无人机技术在交通基础设施建设中的应用

来源:用户上传      作者:丁寿文 聂新良

　　摘 要：结合泰州市海陵区231省道快速化改造工程，分别从安全监管方面，提升施工效率方面和监测施工现场环境方面，对无人机在交通基础设施建设施工中应用进行了论述，为无人机在施工现场管理中应用提供了思路和强有力的支持。针对无人机在施工现场中的应用，提出了5点不足，为无人机未来的发展指明了方向，并对其前景进行了预测。
　　关键词：无人机技术;交通基础设施建设;安全监管;环境监测
　　中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.25.100
　　1 引言
　　無人机是一种无人驾驶航空器，其主要特点有：可操控、具有动力装置，完成各种任务、能够载荷多种设备，并且可以多次重复使用等。国内无人机的研究起步于上个世纪七十年代，主要用于军用领域，一些发达国家对无人机研究已经积累了一定经验，而中国的无人机以及飞行器制造还处于刚刚起步的阶段。在短短的50年里，中国先后研发了多种用途的无人机，在无人机的总体框架设计、飞行器的控制、导航定位、中继数据链路系统、信息加密技术、图像信息回传技术、各种传感器技术和生产制造技术等许多领域都积累了大量经验，在世界各国中处于领先水平。无人机作为近年来国内外热门技术，已推广至民用领域，其在交通基础设施建设领域的作用也越发地显著。公路交通设施是比较重要的交通基础设施，人们日常出行的绝大部分都是通过公路交通。公路的建设工程跟一般的建筑工程一样，都存在施工现场情况复杂，管理难度比较大等问题，所以公路交通基础设施的施工现场比较混乱，施工安全等存在许多不确定因素。随着无人机技术的发展，现在的无人机技术比较成熟，更多的无人机技术被应用到民用领域。由于其拍摄精度不断提高，结合无人机对施工现场进行管理和监控有很好的发展前景，通过图像处理技术，更有可能实现交通道路施工管理的全面自动化，减少人力和财力的投入，尽可能规避安全事故的发生。
　　本文的研究依托于231省道快速化改造工程，结合无人机应用于交通基础设施施工现场管理工作的案列，对无人机在施工现场的应用以及前景进行了综合论述。231省道（由海姜大道至启扬高速段）快速化改造工程位于泰州市海陵区，线路开始于海姜大道，由南向北依次与海姜大道、规划海阳路、运河路、森园路、规划站前路、红旗大道、泰渔路等道路相交，终点止于启扬高速，路线全长7.465km。本项目的主线按照城市快速路标准设计，其设计车速是80km/h，辅路按照城市主干道设计，设计时速是50km/h。
　　通过研究已有的无人机在施工现场辅助管理的实例，在231快速化改造工程中运用先进的无人机技术，结合无人机施工现场管理系统，对231快速化改造工程施工现场采用无人机飞行巡视，无人机搭载摄像装置和传感器自动识别现场情况，回传到应用服务器，实现施工现场的自动化管理。本文着重叙述了在交通基础设施施工中，无人机在安全监管方面，提升施工效率方面和环境监测方面的应用，为无人机在建筑施工现场管理的应用提供了思路和强有力的支持。进而提出无人机在施工应用中的不足，为无人机未来的发展指明了道路。
　　2 无人机在安全监管方面的应用
　　施工现场是一个比较复杂的环境，安全问题是施工现场的核心问题，安全也成为评价一个工程的重要指标，人们越来越重视安全问题。交通基础设施施工现场一般处在交通要道上，工期较一般建筑工程更为紧张，工作种类繁多，人员变动大，安全问题是人们更为关心的重点问题。
　　近年来，随着信息化技术的发展，现代化的智能设备被广泛运用到施工现场的管理中。许多施工现场采用远程监控对施工现场进行管理，但是这种方式的及时性较差，需要技术人员人工鉴别各种情况，进而通知现场人员，对于突发情况的预防缺乏有效性。远程监控设备很难做到无死角监控，一般只设置在重点区域，而无人机技术不存在区域限制，能够针对人员安全，材料堆放，安全设施全方位监控，实时报告施工现场情况。
　　2.1 监测人员安全
