無人機技術在交通基礎設施建設中的應用

丁壽文 聶新良

摘 要：結合泰州市海陵區231省道快速化改造工程，分別從安全監管方面，提升施工效率方面和監測施工現場環境方面，對無人機在交通基礎設施建設施工中應用進行了論述，為無人機在施工現場管理中應用提供了思路和強有力的支持。針對無人機在施工現場中的應用，提出了5點不足，為無人機未來的發展指明了方向，并對其前景進行了預測。

關鍵詞：無人機技術;交通基礎設施建設;安全監管;環境監測

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.25.100

1 引言

無人機是一種無人駕駛航空器，其主要特點有：可操控、具有動力裝置，完成各種任務、能夠載荷多種設備，并且可以多次重復使用等。國內無人機的研究起步于上個世紀七十年代，主要用于軍用領域，一些發達國家對無人機研究已經積累了一定經驗，而中國的無人機以及飛行器制造還處于剛剛起步的階段。在短短的50年里，中國先后研發了多種用途的無人機，在無人機的總體框架設計、飛行器的控制、導航定位、中繼數據鏈路系統、信息加密技術、圖像信息回傳技術、各種傳感器技術和生產制造技術等許多領域都積累了大量經驗，在世界各國中處于領先水平。無人機作為近年來國內外熱門技術，已推廣至民用領域，其在交通基礎設施建設領域的作用也越發地顯著。公路交通設施是比較重要的交通基礎設施，人們日常出行的絕大部分都是通過公路交通。公路的建設工程跟一般的建筑工程一樣，都存在施工現場情況復雜，管理難度比較大等問題，所以公路交通基礎設施的施工現場比較混亂，施工安全等存在許多不確定因素。隨著無人機技術的發展，現在的無人機技術比較成熟，更多的無人機技術被應用到民用領域。由于其拍攝精度不斷提高，結合無人機對施工現場進行管理和監控有很好的發展前景，通過圖像處理技術，更有可能實現交通道路施工管理的全面自動化，減少人力和財力的投入，盡可能規避安全事故的發生。

本文的研究依托于231省道快速化改造工程，結合無人機應用于交通基礎設施施工現場管理工作的案列，對無人機在施工現場的應用以及前景進行了綜合論述。231省道（由海姜大道至啟揚高速段）快速化改造工程位于泰州市海陵區，線路開始于海姜大道，由南向北依次與海姜大道、規劃海陽路、運河路、森園路、規劃站前路、紅旗大道、泰漁路等道路相交，終點止于啟揚高速，路線全長7.465km。本項目的主線按照城市快速路標準設計，其設計車速是80km/h，輔路按照城市主干道設計，設計時速是50km/h。

通過研究已有的無人機在施工現場輔助管理的實例，在231快速化改造工程中運用先進的無人機技術，結合無人機施工現場管理系統，對231快速化改造工程施工現場采用無人機飛行巡視，無人機搭載攝像裝置和傳感器自動識別現場情況，回傳到應用服務器，實現施工現場的自動化管理。本文著重敘述了在交通基礎設施施工中，無人機在安全監管方面，提升施工效率方面和環境監測方面的應用，為無人機在建筑施工現場管理的應用提供了思路和強有力的支持。進而提出無人機在施工應用中的不足，為無人機未來的發展指明了道路。

2 無人機在安全監管方面的應用

施工現場是一個比較復雜的環境，安全問題是施工現場的核心問題，安全也成為評價一個工程的重要指標，人們越來越重視安全問題。交通基礎設施施工現場一般處在交通要道上，工期較一般建筑工程更為緊張，工作種類繁多，人員變動大，安全問題是人們更為關心的重點問題。

近年來，隨著信息化技術的發展，現代化的智能設備被廣泛運用到施工現場的管理中。許多施工現場采用遠程監控對施工現場進行管理，但是這種方式的及時性較差，需要技術人員人工鑒別各種情況，進而通知現場人員，對于突發情況的預防缺乏有效性。遠程監控設備很難做到無死角監控，一般只設置在重點區域，而無人機技術不存在區域限制，能夠針對人員安全，材料堆放，安全設施全方位監控，實時報告施工現場情況。

