無人機在高速公路建設施工管理中的應用研究

摘要 在郊區大型基礎設施建設過程中，時常面臨著施工區域廣、工程量大和施工人員不足等難題，因而通常難以做到對現場即時監控與管理，從而可能導致建設過程中產生管理疏漏。該文旨在探討無人機技術在我國貴州省某高速公路建設項目中的應用，以此實現施工流程的信息化管控，大幅度增強建設管理效能，并有效降低安全事故發生率，進而保障工程品質。無人機技術的應用不僅能夠顯著增加對難以觸及或觀察區域的檢測頻次，還能減少潛在視覺盲區，更能有效避免人工進入高、陡、滑、深等危險地帶進行作業的需求，規避潛在的安全風險。

關鍵詞 無人機；高速公路建設；信息化；施工管理

中圖分類號 U415 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0167-03

0 引言

如今工程項目逐步趨于規模化、復雜化和國際化，信息溝通與傳播的強度大幅提升，導致施工信息化管理的需求也不斷擴展。面對復雜多變的施工信息管理難題，傳統的管理方式因其信息獲取效率低下、數據資源匱乏、安全保障不足和容易受到個人主觀判斷等影響，已難以滿足實際工程需求。因此，通過采納前沿的信息集成技術，針對建筑施工領域特有的信息管理要求和最新的技術方案，探索構建高效能的工程項目信息管理系統，是突破當前施工項目管理困難的核心策略。隨著社會不斷演進和科技持續革新，無人機近地面遙感技術因其卓越的性能和廣泛的應用前景而成為研究熱點，該技術主要通過采集目標的三維空間位置、幾何形態、輻射特性和光譜信息，實現精準定位與高效數據收集，以無人駕駛飛行器作為移動平臺，集成高精確度可見光攝像機與熱紅外攝像機等先進傳感器，確保全面無遺漏地獲取影像，大幅度提高郊外大型建設項目的施工效能和精確性，無人機技術在高速公路的建設和運維信息化管控等交通領域扮演著核心角色[1，2]。基于此，該文深入探討無人機技術在我國貴州省某高速公路實際工程中的應用，通過融合全球定位系統、遙感和地理信息系統技術，實現施工現場實時高效的信息平臺可視化管理，通過構建系統平臺，管理者能夠即時訪問并獲取施工現場的詳細信息，實現對工程項目動態的有效監管并實時制定決策。

1 工程概況

以貴州省某高速公路為工程實例，此公路作為該區域高速公路網絡布局中的“二橫”線路，構成該路網系統的關鍵環節，被認定為省級重點建設工程項目。項目橋隧占比高達55%以上，橋隧相接且結構復雜，顯著增加了該項目施工組織的難度，施工便道的規劃與建設面臨諸多挑戰。此外，工程發展與生態保護之間的矛盾需加以重視并尋求解決方案。項目橫跨三個市級行政區和五個縣級區域，地理位置坐落于區域核心經濟帶，其土地資產的市場價值顯著，但面臨著土地供應與需求之間的緊張關系和在實施征地與拆遷過程中的困難挑戰。針對提升現場管理效率、應對縮減人力成本和確保施工安全等迫切需求，該文聚焦于探討無人機在該高速公路建設與施工管理中的潛在工程效益，利用無人機的近地面遙感功能，對建設施工現場信息實現實時收集，提升對復雜且具有挑戰性的作業區域的監督效能，減少施工人員在潛在危險環境下工作的風險。此外，通過三維重建技術，確保現場原始狀態的可追溯性，為決策提供更為直觀和可靠的數據支持。