　　人员的安全状态主要是指进入施工区域的人员是否佩戴安全防护措施和人员是否处于安全区域。
　　2.1.1 判断人员是否佩戴防护措施
　　无人机在操作人员的指挥下，对施工现场进行飞行巡视，通过实施传输将无人机拍摄的影像回传到操作人员的移动终端，应用服务器对影像进行识别，判断施工人员是否全部佩戴安全装备，如果发现有安全人员未佩戴安全装备，服务器发出报警信息，操作人员通知现场管理人员作出相应的处理，并记录数据以备查看。无人机管理系统对报警信息进行分类存储，对多次违规的施工人员进行警告及处理。
　　2.1.2 判断人员是否在安全区域
　　交通基础设施施工现场情况非常复杂，存在着一些危险区域，不适合施工人员进入。在无人机施工管理系统中将施工区域按照危险程度分为三个级别：危险区域、次危险区域、安全区域。无人机在操作人员的指挥下，对施工现场进行飞行巡视，重点在危险区域和次危险区域进行巡视，通过实施传输将无人机拍摄的影像回传到操作人员的移动终端。无人机施工管理系统判断人员是否在不安全区域，如果有施工人员进入不安全区域，服务器发出报警信息，并且报告人员所在区域，操作人员通知现场管理人员查看，并将相关人员立即转移至安全区域，作出处理，在终端服务器中记录以备查看。
　　2.2 监测材料堆放安全
　　无人机在操作人员的指挥下，对施工现场进行飞行巡视，通过实时传输将拍摄的影像回传到操作人员的移动终端，无人机施工现场管理系统服务器进行影像判读，识别施工现场的材料是否堆放在相应的位置。如果材料堆放出现偏移，系统服务器通过移动终端发出报警信息，将相应的情况报送至现场施工人员，按规范将材料堆放在合理的位置;如果材料位置堆放合理，那么将拍摄的影像信息录入到系统服务器中，无人机施工管理系统对移动终端摄取的信息进行分类储存管理。 　　2.3 监测安全设施运作情况
　　无人机在操作人员的指挥下，对施工现场进行飞行巡视，通过实时传输将无人机拍摄的影像回传到操作人员的移动终端，应用服务器对影像进行识别，经应用服务器图像处理，如果施工现场防护装置摆放合理，没有移位或者缺损，则将影像信息存储于无人机施工现场管理服务器中;如果施工现场防护装置发生了移位或者缺损，无人机施工现场管理服务器将发出警报，将相应信息发送给现场管理人员，对防护装置进行查看，进行更换或者复位，并储存到管理服务器中，无人机施工管理服务器对存储的信息进行分类汇总。
　　3 无人机在提高施工效率方面的应用
　　对于建筑工地而言，实时知晓工地上的一切是否正确的确是个巨大的挑战。时间和金钱会在后期的修正中白白浪费。有时候因为一些人尚未完成自己的工作就会导致负责他之后工序的工人们来了白白浪费时间。在施工中，使用无人机在建筑工地上巡飞，能够搜集各种照片信息资料以及视频资料。检查工程进展规划和最初的建筑设计和是否相符，明晰展现工程哪些地方需求进一步完善，同时使用软件，能够主动显现可能落后于进展的部分，一目了然。在现场工作面长、管理人员有限的情况下，利用无人机，每周进行一次常规拍摄，与周工作例会同步，为例会提供现场进度形象播报，辅助解决各类管理疑难与争议。
　　在施工过程中，发现有施工质量不理想的区域，对于特别复杂的建筑的特殊部分或高层建筑物，人工检测危险性大、效率低、难度大。在这种情况下无人机可以发挥独特的优势，无人机围绕已建建筑物表面飞行，对于建筑物的监控是全方位的，无人机将摄像头摄取到的影像信息实时传输到移動终端，当建筑物表面有外观质量问题时管理人员可以及时发现及时处理，可以有效地避免对建筑物二次施工。与传统的建筑检测手段相比无人机检测可以节省大量劳动力，使得检测手段更安全、更高效。
　　4 无人机在施工现场环境监测方面的应用
