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論文共鑒

淺談無人機技術在公路工程監理行業中的應用

作者:呂 偉 衛廣娟    部門:廣東河惠莞總監辦    發表日期:2019-03-27    瀏覽次數:750

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摘要:將無人機技術初步應用于建設階段現場監理工作中,利用四軸無人機航拍技術,對監理工作中查找控制點、日常巡視、重點部位重點區域查看、工程量清點、平面圖拍攝、影像資料收集歸檔等進行嘗試,效果明顯。在使用過程中,歸納總結使用注意事項,并對未來專業無人機發展需要進行闡述。

關鍵字:無人機  工程監理  高速公路  監理工作  使用情況  未來發展

在科技日新月異飛速發展的今天,通過技術革新、技術整合、專向設計,眾多使用功能各異的高科技產品在世界各地百花齊放,改變了每個人的生活。有些智能產品也迅速轉化,融入到了各行各業之中,給生產和技術帶來了巨大的進步。其中無人機產品也以驚人的速度發展,隨著動力、結構、飛控、無線通信、無線圖傳技術的發展,固定翼、單軸旋翼、多軸旋翼產品層出不窮,產品功能涵蓋軍用、民用各類專業用途,現階段已實際應用于軍事、消防、農業、醫療、物流等各行各業。那么在以專業技術人員為主的監理咨詢行業,可否引入無人機做為技術手段開展日常監理工作,從而有效、便捷的完成監理任務呢?值得我們監理人引入新技術,深入研究。下面僅以陜西高速公路工程咨詢有限公司在廣東省河惠莞高速公路龍川至紫金段J3總監辦項目監理工作中,使用小型便攜式四軸旋翼航拍無人機的工作成果做以探討,拋磚引玉。

一、無人機簡介

(一)無人機分類及用途。現階段無人機主要分為固定翼及旋翼飛機。固定翼飛機的優點為飛行速度快,飛行效率高,安全性高,續航時間長,承載能力強,主要應用于軍事領域;旋翼飛機優點為抗風性強飛行穩定,操控簡便,起降滑跑距離小或垂直起降占地少,主要應用于民用領域。無人機民用機型主要為多旋翼機,目前民用消費級無人機多為此主流型機,用于灑播、運輸、航拍、競技等。

(二)可適用的監理工作內容。《公路工程監理規范》中指出,工程監理是監理機構及監理人員對公路工程質量、安全、環保、費用和進度等實施監督管理及咨詢服務活動。其主要外業工作為巡視、旁站、抽檢、檢測見證,主要為眼觀、工具量測。對于監理工作協助的作用方面,多旋翼航拍無人機最為適用,該類機型可用于巡航、拍攝,坐標測量精確度及其他量測功能還不具備。

二、無人機在監理工作中的應用

(一)功能參數。由于個人購買力有限,本次使用的為國產某國際知名廠家生產的入門級多軸航拍無人機,飛機型號SPARK全能套裝。該機整機重量300g,單電最長飛行時間16min,配備兩塊電池,總飛行時長32min,最大飛行海拔高度4000m,最遠??鼐嗬?span lang="EN-US">2000m,隨機攝像系統配備1920*1080 30P微型航拍相機,有效像素1200萬,具備前視避障功能。

(二)適用性。現階段工程監理工作特指工程建設階段監理工作,其中外業工作占比較大,工作環境多為野外,交通不便,建設中期高空作業、隧道作業的監理工作危險性較大。在現階段消費級無人機能達到的技術功能下,使用無人機航拍技術應用于日常工作中,可起到安全、便利、有效的工作效果。

(三)實際應用效果

1.找點找路。前期進場在不明地質環境的情況下,使用航拍自帶GPS經緯度坐標點可有效、快速進行控制點查找,方便快捷。紅線范圍確定以后輔以航拍查看地形,幫助更好更準確的便道設計。

    

下圖為進場初期使用無人機輔助找點后,經過坐標分析,結合施工圖紙及衛星地圖確定的TJ13合同段施工平面衛星圖(段落)。

   

2.日常巡視。在無人機電力滿足的情況下,使用Ipad輔助,可進行工地現場快速巡視,在1/2.3英寸CMOS傳感器和專業航拍鏡頭的加載下,可拍攝1080p 30fps穩定高清視頻,細節展示瑕疵畢現,如使用更高端機型,搭載4K變焦鏡頭,每一根鋼筋,每一個焊點都可清晰查看。如遇便道不通、需要暗查等情況,使用無人機更能有效完成工作任務。

下圖為ZK100+190ZK100+310管樁施工工藝規范性現場查看截圖及細部拍攝照片。

    

3.不易到達部位查看。如墩頂、蓋梁、墊石、支座、橋梁底等處于高空,在監理工作中由于難以攀爬,檢查時存在安全隱患,且部分部位基本屬于忙點,恰恰這些部位的質量關系到整橋的受力,質量有瑕疵嚴重影響橋梁使用壽命。使用無人機升空近距離拍攝,可實時查看或在電腦上放大查看,仔細研究,有效解決了攀登風險。

