無人機自動化機場及系統在水工工程項目中的應用

廖健雄 韓文鋒 殷巍

摘 要：水工工程項目一般體量大、覆蓋范圍廣，這將會增加項目的監管難度。隨著近幾年無人機技術的快速發展，大多數水工工程項目陸續使用無人機來輔助管理人員進行項目管理。無人機因其小巧靈活、安全可靠深受使用者的喜愛，但無人機需要專業的飛手親臨現場才可完成任務，培養無人機飛手或聘請無人機航攝團隊開展項目需要花費較大的成本。為了解決這一問題，市場上開始出現無人機自動化機場設備，設備配合其操作系統可替代無人機飛手獲取工程現場數據，提高項目自動化、無人化的程度，本項目以具體的項目實例為依據闡述無人機自動化機場及系統在水工工程項目中的應用。

關鍵詞：無人機自動化機場及系統;水工工程;項目管理

中圖分類號：TP29? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0082-02

1 引言

無人機自動化機場是無人機的中轉站、換能站，具有無人機值守、遠程操控、自動充電、數據傳輸、云端管理等功能特點。可替代傳統的人工操控方式實現無人機的巡檢任務，通過網絡遠程一鍵或定時啟動無人機執行巡檢任務，現場無需人工干預。通過圖像識別實現無人機的高精度降落，完成任務后無人機自動化機場將自動收納無人機，無人機在機場內完成航攝數據的自動存儲分析和分類管理，并完成自動充電。無人機自動化機場的應用點包括：應急指揮、觀摩觀察、工程可視化管理以及精細化自動巡檢等，其中精細化自動巡檢是指結合三維航線設計技術，代替質檢人員觀察施工情況，如混凝土表觀質量、雨后邊坡質量、鋼筋模板綁扎質量，嚴格控制質量隱患，保障人員的安全。

本文以廣州港南沙港區四期工程水工土建工程為例，說明無人機自動化機場及系統在工程中的應用及功能特點。該項目是粵港澳大灣區首個大型自動化集裝箱碼頭，為了保障工作有序推進及契合南沙港區四期碼頭“智慧港口”定位，引入無人機自動化機場及其控制系統，助力探索一套適用于大型水工項目的智能化應用方案。

2 無人機自動化機場及系統的應用

無人機自動化機場及系統的應用主要包括三大部分，一是前期工作準備，二是任務執行，三是航測數據后處理。

2.1前期工作準備

前期工作準備主要包括現場考察、起飛場地選擇與安裝、空域申請。布設無人機自動化機場之前需進行現場考察，選擇無磁場干擾且衛星信號較好的場地作為無人機自動化機場布設的地址，并到相關部門進行無人機航飛空域申請。設備體積較小，采用商務轎車即可運輸至施工項目部現場，由兩名技術人員搬運安裝，安裝時需配置220V電源及網線至設備安裝點，并架設氣象站，實時監測現場風速、降雨，作為起飛的判定依據。

2.2任務執行

無人機自動化機場及系統的任務執行主要包括航線設定、無人機任務執行、精準定位與降落、數據傳輸、自動充電，具體的流程如圖1所示。

首先，操作員在UGCS軟件中設定無人機航線三維點位信息，設置好后將三維點位信息導入無人機自動化機場系統中，并在該系統上設置無人機飛行任務，主要包括航跡、拍攝點、云臺俯仰角度等，系統將設定好的航線導入地面站中。

接著，無人機自動化機場的氣象站檢測當前環境信息，包括風速、溫濕度、降雨量等，若檢測的環境信息不符合航飛要求，任務結束;若符合航飛要求，則無人機自動化機場艙門打開，無人機自動起飛并按照設定的航線信息執行任務，航拍的畫面實時在系統中直播。在無人機執行任務的過程中，可將自動航飛模式切換成手動模式，采用虛擬搖桿技術，實現無人機的遠程手動控制，這種情況一般在應急情況下使用，應急任務完成后，無人機可斷點續飛，繼續完成后續的任務。隨后無人機飛回無人機自動化機場上空，此時，系統觸發圖像識別模塊，搭載在無人機上的圖像識別攝像頭開始識別在無人機自動化機場停機坪上的二維碼信息，結合無人機自身的GPS定位系統，輔助無人機的降落。相較僅采用GPS的定位方式，圖像識別定位+GPS定位的組合方法有效的提高無人機的降落精度，減小整套系統的出錯率。