　　近年来，环境问题成为国际上越来越热门的话题，我国的环境问题也越发严重，雾霾困扰着许多城市。我国国土面积广阔，内陆城市居多，近年来工业，交通业和建筑业发展迅猛，而雾霾就是由于这些领域产生的废气颗粒进入空气中造成的，所以由于施工产生的扬尘如何监测与治理成为人们关心的话题。在施工现场，传统的扬尘监测系统很难对整个工地进行监测，无人机的出现恰好解决了这一问题，无人机搭载环境监测相关传感器，然后在施工区域巡飞，监测空气中PM2.5的浓度，根据监测数据与行业标准进行比对，判断扬尘是否达标，根据监测结果对施工现场进行管理，达到施工现场扬尘控制的效果。无人机施工现场管理系统可以随时随地对施工现场进行多角度，全时段的监控管理，有助于施工人员按规范操作，营造一个绿色安全的施工环境。
　　5 无人机在施工应用中的不足
　　尽管无人机在施工现场的应用有很多优势，但是仍然存在一些缺陷制约着无人机在施工管控上的进一步应用。
　　5.1 无人机抗干扰能力较弱
　　交通基础设施建设施工现场情况复杂多变，施工材料和设备多且摆放杂乱，建筑物高低错落，在空间上分布没有规律，施工现场处于时刻变化的状态，不同状态下施工现场情况差异较大，无人机飞行困难。由于这些原因，一方面无人机获取和识别图像的难度增加;另一方面无人机在巡视过程中可能会碰到空中的障碍物，导致无人机坠落，监测功能丧失，影响施工进程，造成经济方面损失。
　　5.2 无人机的稳定性差
　　无人机的稳定性关系到现场摄取的影像效果和最终的结果分析，无人机的稳定性由以下几个因素确定：无人机监拍过程中的飞行稳定和影像回传过程中的稳定，影响无人机稳定性的主要因素有：无人机操作人员的操控水平，飞行当天天气状况，施工现场环境，无人机自身飞行性能，只有在稳定状态下获取的无人机影像才能够应用到现场情况的识别中。
　　5.3 无人机的续航能力差
　　民用无人机的动力源大多采用电力，但是当前无人机电池储存的电力无法满足施工现场全天候作业，需要无人机操作人员频繁更换电池维持作业，在更换电池期间，无人机监控系统会瘫痪，造成一定的安全隐患，且需要操作人员一直操控飞行机飞行，对工作人员来说，是很大的负担。
　　5.4 无人机操作人员培训困难
　　无人机的操控需要专业的培训，无人机操作人员必须持证上岗，按照国家规定的法律法规文明飞行。目前无人机驾驶员培训机构比较少，国家关于无人机飞行的法律法规还不太健全，需要进一步完善。个人学习无人机操控途径少，成本高，并且无人机培训多在空旷没有障碍物的高空，而在实际施工现场，情况复杂多变，不适合无人机飞行，这样的飞行培训很难满足施工现场的无人机飞行操控。
　　5.5 施工企业对无人机认可度不高
　　当前的建筑企业普遍比较传统，对无人机在建筑施工辅助管理上的应用缺乏认知，导致无人机在实际的施工中应用率比较少，所以行业内对无人机技术在施工管理方面的应用持观望态度，进而限制了无人机技术在辅助现场管理方面的进一步推广。
　　6 结语
　　当前社会是一个高度信息化、智能化的时代，在计算机技术、信息技术和电子技术高速发展的同时，无人机技术一定会攀上一个更高的层次，迎来爆发式的增长。无人机技术也将在更多领域发挥作用，与各种行业相结合，实现更高效更实用的无人机平台。21世纪是一个大数据时代，在民用领域和军事领域，针对数据的快速挖掘，全方位信息的摄取和整理分类上，都有着强烈的需求。无人机技术在全方位，宽领域信息获取上有得天独厚的优势，无人机在不远的将来一定会展露其独有的优势。交通基础设施建设在新的时代下，面临许多新的挑战，智能化，信息化，绿色安全，高效节能将是建筑行业发展的大方向。无人机技术将是推动建筑行业智能化，信息化，安全化发展的重要因素。近年来，虽然我国无人机技术取得了长足的发展，但是在总体上，我国的无人机技术还不能完全在民用领域完美适用，仍然需要各领域共同研发，进一步提高无人机应用水平，伴随着科学技术的发展，无人机在建筑领域会承担更多任务。无人机可能不仅仅用于施工现场监管，无人机还将参与到施工操作中，实现建筑材料运输，对特殊部位进行施工。微型无人机或许可以灵活进出建筑物内部，克服了建筑物空间约束难题。当然，无人机只是建筑工业的一个代表，未来建筑业的大发展还要紧跟时代潮流，引进更多先进技术，加强科技、管理等领域创新。 　　参考文献
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