如工程有挖孔灌注樁的,使用無人機在不飛行的情況下,用吊繩放入,仍可進行拍攝,可有效查看孔壁支護、滲水點等,減少人員下井風險。

以下圖片為TJ12標雙下1號大橋梁第缺陷檢查截圖及支座檢查截圖。

   

4.工程量清點。工程計量、進度考核等工作,無需開車清查工程量,可進行全線或段落巡航拍攝高清視頻,下載至電腦自由查看,可逐段、逐點慢速瀏覽,精細清點,省時省力。

下圖為TJ128月份計量前針對上下邊坡防護及綠化成活率巡航拍攝檢查清點的截圖。

       

5.平面圖拍攝采集。對于特殊部位,可進行數百米超高垂直拍攝,使用拍攝的照片材料參考設計圖紙或等高線平面圖進行全面比對,可進行定點、定線的修改及二次設計等變更工作。

以下圖片為TJ12K路基基底滑移平面圖,滑移部位、滑移狀態清晰可見,可做為變更原始影像資料及專家會會場展示視頻,為變更方案討論、設計參考的一手資料。

         

6.影像資料拍攝存檔。自工作中采集的照片、視頻文件像素高,多格式支持,可有效完成遠景展示、近景剪裁、特寫攝錄的影像資料存檔工作。

             

7.活動現場采風。可對工程現場通車儀式、專題活動、形象展示等進行拍攝,照片可以人力無法達到的專業角度進行拍攝,景象壯觀具有沖擊力,可作為的報道、短訊、推文等媒體形式的珍貴記錄。

下圖為TJ12合同段黃江二號隧道右洞貫通視頻截圖。

          

(四)使用情況分析

本次在廣東省河惠莞高速公路龍川至紫金段J3總監辦項目監理工作中,使用便攜式無人機協助參與監理工作較為成功,在現階段無人機產品具備的功能有限的情況下,在粗略定點、監理巡視、特殊部位查看、危險地勢勘查、工程量清點等工作中減輕了監理工作強度,保證了人員安全,更便捷更有效的完成了所需任務,得到了較好的成績。但在使用過程中也發現了現有設備的不足,簡述如下:

1.續航時間。因本次使用的無人機設備屬于入門級飛行器,其續航時間只有單電16min,除去起飛準備、飛達拍攝點、預留返航時間,實際有效工作時間基本為10min左右,對于距離遠,高度高的拍攝任務無法實現。

2.圖傳距離。本次使用的入門級飛行器在丘陵空曠山地使用,實測圖傳距離約為1.5km,在圖傳距離不能達到的范圍,使用盲飛拍攝,炸機風險極大,故官標最遠飛行距離已無任何意義。

3.信號干擾及光線干擾。在日常使用中發現,工程范圍的高壓線對??丶巴即嗬敫扇漚銜饗?,在高壓塔、高壓線附近飛行拍攝,將大大縮短工作半徑。使用中還發現對于晴天強日照的單色起飛界面,偶爾會影響高程檢測,造成降落不穩定的情況。

4.禁飛區限制。按照國家國防安全以及民航條約相關要求,規范民用無人機使用者的行為,正規無人機廠家會以加密固件形式,限制全國范圍內軍事設施、機場、人員密集區等地域起飛程序。所以工程如在限飛區內或附近,將無法正常使用。

5.陰雨天飛行。由于四軸飛行器的結構設計原因,4個飛行動力電機均為裸露狀態,雨天易進水損壞,雨天不能飛行。在陰天云層較低的情況下,應注意飛行高度,長時間穿云飛行會造成機器表面水膜,從而造成機體進水或金屬件腐蝕情況。

綜上總結,對于全長10km,半程5km的工程項目,在無強干擾情況下,使用在售高端四軸航拍無人機,可做到單點起飛,全程拍攝,實現無人機全程巡視、定點檢查、數據收集的便利性。但各類在售機型均不能保證于雨天工作。

三、未來展望

本次初步將無人機在監理工作中實驗使用,雖然有較好的效果,但由于無人機功能的限制,還不能完全覆蓋監理的各項工作,如旁站、量測等。旁站需長時間懸?;蚨ǖ惆踩德澠納?,量測則需要掛載各功能探測設備。現有技術均已成熟,如進行專業開發整合,無人機定能完成如適時巡視、區域查看、定點旁站、語音溝通、現場激光視頻展示、現場量測及質量、進度、費用、安全云計算分析等更廣泛、更復雜、更智能、更專業的監理工作任務。

四、結束語

現階段消費級無人機雖然發展迅速,但產品用途基本上只針對于航拍,對于專業用途飛行器,因使用需求較少,開發較慢。但有需求就有研究,相信不久的將來,針對各行業實際需求,尤其是我們的工程監理行業,專用無人機產品經所需科技技術功能整合,推廣使用,會使我們的工程監理工作真正達到信息化、智能化、便捷化。到那時,我相信專用技術無人機的應用將會顛覆整個行業。

 

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