮观具有冲击力,可作为的报道、短讯、推文等媒体?#38382;?#30340;珍贵记录。

下图为TJ12合同段?#24179;?#20108;号隧道右洞贯通视?#21040;?#22270;。

          

(四)使用情况分析

本次在广东省河惠莞高速公路龙川至紫金段J3总监办项目监理工作中,使用便携式无人机协助参与监理工作较为成功,在现阶段无人机产品具备的功能有限的情况下,在粗略定点、监理巡视、特殊部位查看、危险地势勘查、工程量清点等工作中减轻了监理工作强度,保证了人员安全,更便捷更有效的完成了所需任务,得到了较好的成绩。但在使用过程中也发现了现有设备的不足,简述如下:

1.续航时间。因本?#38382;?#29992;的无人机设备属于入门级飞行器,其续航时间只有单电16min,除去起飞准备、飞达拍摄点、预留返航时间,?#23548;?#26377;效工作时间基本为10min左右,对于距离远,高度高的拍摄任务无法实现。

2.图传距离。本?#38382;?#29992;的入门级飞行器在丘陵空旷山地使用,实测图传距离约为1.5km,在图传距离不能达到的范围,使用盲飞拍摄,炸机风?#21344;?#22823;,故官标最远飞行距离已无任何意义。

3.信号干扰及光线干扰。在日常使用中发现,工程范围的高压线对遥控及图传距离干扰较为明显,在高压塔、高压线附近飞行拍摄,将大大缩短工作半径。使用中还发现对于晴天强日照的单色起飞界面,?#32423;?#20250;影响高程检测,造成降落不稳定的情况。

4.禁飞区限制。按?#23637;?#23478;国防安全以及民?#25945;?#32422;相关要求,规范民用无人机使用者的行为,正规无人机厂家会以?#29992;?#22266;件?#38382;劍?#38480;制全国范围内军事设施、机场、人员密集区等地域起飞程序。所以工程如在限飞区内或附近,将无法正常使用。

5.阴雨天飞行。由于四轴飞行器的结构设计原因,4个飞行动力电机均为裸露状态,雨天易进水损坏,雨天不能飞行。在阴天云层?#31995;?#30340;情况下,应注意飞行高度,长时间穿?#21697;?#34892;会造成机器表面水膜,从而造成机体进水或金属件腐蚀情况。

综上总结,对于全长10km,半程5km的工程项目,在无强干扰情况下,使用在售高端四轴航拍无人机,可做到单点起飞,全程拍摄,实现无人机全程巡视、定点检查、数据收集的便利性。但各类在售机型均不能保证于雨天工作。

三、未来展望

本次初步将无人机在监理工作中实验使用,虽然有较好的效果,但由于无人机功能的限制,?#20849;?#33021;完全覆盖监理的各项工作,如旁站、量测?#21462;?#26049;站需长时间悬停或定点安全降落拍摄,量测则需要?#20197;?#21508;功能探测设备。现有技术均已成熟,如进行专业开发整?#24076;?#26080;人机定能完成如适时巡视、区域查看、定点旁站、语音沟通、现场激光视频展示、现场量测及质量、进?#21462;?#36153;用、安全云计算分析等更广泛、更复杂、更智能、更专业的监理工作任务。

四、结束语

现阶段消费级无人机虽然发展迅速,但产品用途基本?#29616;?#38024;对于航拍,对于专业用途飞行器,因使用需求较少,开发?#19979;?#20294;有需求就有研究,相信不久的将来,针对各行业?#23548;市?#27714;,?#32469;?#26159;我们的工程监理行业,专用无人机产品经所需科技技术功能整?#24076;?#25512;广使用,会使我们的工程监理工作真正达到信息化、智能化、便捷化。到那?#20445;?#25105;相信专用技术无人机的应用将会颠覆整个行业。

 

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