無人機在建筑工地的應用研究

陳志輝 宋艷玉

[摘 要]隨著市場競爭日益激烈，建筑企業的利潤越來越低，新技術的蓬勃發展也給建筑業的傳統管理方式帶來了一定的沖擊，無人機作為近年來興起的熱門技術，已推廣至民用領域，其在建筑領域應用的可能性也逐漸凸顯。本文針對建筑工地管理中存在的問題，通過采用無人機技術，對管理不全面、揚塵污染和施工效率低等現場管理問題進行改善，對于加強工地管理具有重要的意義。

[關鍵詞]無人機；建筑工地；科學管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.080

[中圖分類號]TU71 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）18-0-03

1 無人機概述

1.1 無人機簡介

無人機（UAV）是一種具有動力裝置和導航模塊機且無人駕駛的航空器，通過無線電遙控技術或電腦編程能夠在一定范圍內實現自主飛行。1917年，世界第一架無人機在英國誕生，但是在19世紀50年代才開始投入使用，主要用作靶機。無人機借助體積小、靈活，以及可以在空中活動的優勢，能夠很好地完成各種偵查任務，并且在軍事中得到廣泛推廣。同時，無人機已經逐漸出現在人們的生活中，給人們深刻的印象是航拍，由于成本及維修費用低廉，得到了空前發展。無人機像手機一樣擁有近乎無限的APP搭載能力，將應用于更多、更專業的領域，如災害預測監測與評估、天氣預報、農業監測管理、國土資源環境調查、城市管理、海事信息化建設和農業監測管理等。

1.2 無人機的技術特征

1.2.1 遙感技術

遙感技術的工作原理是光譜特性，由于任何物體的吸收光和反射光的性能不同，遙感技術可以通過對物體反射的光譜進行分析進而達到觀測物體的目的。無人機遙感技術是一種通過無人機在空中獲取數據的技術，通過無人機搭載的遙感器對物體輻射或反射出來的光譜進行分析。人們最早用衛星和飛機收集數據，相比之下，無人機更適合在空中收集信息，衛星的視線會受云層遮掩干擾，并且訪問時間漫長無法獲得實時信息，與衛星和飛機相比，無人機成本低、靈活度高、操作方便、安全性高。

1.2.2 GPS導航技術

GPS技術在生活中的運用相當廣泛，如谷歌地圖、高德地圖等。無人機采用GPS技術，可以定位無人機的具體位置使其沿著預定的路線飛行，再搭載高清攝像頭，可實現自動航拍。

1.2.3 避障技術

無人機數量日益增多，人們對其操作的安全性有了更高的要求。無人機在低空飛行，若是環境復雜很有可能在空中碰到障礙物，為了保證無人機的安全，不僅要求操作人員技術熟練，而且對于無人機自動避障的要求也越來越高。避障技術能讓無人機在空中碰到障礙物時，能夠監測無人機與障礙物的距離，實現避障，如今的避障技術日益成熟，從而使無人機具備更高的安全性，對于無人機在監控領域的應用具有重要的意義。

1.2.4 影像處理

無人機遙感機動靈活、安全高效、成本較低，具有很多優點，但是由于它的飛行特性導致遙感影像旋轉角度大、畸形嚴重、重疊不規則，人們不能從這樣的影像中獲得信息。無人機影像處理至關重要，人們可以通過幾何級數將其轉換成幾何圖形，生成高精度的2D或3D模型，較常見的影像處理軟件有Pix4D和Photoscan等。

2 建筑工地存在的問題

2.1 安全監管不全面

建筑工地的安全問題一直以來都是人們關注的問題，隨著“智慧工地”的概念深入人心，人們越來越重視建筑工地的安全問題。建筑施工現場工作種類多、人員流動大、地形復雜，因此具有較大的安全隱患。近年來，“智慧工地”風靡，人們越來越重視信息技術在現場管理中的應用，逐漸采用遠程監控管理施工現場的方式，發現問題后及時與現場管理人員進行溝通。這樣的管理方式存在一定的缺陷，因為事故多為突發情況，現在能做的安全防范多為事前和事中防范，上述的管理方式也是如此，但是施工現場環境復雜，對于監控的布置一般選取一些關鍵位置，主要用來監控材料堆放是否合理，而對于人員操作是否違規、裝備是否齊全等就無法進行監控，從而存在安全監管不全面的問題。

2.2 揚塵污染環境

近年來，國內環境問題越來越嚴重，特別是很多城市的霧霾不斷加劇，環境問題成了人們重點關注的問題。霧霾主要由工業、交通和建筑施工排入空氣中的顆粒物引起的，而建筑工地內部的各類施工、運輸等引起的揚塵，會將大量的顆粒物排到空氣，因此施工現場的揚塵現象成為環境治理的重點。