最后，無人機自動化機場檢測到無人機降落停穩后，關閉艙門。與此同時，開啟數據傳輸模塊，無人機的航拍數據無線傳輸到服務器中，操作員可遠程下載數據并處理。數據傳輸完成，無人機關機并開始充電。充電完成，任務結束。無人機自動化機場一直處于待機狀態，等待下次任務的發布。

2.3后期數據處理

基于無人機自動化機場的無人機航攝數據處理與普通無人機航拍數據處理一致。具體流程如圖2所示。

無人機數據處理是將無人機獲取的POS數據、像控點數據、相機參數等原始數據，導入數字攝影測量系統中進行平差處理計算，在平差結果達到相應規范規程要求的精度后，以立體像對基礎進行數字高程模型（DEM）、數字正射影像（DOM）、數字線劃地圖（DLG）生產的過程[1]。DEM、DOM、DLG統稱為3D產品，是數據處理工作的核心內容，經過空中三角測量得到的高精度點云數據制作DEM數據;根據DEM勻色和鑲嵌處理像片后可得DOM數據。利用DEM數據生成等高線、DOM分要素描繪范圍線，最終根據現場調繪成果修飾完成DLG數據。

3 無人機自動化機場及系統的功能及特點

3.1功能

無人機自動化機場及其系統具有實時直播、遠程操控、定時作業、微信推送、雙屏對比等功能特點。

實時直播即無人機拍攝的數據可實時遠程同步到操作系統中，管理人員在辦公室即可通過電腦查看無人機現場拍攝的畫面。實時直播作為一種移動的直播方式，不僅靈活性高、視角更為廣闊，且拍攝精度高，管理人員有親臨現場的感受，可足不出戶了解工程項目的情況。

遠程操控即管理人員在辦公室就能遠程設定無人機的飛行航線，支持電腦端或手機端操作，工作更便捷。

定時作業即管理人員可在系統上定制航拍作業時間表并設定每個時間計劃點無人機的飛行任務，系統根據既定時間發布無人機的飛行指令。

微信推送即無人機完成航飛數據采集工作后，相關的影像資料將通過微信自動推送到對應的責任人。

雙屏對比即對無人機采集的照片、視頻、720全景圖、正射影像，按照不同周期分屏對比。管理人員可以通過該功能了解一段周期內工程項目的施工進度情況，幫助管理人員做進度管理決策。

3.2特點

無人機自動化機場及其系統具有響應速度快、拍攝質量可靠、自動化程度高、管理效能高等特點。

響應速度快主要體現在無人機自動化機場無作業時，設備處于待機狀態，下達指令后，無人機可在1分鐘內起飛。

拍攝質量可靠體現在采用三維定點定線作業，無人機拍攝效果佳，可以有效解決人工拍攝質量不達標的問題。

自動化程度高體現在整套系統無需專業的無人機飛手，真正實現無人值守作業，且設備可重復使用，適應性強。

管理效能高體現在項目管理人員隨時通過電腦或平板即可控制無人機自動化機場和無人機并可快速且實時的查看現場施工狀況。無需前往現場或聽取他人匯報，解決了大型工程項目因人員多管理層級多而導致信息反饋滯后的情況。

4 結論

本文主要介紹了無人機自動化機場及系統在水工工程中的應用、功能和特點，整套設備及系統真正意義上解放無人機操作員的雙手，實現更高效智能的無人機作業，輔助工程管理人員完成高效的項目監管工作。

參考文獻：

[1]楊永明. 無人機遙感系統數據獲取與處理關鍵技術研究[D].昆明理工大學，2016.