无人机自动化机场及系统在水工工程项目中的应用

廖健雄 韩文锋 殷巍

摘 要：水工工程项目一般体量大、覆盖范围广，这将会增加项目的监管难度。随着近几年无人机技术的快速发展，大多数水工工程项目陆续使用无人机来辅助管理人员进行项目管理。无人机因其小巧灵活、安全可靠深受使用者的喜爱，但无人机需要专业的飞手亲临现场才可完成任务，培养无人机飞手或聘请无人机航摄团队开展项目需要花费较大的成本。为了解决这一问题，市场上开始出现无人机自动化机场设备，设备配合其操作系统可替代无人机飞手获取工程现场数据，提高项目自动化、无人化的程度，本项目以具体的项目实例为依据阐述无人机自动化机场及系统在水工工程项目中的应用。

关键词：无人机自动化机场及系统;水工工程;项目管理

中图分类号：TP29              文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0082-02

1 引言

无人机自动化机场是无人机的中转站、换能站，具有无人机值守、远程操控、自动充电、数据传输、云端管理等功能特点。可替代传统的人工操控方式实现无人机的巡检任务，通过网络远程一键或定时启动无人机执行巡检任务，现场无需人工干预。通过图像识别实现无人机的高精度降落，完成任务后无人机自动化机场将自动收纳无人机，无人机在机场内完成航摄数据的自动存储分析和分类管理，并完成自动充电。无人机自动化机场的应用点包括：应急指挥、观摩观察、工程可视化管理以及精细化自动巡检等，其中精细化自动巡检是指结合三维航线设计技术，代替质检人员观察施工情况，如混凝土表观质量、雨后边坡质量、钢筋模板绑扎质量，严格控制质量隐患，保障人员的安全。

本文以广州港南沙港区四期工程水工土建工程为例，说明无人机自动化机场及系统在工程中的应用及功能特点。该项目是粤港澳大湾区首个大型自动化集装箱码头，为了保障工作有序推进及契合南沙港区四期码头“智慧港口”定位，引入无人机自动化机场及其控制系统，助力探索一套适用于大型水工项目的智能化应用方案。

2 无人机自动化机场及系统的应用

无人机自动化机场及系统的应用主要包括三大部分，一是前期工作准备，二是任务执行，三是航测数据后处理。

2.1前期工作准备

前期工作准备主要包括现场考察、起飞场地选择与安装、空域申请。布设无人机自动化机场之前需进行现场考察，选择无磁场干扰且卫星信号较好的场地作为无人机自动化机场布设的地址，并到相关部门进行无人机航飞空域申请。设备体积较小，采用商务轿车即可运输至施工项目部现场，由两名技术人员搬运安装，安装时需配置220V电源及网线至设备安装点，并架设气象站，实时监测现场风速、降雨，作为起飞的判定依据。

2.2任务执行

无人机自动化机场及系统的任务执行主要包括航线设定、无人机任务执行、精准定位与降落、数据传输、自动充电，具体的流程如图1所示。

首先，操作员在UGCS软件中设定无人机航线三维点位信息，设置好后将三维点位信息导入无人机自动化机场系统中，并在该系统上设置无人机飞行任务，主要包括航迹、拍摄点、云台俯仰角度等，系统将设定好的航线导入地面站中。

接着，无人机自动化机场的气象站检测当前环境信息，包括风速、温湿度、降雨量等，若检测的环境信息不符合航飞要求，任务结束;若符合航飞要求，则无人机自动化机场舱门打开，无人机自动起飞并按照设定的航线信息执行任务，航拍的画面实时在系统中直播。在无人机执行任务的过程中，可将自动航飞模式切换成手动模式，采用虚拟摇杆技术，实现无人机的远程手动控制，这种情况一般在应急情况下使用，应急任务完成后，无人机可断点续飞，继续完成后续的任务。随后无人机飞回无人机自动化机场上空，此时，系统触发图像识别模块，搭载在无人机上的图像识别摄像头开始识别在无人机自动化机场停机坪上的二维码信息，结合无人机自身的GPS定位系统，辅助无人机的降落。相较仅采用GPS的定位方式，图像识别定位+GPS定位的组合方法有效的提高无人机的降落精度，减小整套系统的出错率。

最后，无人机自动化机场检测到无人机降落停稳后，关闭舱门。与此同时，开启数据传输模块，无人机的航拍数据无线传输到服务器中，操作员可远程下载数据并处理。数据传输完成，无人机关机并开始充电。充电完成，任务结束。无人机自动化机场一直处于待机状态，等待下次任务的发布。

2.3后期数据处理

基于无人机自动化机场的无人机航摄数据处理与普通无人机航拍数据处理一致。具体流程如图2所示。

无人机数据处理是将无人机获取的POS数据、像控点数据、相机参数等原始数据，导入数字摄影测量系统中进行平差处理计算，在平差结果达到相应规范规程要求的精度后，以立体像对基础进行数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划地图（DLG）生产的过程[1]。DEM、DOM、DLG统称为3D产品，是数据处理工作的核心内容，经过空中三角测量得到的高精度点云数据制作DEM數据;根据DEM匀色和镶嵌处理像片后可得DOM数据。利用DEM数据生成等高线、DOM分要素描绘范围线，最终根据现场调绘成果修饰完成DLG数据。

3 无人机自动化机场及系统的功能及特点

3.1功能

无人机自动化机场及其系统具有实时直播、远程操控、定时作业、微信推送、双屏对比等功能特点。

实时直播即无人机拍摄的数据可实时远程同步到操作系统中，管理人员在办公室即可通过电脑查看无人机现场拍摄的画面。实时直播作为一种移动的直播方式，不仅灵活性高、视角更为广阔，且拍摄精度高，管理人员有亲临现场的感受，可足不出户了解工程项目的情况。

远程操控即管理人员在办公室就能远程设定无人机的飞行航线，支持电脑端或手机端操作，工作更便捷。

定时作业即管理人员可在系统上定制航拍作业时间表并设定每个时间计划点无人机的飞行任务，系统根据既定时间发布无人机的飞行指令。

微信推送即无人机完成航飞数据采集工作后，相关的影像资料将通过微信自动推送到对应的责任人。

双屏对比即对无人机采集的照片、视频、720全景图、正射影像，按照不同周期分屏对比。管理人员可以通过该功能了解一段周期内工程项目的施工进度情况，帮助管理人员做进度管理决策。

3.2特点

无人机自动化机场及其系统具有响应速度快、拍摄质量可靠、自动化程度高、管理效能高等特点。

响应速度快主要体现在无人机自动化机场无作业时，设备处于待机状态，下达指令后，无人机可在1分钟内起飞。

拍摄质量可靠体现在采用三维定点定线作业，无人机拍摄效果佳，可以有效解决人工拍摄质量不达标的问题。

自动化程度高体现在整套系统无需专业的无人机飞手，真正实现无人值守作业，且设备可重复使用，适应性强。

管理效能高体现在项目管理人员随时通过电脑或平板即可控制无人机自动化机场和无人机并可快速且实时的查看现场施工状况。无需前往现场或听取他人汇报，解决了大型工程项目因人员多管理层级多而导致信息反馈滞后的情况。

4 结论

本文主要介绍了无人机自动化机场及系统在水工工程中的应用、功能和特点，整套设备及系统真正意义上解放无人机操作员的双手，实现更高效智能的无人机作业，辅助工程管理人员完成高效的项目监管工作。

参考文献：

[1]杨永明. 无人机遥感系统数据获取与处理关键技术研究[D].昆明理工大学，2016.