2.3 施工效率較低

相關資料顯示，商業建筑項目花費常超出80%，工程進度落后20個月。這些數字反映出施工效率較低，如此低效的施工進程顯然與生活節奏日益加快的現代社會格格不入。建筑工地的施工效率受氣候、工人素質、管理方式及技術等因素影響較大，極端氣溫和惡劣天氣都不適合施工，工人的素質高低對于施工效率也有重大影響，往往決定了工程的質量好壞。天氣因素屬于不可控因素，而施工人員素質是可以提高的。

3 無人機在建筑工地的應用

相關數據顯示，2017年上半年，全國發生6 371起建筑施工安全事故，造成7 804人死亡，給建筑行業造成了巨大的經濟損失，反映出建筑工地在安全方面存在重大隱患。由于無人機技術日益成熟，需求不斷增長，正逐漸走向商業化道路。技術穩定、攝像技術不斷進步也讓無人機在建筑工地的施工管理中具有廣闊的前景。

3.1 在安全監管方面的應用

建筑工地存在嚴重的安全隱患，而安全事故的發生往往是突然的，監管者需要實時觀察施工的安全情況防患于未然，而傳統的監察方式一般為人工監察和監控監察，人工監察較靈活但是過于的費時、費力，且效率較低，無形中增加人工成本，監控雖然能讓監管者獲得實時信息，但是監控不靈活、視角單一，且有死角，對于突發事件反應比較慢。而無人機在空中對工地進行俯拍，圖像可以在智能手機平板設備或計算機上顯示，可以實現實時場外監控，發現問題及時和現場人員聯絡，無人機在空中拍攝視角更廣，靈活多變，可以通過算法算出最佳拍攝位置，以此更有利于捕捉信息，在對拍攝圖像進行處理后可以得到三維圖像，便于施工進度評估。而且，無人機還能捕捉到較高的設備安裝情況，這是定點監控很難做到的。

3.2 在揚塵監控方面的應用

施工的揚塵處理是現在的熱問題之一，常用的監測方式一般通過視頻監測和儀器采樣，這些方法雖然在精度方面較高，但是容易受到干擾，效率低。無人機應用于揚塵監控，可以自動、準確地識別寬廣區域的污染源。針對不同施工現場的施工特點和地理特征，技術人員可以對作業區域進行網格化劃分，確定圖像采集點和采集的方法，讓無人機按照規定的路線進行圖像采集，從而有利于提高揚塵防治的效率。

3.3 在提高施工效率方面的應用

建筑工程開工往往都有進度安排，但是實際上由于各種原因，工程存在返工或緩工等現象，進度緩慢。無人機遙感影像處理得到的三維影像可以為監管團隊提供參考，可以清楚地了解工程的進展情況并且做出相應的調整。無人機采集的信息能夠及時更新，可以在很大程度上提高施工效率。

3.4 在節省成本方面的應用

無人機在建筑工地的應用是商業應用，商業應用和經濟話題分不開。相關資料顯示，分別用傳統的方式和無人機完成占地7.5 hm2施工現場的掃描任務，成本差異來自人工操作：傳統方式需要2個人，用時11.5小時，而無人機只需要1個人，用時50分鐘。由于采購、保險等因素，無人機的初始成本要高于傳統方式，但是只需要8次任務，投資回報就開始呈現。因此無人機在建筑工地的應用可以節省成本。

4 無人機在應用時應注意的問題

4.1 建筑工地的地形復雜

建筑工地人員復雜、器械材料種類繁多，不利于無人機采集圖像，且空間混亂、高度參差不齊，不適合無人機飛行，因此對于操作人員有較高的要求。因此需要對工地物體的堆積和器械的操作標準化，減少無人機和物體發生碰撞，也有利于采集圖像。

4.2 注重提高操作人員的素質

無人機的電池續航能力較差，大概只能用1個小時，而無人機在建筑工地要全天候的工作，從而就需要給無人機配備許多電池來維持其正常工作，并且需要不斷更換電池，增加了操作人員的工作負荷。無人機在飛行拍攝的過程中，需要穩定飛行才能保證拍攝質量，而穩定的飛行受到天氣因素及操作人員的水平影響，在相同的天氣狀況下，操作人員的操作水平決定了圖像的清晰程度，因此需要對操作人員加強培訓。

5 無人機在建筑工地的應用展望

無人機飛速發展，將應用于各行各業。隨著科技的進步，以及對高新技術的重視，對無人機技術的研發投入不斷增大，相關技術不斷成熟，國內無人機發展迅速。據統計，2015年我國無人機銷量約9萬架，交易金額達到23.3億元。據預測，到2018年，我國民用無人機市場規模將達到110.9億元，到2020年，其年銷量將可達到65萬架，增幅迅猛。從這些數據可以看出，我國對無人機的需求與日俱增，也說明了無人機技術日益成熟所帶來的便捷得到消費者認可。雖然民用無人機數量正在上升，但是無人機在建筑工地的應用并不普及。國內目前的無人機主要以航拍居多，隨著無人機的技術日益成熟，無人機的商業價值會得到更好的體現，將更多地進行商業應用，無人機在建筑工地廣泛應用也只是時間問題。

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