基于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的四維施工管理研究

王 瑞，李志斌

(北京洛斯達(dá)數(shù)字遙感技術(shù)有限公司，北京 100120)

1 概述

青藏聯(lián)網(wǎng)工程是世界上海拔最高、穿越凍土層長(zhǎng)、施工難度最大的輸電線路工程，對(duì)促進(jìn)青海、西藏經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)精品工程的目標(biāo)，國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)施工過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、精益化管理提出了更高要求。為提高管理效率、提升管理水平、強(qiáng)化工程質(zhì)量、保障工程安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保證工程順利實(shí)施，在青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)中，探索利用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)輔助施工管理，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)管理手段的創(chuàng)新。即在傳統(tǒng)的三維信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加時(shí)間維度，采用無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)，融合施工建設(shè)期間的地表特征變化，以及環(huán)評(píng)水保等多種專題信息，實(shí)現(xiàn)施工建設(shè)的四維管控，輔助施工過(guò)程管理和決策指揮，提升工程建設(shè)管控水平。

2 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取和處理

為了更好的輔助施工管理和保護(hù)沿線生態(tài)環(huán)境，交直流聯(lián)網(wǎng)工程中采用無(wú)人機(jī)航攝方式，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)航攝，為四維施工管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，以更直觀、更形象地了解工程施工現(xiàn)場(chǎng)情況及其進(jìn)度。

3 構(gòu)建四維施工管理系統(tǒng)

展示與分析無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)獲取的現(xiàn)場(chǎng)資料，更好服務(wù)于工程總指揮部，輔助施工管理與環(huán)評(píng)水保，需要建立四維施工管理系統(tǒng)。

3.1 建立三維數(shù)字地球

利用工程前期高清衛(wèi)星影像和路徑優(yōu)化成果，建立數(shù)字地球。數(shù)字地球以精細(xì)化三維場(chǎng)景為展現(xiàn)方式，對(duì)變電站(換流站)、輸電線路、中繼站等對(duì)象進(jìn)行三維模擬，并展現(xiàn)在高分辨率的航空影像和數(shù)字高程模型上，使基建管理人員對(duì)建設(shè)場(chǎng)景有極為形象的了解與把握，提升管理信息化水平。

3.2 建立四維施工管理系統(tǒng)

在三維信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加載無(wú)人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)，增加時(shí)間維度，構(gòu)建四維施工管理系統(tǒng)，直觀展現(xiàn)工程建設(shè)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的進(jìn)度、質(zhì)量、環(huán)境變遷等信息，為工程總指揮部提供工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)不同時(shí)間工程建設(shè)狀態(tài)的直觀準(zhǔn)確的展示。四維施工管理的概念可用圖1直觀表示。

圖1 施工進(jìn)度四維展現(xiàn)

4 輔助施工管理應(yīng)用

4.1 輔助施工全過(guò)程管理

對(duì)施工建設(shè)過(guò)程進(jìn)行全方位管理，將設(shè)計(jì)圖紙、物資供應(yīng)、質(zhì)量安全、投資、施工進(jìn)度、檔案等內(nèi)容納入到系統(tǒng)中綜合管理。將工程計(jì)劃分解到每基桿塔，便于對(duì)比和跟蹤。

在施工過(guò)程管理中，無(wú)人機(jī)可發(fā)揮機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)時(shí)效性好、影像分辨率高等特點(diǎn)，在組塔、架線階段，將最新影像發(fā)回到四維施工管理系統(tǒng)后，可與對(duì)應(yīng)的塔位相關(guān)聯(lián)，自動(dòng)識(shí)別組塔和架線進(jìn)度，使得指揮部實(shí)時(shí)掌控施工進(jìn)度，一目了然地查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況。

在強(qiáng)化工程質(zhì)量和保障工程安全方面，凍土基礎(chǔ)施工質(zhì)量尤為重要。無(wú)人機(jī)的飛行高度低、相機(jī)分辨率高，可以清晰的獲取基坑開(kāi)挖前、澆筑中、回填后的影像數(shù)據(jù)。通過(guò)持續(xù)記錄每基桿塔的基坑附近影像，形成在時(shí)間維度上的有效對(duì)比機(jī)制，以可視化數(shù)據(jù)作為分析凍土基礎(chǔ)質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)依據(jù)。

4.2 輔助環(huán)評(píng)水保

針對(duì)青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程生態(tài)環(huán)境脆弱問(wèn)題，借助無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)，構(gòu)建四維施工管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可以定期監(jiān)測(cè)施工單位是否按照要求，采取了規(guī)定措施保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)(圖2、圖3)；可大范圍、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境變化，如遇到環(huán)境破壞突發(fā)事件，可根據(jù)影像數(shù)據(jù)迅速采取應(yīng)急措施；系統(tǒng)記錄的從基坑開(kāi)挖直至竣工驗(yàn)收的時(shí)序影像也是將來(lái)工程驗(yàn)收和環(huán)評(píng)水保后評(píng)估的重要依據(jù)。通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝定期拍攝施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在四維施工管理系統(tǒng)中，通過(guò)時(shí)序無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，確定施工單位破壞環(huán)境的范圍和程度，持續(xù)跟蹤施工現(xiàn)場(chǎng)布置、安全圍欄架設(shè)、材料堆放方式、草墊鋪設(shè)等環(huán)保水保措施執(zhí)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正，為工程竣工驗(yàn)收環(huán)評(píng)水保報(bào)告編寫(xiě)提供重要參考資料。施工時(shí)對(duì)塔基周圍的草地保護(hù)，施工道路，水泥材料堆放，開(kāi)挖生、熟土的堆放，施工安全保護(hù)措施，以及施工后的工地植被恢復(fù)、道路碾壓等情況，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)一目了然，并且可以為總指揮部提供詳細(xì)準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。同時(shí)，針對(duì)施工單位的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，無(wú)人機(jī)航攝數(shù)據(jù)也能為業(yè)主項(xiàng)目部考核施工單位提供詳實(shí)的依據(jù)。

圖2 塔位施工安全、質(zhì)量、環(huán)保監(jiān)測(cè)

圖3 環(huán)評(píng)水保信息圖

5 結(jié)語(yǔ)

在利用工程前期的海拉瓦路徑優(yōu)化成果建立三維可視化管理平臺(tái)的基礎(chǔ)之上，創(chuàng)新應(yīng)用無(wú)人機(jī)采集時(shí)間維度影像信息，獲取從局部(單基桿塔)到全局(線路走廊)的建設(shè)信息，構(gòu)建四維施工管理系統(tǒng),建立空間、時(shí)間、進(jìn)度聯(lián)動(dòng)的管理方式，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)過(guò)程的四維信息管理，使得各項(xiàng)建設(shè)管理工作更具有時(shí)效性，更貼近工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為提升青藏工程管理能力和建設(shè)水平服務(wù)。同時(shí)，通過(guò)無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)了工程建設(shè)在環(huán)保方面的監(jiān)控力度，為青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程“綠色環(huán)保”的總體建設(shè)目標(biāo)提供了保障，也起到了對(duì)施工單位在文明安全施工方面的監(jiān)督作用，充分響應(yīng)了青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程“和諧平安”的總體建設(shè)目標(biāo)。

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