2 無人機技術的高速公路施工管理應用方案設計

2.1 無人機施工管理方案設計

考慮到高速公路等大型建設項目施工管理的需要，采用無人機執行施工現場數據信息收集任務，經過全面分析所收集數據，生成反映施工品質、現場安全狀況和項目進展分析報告。首先，將信息匯總并保留至數據庫，然后，利用便攜式設備即時向工作人員顯示最新數據，輔助其進行判斷并迅速應對現場出現的問題。當管理人員需要查閱實地以往數據時，能夠通過便攜設備請求直接接入資料庫進行閱覽。該文圍繞高速公路建設施工信息管理的核心理念，探討無人機技術在該領域中的應用策略及無人機技術和施工信息管理的協同關系，在該協同管理架構內，深入評估數據的獲取、處理和運用等3個方面的高效性。以地貌信息收集為例，傳統的數據收集主要依賴人工操作，采用傳統測量工具進行現場數據的測量收集，該方案不僅效能低下，還存在嚴重人力成本負擔，而無人機作為一種新穎的智能化裝備，具有機動性高、可廣泛收集數據和對地理障礙敏感度低等顯著特性，能夠迅速獲取現場訊息，明顯提升數據搜集效能。全面數據采集是工程管理中的重要環節。當前數據處理的各階段仍廣泛依賴人工操作，這不僅導致處理效率低下，還帶來過多人為不確定性因素，為了保證數據處理過程高效率、實現操作自動化和降低數據精確度損失，引入計算機圖像分析、航空三角測量和區域網調整等技術手段，精細加工可見光成像資料。在多種工作環境中，深入探討并調整測量參數，確保與項目管理需求形成一致性進行規范對接，構建統一操作流程。數據挖掘的首要任務在于全面分析案例高速公路建設項目、專業工序流程和安全操作標準等文檔資料，以此為基礎，建立依托于無人機技術的自動化高速公路建設施工管理平臺，并嚴格把控數據處理過程中生成的施工品質、安全防護、項目時間規劃和應急處理等標準化測量數字資料。將上述經規范化處理的數據集成到智能化監控和決策平臺，開展多維度信息對比研究，高效評估工程現場中各項工序的施工品質、安全防護措施和完成進度等關鍵指標，從而促使項目管理實現更高層次的精密度與數字化[3]。

2.2 無人機施工管理程序

通過融合理論分析和實際飛行拍攝測試，制定詳盡的無人機近地飛行拍攝測量操作規程，作業步驟如圖1所示。

3 公路工程施工進度管理應用

該文以貴州省某高速公路段為例，運用無人機技術實施周期性數據收集，獲取該工程的完整施工動態。該案例公路段總長度為12.585 km，由三人團隊在特定路段部署六個地面控制點，并借助GPS RTK技術精確測量控制點的坐標信息。隨后，通過無人機迅速收集現場數據，整個數據采集過程大約耗時4 h，共計獲取245張航拍照片。最后，將航空影像資料輸入數據處理工具，執行半自動化處理。在5 h內完成數據處理并得到三維點云與數字正射影像（DOM）。無人機監控下施工項目進度評估內容主要包括拆遷工作（如當前已完成12處拆遷，累計影響1.86 km的道路尚未被清除）、臨時設施（如已分別建4個拌和站與鋼筋加工場地，并均計劃增設2個）、橋梁工程（如已開工與待開工橋墩數量分別為137個與318個）、涵洞建設（如已啟動涵洞工程共計7座）和現場設備配置（如現有125臺樁機）。通過分析生成的三維點云與DOM等數字結果，可系統化提煉數據，從而迅速獲取施工區域的拆遷進度、臨時設施建設狀態、道路基面高度及橋梁與涵洞的建設動態，可高效構建現場實際狀況與管理層間的溝通紐帶，為實現整體施工進程精確監控提供核心數據資源，并輔助作出決策。需要說明的是，無人機工程項目的時間規劃與控制涉及以下核心模塊：（1）征拆進度，具體指拆遷工作完成情況及其對路線長度的影響；（2）臨時設施建設與選址，包括施工便道的開通與硬化拌和及拌和站、鋼筋加工廠和預制梁場的建設進度；（3）關注路基工程的路基清表、填挖高程調整和路基寬度；（4）詳細記錄橋梁建設工作面及外露部分的進度；（5）追蹤涵洞工程的開工情況；（6）管理樁機、架橋機和塔吊等設備[4]。

4 公路工程施工質量控制應用

4.1 路基邊坡施工質量控制

以往傳統的邊坡質量控制方法需要技術工人前往現場，采用測量設備對邊坡的輪廓線和陡度進行人工檢查，此方案收集的數據有限，同時存在較高安全風險。通過無人機進行近地面遙感作業來收集邊坡施工區域數據，能夠迅速識別潛在質量問題，從而有效降低工程成本和風險。以該文案例高速公路某路段為例，針對K70+950～K71+050區段右側的多級路基邊坡，通過輕型旋翼無人機在1.5 h以內高效完成全域數據采集任務，共計獲取390張航拍影像。將航拍影像資料輸入特定數據處理工具，執行半自動化處理。在5 h以內完成數據處理任務，將地面分辨率設定為0.82 cm，并確保平面位置的誤差不超過±0.03 m，同時保證高程的誤差維持在±0.05 m以內，上述參數完全符合城市測繪規范中針對比例尺為1：1 000地形圖精度的標準，數據集適合作為評價邊坡穩定性和工程進展情況的有效量化依據。利用生成的高精度三維點云數據和DOM，能夠深入分析坡面邊界、傾斜角度、平臺寬度、高度差及安全防護措施的狀態，從而為施工建設現場的實際操作提供精確指導[5]。