2.1 監測人員安全

人員的安全狀態主要是指進入施工區域的人員是否佩戴安全防護措施和人員是否處于安全區域。

2.1.1 判斷人員是否佩戴防護措施

無人機在操作人員的指揮下，對施工現場進行飛行巡視，通過實施傳輸將無人機拍攝的影像回傳到操作人員的移動終端，應用服務器對影像進行識別，判斷施工人員是否全部佩戴安全裝備，如果發現有安全人員未佩戴安全裝備，服務器發出報警信息，操作人員通知現場管理人員作出相應的處理，并記錄數據以備查看。無人機管理系統對報警信息進行分類存儲，對多次違規的施工人員進行警告及處理。

2.1.2 判斷人員是否在安全區域

交通基礎設施施工現場情況非常復雜，存在著一些危險區域，不適合施工人員進入。在無人機施工管理系統中將施工區域按照危險程度分為三個級別：危險區域、次危險區域、安全區域。無人機在操作人員的指揮下，對施工現場進行飛行巡視，重點在危險區域和次危險區域進行巡視，通過實施傳輸將無人機拍攝的影像回傳到操作人員的移動終端。無人機施工管理系統判斷人員是否在不安全區域，如果有施工人員進入不安全區域，服務器發出報警信息，并且報告人員所在區域，操作人員通知現場管理人員查看，并將相關人員立即轉移至安全區域，作出處理，在終端服務器中記錄以備查看。

2.2 監測材料堆放安全

無人機在操作人員的指揮下，對施工現場進行飛行巡視，通過實時傳輸將拍攝的影像回傳到操作人員的移動終端，無人機施工現場管理系統服務器進行影像判讀，識別施工現場的材料是否堆放在相應的位置。如果材料堆放出現偏移，系統服務器通過移動終端發出報警信息，將相應的情況報送至現場施工人員，按規范將材料堆放在合理的位置;如果材料位置堆放合理，那么將拍攝的影像信息錄入到系統服務器中，無人機施工管理系統對移動終端攝取的信息進行分類儲存管理。

2.3 監測安全設施運作情況

無人機在操作人員的指揮下，對施工現場進行飛行巡視，通過實時傳輸將無人機拍攝的影像回傳到操作人員的移動終端，應用服務器對影像進行識別，經應用服務器圖像處理，如果施工現場防護裝置擺放合理，沒有移位或者缺損，則將影像信息存儲于無人機施工現場管理服務器中;如果施工現場防護裝置發生了移位或者缺損，無人機施工現場管理服務器將發出警報，將相應信息發送給現場管理人員，對防護裝置進行查看，進行更換或者復位，并儲存到管理服務器中，無人機施工管理服務器對存儲的信息進行分類匯總。

3 無人機在提高施工效率方面的應用

對于建筑工地而言，實時知曉工地上的一切是否正確的確是個巨大的挑戰。時間和金錢會在后期的修正中白白浪費。有時候因為一些人尚未完成自己的工作就會導致負責他之后工序的工人們來了白白浪費時間。在施工中，使用無人機在建筑工地上巡飛，能夠搜集各種照片信息資料以及視頻資料。檢查工程進展規劃和最初的建筑設計和是否相符，明晰展現工程哪些地方需求進一步完善，同時使用軟件，能夠主動顯現可能落后于進展的部分，一目了然。在現場工作面長、管理人員有限的情況下，利用無人機，每周進行一次常規拍攝，與周工作例會同步，為例會提供現場進度形象播報，輔助解決各類管理疑難與爭議。

在施工過程中，發現有施工質量不理想的區域，對于特別復雜的建筑的特殊部分或高層建筑物，人工檢測危險性大、效率低、難度大。在這種情況下無人機可以發揮獨特的優勢，無人機圍繞已建建筑物表面飛行，對于建筑物的監控是全方位的，無人機將攝像頭攝取到的影像信息實時傳輸到移動終端，當建筑物表面有外觀質量問題時管理人員可以及時發現及時處理，可以有效地避免對建筑物二次施工。與傳統的建筑檢測手段相比無人機檢測可以節省大量勞動力，使得檢測手段更安全、更高效。

4 無人機在施工現場環境監測方面的應用

近年來，環境問題成為國際上越來越熱門的話題，我國的環境問題也越發嚴重，霧霾困擾著許多城市。我國國土面積廣闊，內陸城市居多，近年來工業，交通業和建筑業發展迅猛，而霧霾就是由于這些領域產生的廢氣顆粒進入空氣中造成的，所以由于施工產生的揚塵如何監測與治理成為人們關心的話題。在施工現場，傳統的揚塵監測系統很難對整個工地進行監測，無人機的出現恰好解決了這一問題，無人機搭載環境監測相關傳感器，然后在施工區域巡飛，監測空氣中PM2.5的濃度，根據監測數據與行業標準進行比對，判斷揚塵是否達標，根據監測結果對施工現場進行管理，達到施工現場揚塵控制的效果。無人機施工現場管理系統可以隨時隨地對施工現場進行多角度，全時段的監控管理，有助于施工人員按規范操作，營造一個綠色安全的施工環境。

