无人机在建筑工地的应用研究

陈志辉 宋艳玉

[摘 要]随着市场竞争日益激烈，建筑企业的利润越来越低，新技术的蓬勃发展也给建筑业的传统管理方式带来了一定的冲击，无人机作为近年来兴起的热门技术，已推广至民用领域，其在建筑领域应用的可能性也逐渐凸显。本文针对建筑工地管理中存在的问题，通过采用无人机技术，对管理不全面、扬尘污染和施工效率低等现场管理问题进行改善，对于加强工地管理具有重要的意义。

[关键词]无人机；建筑工地；科学管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.080

[中图分类号]TU71 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）18-0-03

1 无人机概述

1.1 无人机简介

无人机（UAV）是一种具有动力装置和导航模块机且无人驾驶的航空器，通过无线电遥控技术或电脑编程能够在一定范围内实现自主飞行。1917年，世界第一架无人机在英国诞生，但是在19世纪50年代才开始投入使用，主要用作靶机。无人机借助体积小、灵活，以及可以在空中活动的优势，能够很好地完成各种侦查任务，并且在军事中得到广泛推广。同时，无人机已经逐渐出现在人们的生活中，给人们深刻的印象是航拍，由于成本及维修费用低廉，得到了空前发展。无人机像手机一样拥有近乎无限的APP搭载能力，将应用于更多、更专业的领域，如灾害预测监测与评估、天气预报、农业监测管理、国土资源环境调查、城市管理、海事信息化建设和农业监测管理等。

1.2 无人机的技术特征

1.2.1 遥感技术

遥感技术的工作原理是光谱特性，由于任何物体的吸收光和反射光的性能不同，遥感技术可以通过对物体反射的光谱进行分析进而达到观测物体的目的。无人机遥感技术是一种通过无人机在空中获取数据的技术，通过无人机搭载的遥感器对物体辐射或反射出来的光谱进行分析。人们最早用卫星和飞机收集数据，相比之下，无人机更适合在空中收集信息，卫星的视线会受云层遮掩干扰，并且访问时间漫长无法获得实时信息，与卫星和飞机相比，无人机成本低、灵活度高、操作方便、安全性高。

1.2.2 GPS导航技术

GPS技术在生活中的运用相当广泛，如谷歌地图、高德地图等。无人机采用GPS技术，可以定位无人机的具体位置使其沿着预定的路线飞行，再搭载高清摄像头，可实现自动航拍。

1.2.3 避障技术

无人机数量日益增多，人们对其操作的安全性有了更高的要求。无人机在低空飞行，若是环境复杂很有可能在空中碰到障碍物，为了保证无人机的安全，不仅要求操作人员技术熟练，而且对于无人机自动避障的要求也越来越高。避障技术能让无人机在空中碰到障碍物时，能够监测无人机与障碍物的距离，实现避障，如今的避障技术日益成熟，从而使无人机具备更高的安全性，对于无人机在监控领域的应用具有重要的意义。

1.2.4 影像处理

无人机遥感机动灵活、安全高效、成本较低，具有很多优点，但是由于它的飞行特性导致遥感影像旋转角度大、畸形严重、重叠不规则，人们不能从这样的影像中获得信息。无人机影像处理至关重要，人们可以通过几何级数将其转换成几何图形，生成高精度的2D或3D模型，较常见的影像处理软件有Pix4D和Photoscan等。

2 建筑工地存在的问题

2.1 安全监管不全面

建筑工地的安全问题一直以来都是人们关注的问题，随着“智慧工地”的概念深入人心，人们越来越重视建筑工地的安全问题。建筑施工现场工作种类多、人员流动大、地形复杂，因此具有较大的安全隐患。近年来，“智慧工地”风靡，人们越来越重视信息技术在现场管理中的应用，逐渐采用远程监控管理施工现场的方式，发现问题后及时与现场管理人员进行沟通。这样的管理方式存在一定的缺陷，因为事故多为突发情况，现在能做的安全防范多为事前和事中防范，上述的管理方式也是如此，但是施工现场环境复杂，对于监控的布置一般选取一些关键位置，主要用来监控材料堆放是否合理，而对于人员操作是否违规、装备是否齐全等就无法进行监控，从而存在安全监管不全面的问题。

2.2 扬尘污染环境

近年来，国内环境问题越来越严重，特别是很多城市的雾霾不断加剧，环境问题成了人们重点关注的问题。雾霾主要由工业、交通和建筑施工排入空气中的颗粒物引起的，而建筑工地内部的各类施工、运输等引起的扬尘，会将大量的颗粒物排到空气，因此施工现场的扬尘现象成为环境治理的重点。

