基于无人机摄影测量技术的四维施工管理研究

王 瑞，李志斌

(北京洛斯达数字遥感技术有限公司，北京 100120)

1 概述

青藏联网工程是世界上海拔最高、穿越冻土层长、施工难度最大的输电线路工程，对促进青海、西藏经济社会和谐发展具有重要的现实意义和深远的战略意义。为实现创建优质精品工程的目标，国家电网公司对施工过程的标准化、集约化、精益化管理提出了更高要求。为提高管理效率、提升管理水平、强化工程质量、保障工程安全、保护生态环境，保证工程顺利实施，在青藏交直流联网工程建设中，探索利用无人机航摄技术辅助施工管理，实现工程建设管理手段的创新。即在传统的三维信息系统的基础上，增加时间维度，采用无人机航摄技术，融合施工建设期间的地表特征变化，以及环评水保等多种专题信息，实现施工建设的四维管控，辅助施工过程管理和决策指挥，提升工程建设管控水平。

2 无人机数据获取和处理

为了更好的辅助施工管理和保护沿线生态环境，交直流联网工程中采用无人机航摄方式，对施工现场进行实时航摄，为四维施工管理系统提供数据源，以更直观、更形象地了解工程施工现场情况及其进度。

3 构建四维施工管理系统

展示与分析无人机动态监测获取的现场资料，更好服务于工程总指挥部，辅助施工管理与环评水保，需要建立四维施工管理系统。

3.1 建立三维数字地球

利用工程前期高清卫星影像和路径优化成果，建立数字地球。数字地球以精细化三维场景为展现方式，对变电站(换流站)、输电线路、中继站等对象进行三维模拟，并展现在高分辨率的航空影像和数字高程模型上，使基建管理人员对建设场景有极为形象的了解与把握，提升管理信息化水平。

3.2 建立四维施工管理系统

在三维信息系统的基础上，加载无人机航摄影像数据，增加时间维度，构建四维施工管理系统，直观展现工程建设不同时间节点上的进度、质量、环境变迁等信息，为工程总指挥部提供工程建设现场不同时间工程建设状态的直观准确的展示。四维施工管理的概念可用图1直观表示。

图1 施工进度四维展现

4 辅助施工管理应用

4.1 辅助施工全过程管理

对施工建设过程进行全方位管理，将设计图纸、物资供应、质量安全、投资、施工进度、档案等内容纳入到系统中综合管理。将工程计划分解到每基杆塔，便于对比和跟踪。

在施工过程管理中，无人机可发挥机动性强、数据时效性好、影像分辨率高等特点，在组塔、架线阶段，将最新影像发回到四维施工管理系统后，可与对应的塔位相关联，自动识别组塔和架线进度，使得指挥部实时掌控施工进度，一目了然地查看现场实际施工情况。

在强化工程质量和保障工程安全方面，冻土基础施工质量尤为重要。无人机的飞行高度低、相机分辨率高，可以清晰的获取基坑开挖前、浇筑中、回填后的影像数据。通过持续记录每基杆塔的基坑附近影像，形成在时间维度上的有效对比机制，以可视化数据作为分析冻土基础质量的重要评价依据。

4.2 辅助环评水保

针对青藏交直流联网工程生态环境脆弱问题，借助无人机航摄技术，构建四维施工管理系统，系统可以定期监测施工单位是否按照要求，采取了规定措施保护施工现场(图2、图3)；可大范围、长期监测施工现场周围环境变化，如遇到环境破坏突发事件，可根据影像数据迅速采取应急措施；系统记录的从基坑开挖直至竣工验收的时序影像也是将来工程验收和环评水保后评估的重要依据。通过无人机航摄定期拍摄施工现场环境，在四维施工管理系统中，通过时序无人机影像数据的对比分析，确定施工单位破坏环境的范围和程度，持续跟踪施工现场布置、安全围栏架设、材料堆放方式、草垫铺设等环保水保措施执行情况，发现问题及时纠正，为工程竣工验收环评水保报告编写提供重要参考资料。施工时对塔基周围的草地保护，施工道路，水泥材料堆放，开挖生、熟土的堆放，施工安全保护措施，以及施工后的工地植被恢复、道路碾压等情况，通过无人机航摄数据一目了然，并且可以为总指挥部提供详细准确的统计数据。同时，针对施工单位的现场作业情况，无人机航摄数据也能为业主项目部考核施工单位提供详实的依据。

图2 塔位施工安全、质量、环保监测

图3 环评水保信息图

5 结语

在利用工程前期的海拉瓦路径优化成果建立三维可视化管理平台的基础之上，创新应用无人机采集时间维度影像信息，获取从局部(单基杆塔)到全局(线路走廊)的建设信息，构建四维施工管理系统,建立空间、时间、进度联动的管理方式，实现工程建设过程的四维信息管理，使得各项建设管理工作更具有时效性，更贴近工程现场实际情况，为提升青藏工程管理能力和建设水平服务。同时，通过无人机的实时监测，加强了工程建设在环保方面的监控力度，为青藏交直流联网工程“绿色环保”的总体建设目标提供了保障，也起到了对施工单位在文明安全施工方面的监督作用，充分响应了青藏交直流联网工程“和谐平安”的总体建设目标。

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