5 無人機在施工應用中的不足

盡管無人機在施工現場的應用有很多優勢，但是仍然存在一些缺陷制約著無人機在施工管控上的進一步應用。

5.1 無人機抗干擾能力較弱

交通基礎設施建設施工現場情況復雜多變，施工材料和設備多且擺放雜亂，建筑物高低錯落，在空間上分布沒有規律，施工現場處于時刻變化的狀態，不同狀態下施工現場情況差異較大，無人機飛行困難。由于這些原因，一方面無人機獲取和識別圖像的難度增加;另一方面無人機在巡視過程中可能會碰到空中的障礙物，導致無人機墜落，監測功能喪失，影響施工進程，造成經濟方面損失。

5.2 無人機的穩定性差

無人機的穩定性關系到現場攝取的影像效果和最終的結果分析，無人機的穩定性由以下幾個因素確定：無人機監拍過程中的飛行穩定和影像回傳過程中的穩定，影響無人機穩定性的主要因素有：無人機操作人員的操控水平，飛行當天天氣狀況，施工現場環境，無人機自身飛行性能，只有在穩定狀態下獲取的無人機影像才能夠應用到現場情況的識別中。

5.3 無人機的續航能力差

民用無人機的動力源大多采用電力，但是當前無人機電池儲存的電力無法滿足施工現場全天候作業，需要無人機操作人員頻繁更換電池維持作業，在更換電池期間，無人機監控系統會癱瘓，造成一定的安全隱患，且需要操作人員一直操控飛行機飛行，對工作人員來說，是很大的負擔。

5.4 無人機操作人員培訓困難

無人機的操控需要專業的培訓，無人機操作人員必須持證上崗，按照國家規定的法律法規文明飛行。目前無人機駕駛員培訓機構比較少，國家關于無人機飛行的法律法規還不太健全，需要進一步完善。個人學習無人機操控途徑少，成本高，并且無人機培訓多在空曠沒有障礙物的高空，而在實際施工現場，情況復雜多變，不適合無人機飛行，這樣的飛行培訓很難滿足施工現場的無人機飛行操控。

5.5 施工企業對無人機認可度不高

當前的建筑企業普遍比較傳統，對無人機在建筑施工輔助管理上的應用缺乏認知，導致無人機在實際的施工中應用率比較少，所以行業內對無人機技術在施工管理方面的應用持觀望態度，進而限制了無人機技術在輔助現場管理方面的進一步推廣。

6 結語

當前社會是一個高度信息化、智能化的時代，在計算機技術、信息技術和電子技術高速發展的同時，無人機技術一定會攀上一個更高的層次，迎來爆發式的增長。無人機技術也將在更多領域發揮作用，與各種行業相結合，實現更高效更實用的無人機平臺。21世紀是一個大數據時代，在民用領域和軍事領域，針對數據的快速挖掘，全方位信息的攝取和整理分類上，都有著強烈的需求。無人機技術在全方位，寬領域信息獲取上有得天獨厚的優勢，無人機在不遠的將來一定會展露其獨有的優勢。交通基礎設施建設在新的時代下，面臨許多新的挑戰，智能化，信息化，綠色安全，高效節能將是建筑行業發展的大方向。無人機技術將是推動建筑行業智能化，信息化，安全化發展的重要因素。近年來，雖然我國無人機技術取得了長足的發展，但是在總體上，我國的無人機技術還不能完全在民用領域完美適用，仍然需要各領域共同研發，進一步提高無人機應用水平，伴隨著科學技術的發展，無人機在建筑領域會承擔更多任務。無人機可能不僅僅用于施工現場監管，無人機還將參與到施工操作中，實現建筑材料運輸，對特殊部位進行施工。微型無人機或許可以靈活進出建筑物內部，克服了建筑物空間約束難題。當然，無人機只是建筑工業的一個代表，未來建筑業的大發展還要緊跟時代潮流，引進更多先進技術，加強科技、管理等領域創新。

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