2.3 施工效率较低

相关资料显示，商业建筑项目花费常超出80%，工程进度落后20个月。这些数字反映出施工效率较低，如此低效的施工进程显然与生活节奏日益加快的现代社会格格不入。建筑工地的施工效率受气候、工人素质、管理方式及技术等因素影响较大，极端气温和恶劣天气都不适合施工，工人的素质高低对于施工效率也有重大影响，往往决定了工程的质量好坏。天气因素属于不可控因素，而施工人员素质是可以提高的。

3 无人机在建筑工地的应用

相关数据显示，2017年上半年，全国发生6 371起建筑施工安全事故，造成7 804人死亡，给建筑行业造成了巨大的经济损失，反映出建筑工地在安全方面存在重大隐患。由于无人机技术日益成熟，需求不断增长，正逐渐走向商业化道路。技术稳定、摄像技术不断进步也让无人机在建筑工地的施工管理中具有广阔的前景。

3.1 在安全监管方面的应用

建筑工地存在严重的安全隐患，而安全事故的发生往往是突然的，监管者需要实时观察施工的安全情况防患于未然，而传统的监察方式一般为人工监察和监控监察，人工监察较灵活但是过于的费时、费力，且效率较低，无形中增加人工成本，监控虽然能让监管者获得实时信息，但是监控不灵活、视角单一，且有死角，对于突发事件反应比较慢。而无人机在空中对工地进行俯拍，图像可以在智能手机平板设备或计算机上显示，可以实现实时场外监控，发现问题及时和现场人员联络，无人机在空中拍摄视角更广，灵活多变，可以通过算法算出最佳拍摄位置，以此更有利于捕捉信息，在对拍摄图像进行处理后可以得到三維图像，便于施工进度评估。而且，无人机还能捕捉到较高的设备安装情况，这是定点监控很难做到的。

3.2 在扬尘监控方面的应用

施工的扬尘处理是现在的热问题之一，常用的监测方式一般通过视频监测和仪器采样，这些方法虽然在精度方面较高，但是容易受到干扰，效率低。无人机应用于扬尘监控，可以自动、准确地识别宽广区域的污染源。针对不同施工现场的施工特点和地理特征，技术人员可以对作业区域进行网格化划分，确定图像采集点和采集的方法，让无人机按照规定的路线进行图像采集，从而有利于提高扬尘防治的效率。

3.3 在提高施工效率方面的应用

建筑工程开工往往都有进度安排，但是实际上由于各种原因，工程存在返工或缓工等现象，进度缓慢。无人机遥感影像处理得到的三维影像可以为监管团队提供参考，可以清楚地了解工程的进展情况并且做出相应的调整。无人机采集的信息能够及时更新，可以在很大程度上提高施工效率。

3.4 在节省成本方面的应用

无人机在建筑工地的应用是商业应用，商业应用和经济话题分不开。相关资料显示，分别用传统的方式和无人机完成占地7.5 hm2施工现场的扫描任务，成本差异来自人工操作：传统方式需要2个人，用时11.5小时，而无人机只需要1个人，用时50分钟。由于采购、保险等因素，无人机的初始成本要高于传统方式，但是只需要8次任务，投资回报就开始呈现。因此无人机在建筑工地的应用可以节省成本。

4 无人机在应用时应注意的问题

4.1 建筑工地的地形复杂

建筑工地人员复杂、器械材料种类繁多，不利于无人机采集图像，且空间混乱、高度参差不齐，不适合无人机飞行，因此对于操作人员有较高的要求。因此需要对工地物体的堆积和器械的操作标准化，减少无人机和物体发生碰撞，也有利于采集图像。

4.2 注重提高操作人员的素质

无人机的电池续航能力较差，大概只能用1个小时，而无人机在建筑工地要全天候的工作，从而就需要给无人机配备许多电池来维持其正常工作，并且需要不断更换电池，增加了操作人员的工作负荷。无人机在飞行拍摄的过程中，需要稳定飞行才能保证拍摄质量，而稳定的飞行受到天气因素及操作人员的水平影响，在相同的天气状况下，操作人员的操作水平决定了图像的清晰程度，因此需要对操作人员加强培训。

5 无人机在建筑工地的应用展望

无人机飞速发展，将应用于各行各业。随着科技的进步，以及对高新技术的重视，对无人机技术的研发投入不断增大，相关技术不断成熟，国内无人机发展迅速。据统计，2015年我国无人机销量约9万架，交易金额达到23.3亿元。据预测，到2018年，我国民用无人机市场规模将达到110.9亿元，到2020年，其年销量将可达到65万架，增幅迅猛。从这些数据可以看出，我国对无人机的需求与日俱增，也说明了无人机技术日益成熟所带来的便捷得到消费者认可。虽然民用无人机数量正在上升，但是无人机在建筑工地的应用并不普及。国内目前的无人机主要以航拍居多，随着无人机的技术日益成熟，无人机的商业价值会得到更好的体现，将更多地进行商业应用，无人机在建筑工地广泛应用也只是时间问题。

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