由圖2可見，當實際的高邊坡輪廓與設計方案存在偏離，如第五級邊坡的實際傾斜度較設計更為陡峭，項目管理者能夠迅速識別出此類差異，該無人機監測結果能夠即時指示現場人員采取糾正措施，有效防止工程失誤累積，從而避免巨額工程成本損失。

4.2 疏浚置換施工質量控制

疏浚淤泥并置換新填料施工的質量控制對高速公路在投入使用后的路基沉降具有顯著影響。當前的疏浚置換操作過程中，承擔測量任務的專業人員往往借助全站儀或GPSRTK等設備，采用格網法或斷面法的方式，對施工區域進行實地考察，記錄地面狀況和高程數據，此方法收集地理信息效率較低，獲得數據集規模有限，并且整個實地測量過程和后續數據分析都需要人工操作，最終量測結果還可能會受到操作者的專業技術能力和心理狀況等不確定主觀因素影響。無人機可以通過航行線路規劃高效收集疏浚置換過程中的詳細信息，并采用自動化數據處理手段制成具備極高解析度的正射影像地圖，進而獲取精準至厘米級的地形細節，該方案可極大加快收集清淤換填相關數據的速度并提高數據精確度，保障信息的公正性與可信度。

5 公路工程施工安全管理應用

邊坡的穩定性受到多種關鍵因素制約，包括邊坡自身建造質量和周圍環境等因素的影響。在施工階段，因測量技術手段的局限性導致對周圍環境數據收集不足，從而時常忽略周邊環境因素對邊坡安全穩定性的潛在影響。選取該文案例高速公路某施工區段中的高陡邊坡為研究對象，利用無人機設備采集該邊坡及周邊環境詳細信息，通過應用三維建模技術，實現對邊坡頂端排水設施精確評估，結果顯示存在兩處人工開鑿溝渠，這些溝渠在強降雨期間會引發集中水流沖刷，對邊坡穩定性構成嚴重威脅。通過無人機收集數據，項目負責人能夠即時對山坡頂部的排水系統進行必要優化與改進，從而有效預防潛在工程災害。此外，高速公路建設過程冗長，而貴州省雨季降水相對豐富，會顯著增加正在挖掘邊坡的受損風險，從而威脅到施工的安全性，采用在緊急救援中無人機的近地面遙感技術，能夠迅速獲取山體滑坡后地貌的現狀，通過數據分析來計算滑坡的覆蓋范圍、影響地域和滑坡總體積，為救援團隊和資源合理分配提供精確數據支持。

6 結論

該文以我國貴州省某高速公路為實際工程案例，借助無人機近地面遙感先進技術，來增強高速公路施工信息管理平臺效能，從而大幅度優化管理成效，降低安全隱患，確保工程品質，使建設效率顯著提升。

在道路施工管理過程中，管理人員可實現隔空管理，僅通過計算機界面即可清晰且全面掌握工程進展狀況。在工程進度監管方面，可通過三維點云等數據迅速獲取施工區域拆遷進度、臨時設施建設狀態和路基及涵洞等建設動態，在質量控制方面，可顯著提升對難以觸及或直接觀測區域的檢查力度，有效減少被忽視區域。在安全管理方面，可減少員工進入高、陡、滑、深等危險區域執行任務次數，降低安全事故風險。數據全面追蹤能力突出，能夠精確復原以往場景的三維圖像，為工程建設和日常運營等供給足夠數據資料。未來在選取更為先進的無人機檢測設備和數據信息分析系統時，應精準聚焦于所需監控的多樣化目標和難題，加速施工現場管理信息化進程，確保施工動態的高精度和高效率實時監控和管理，支撐建設過程的科學決策與高效組織，助力綠色智能高速公路建設方面呈現顯著實用價值。

參考文獻

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[4]謝振文，巢萬里，劉文劼，等.基于空-地協同的公路邊坡施工監測與策略調控探究[J].公路工程， 2022（3）：97-103+142.

[5]祁宇超，李全林，孫梅.無人機管理技術在公路建設的應用探討[J].福建交通科技， 2022（1）：93-97.

收稿日期：2024-08-28

作者簡介：許維平（1986—），男，本科，助理工程師，從事高速公路綠色交通數字信息化工作。