计算机无人机遥感技术在建筑测绘工程中的应用

林 凯

(咸阳职业技术学院,西安712000)

0 引言

无人机已用于测绘、建模及灾害监测中。遥感技术在无人机启动前由计算机系统完全控制,但无人机通常则是由人在一定距离上控制的。计算机无人机遥感技术的发展令摄影测量能够获取高分辨率的实时航空图像,数据由实地测量员收集,用打印机生成纸质地图绘制到地图上。电子距离测量用于快速距离测量,提供了一种拍摄平面位置的方法,减少了生产地图所需的测量量。表1为传统映射方法存在的缺点[1]。

表1 传统方法映射的缺点

建筑行业的数字化发展促使无人机数字化应用越来越广泛。其可收集数据,监测正在进行的建设项目,维护已完成的项目。采用无人机可有效地共享数据,解决建筑工地施工中存在的问题,用于测绘、进度监控、安全监控及资产维护等方面[2],提高施工的安全性,降低检查成本。目前,计算机无人机遥感测量技术已成为获取空间信息的热门技术,可用于损坏评估、现场测量、安全检查、进度监测、建筑物维护中。

1 计算机无人机遥感采集系统

无人机遥感采集工作由三部分组成,即现场软硬件系统、工业/办公软硬件系统及专业的技术操作人员。图1为无人机遥感采集系统的软硬件组成[3]。野外系统包括无人机飞行器飞行平台、任务载荷设备及地面站。任务负载设备配备测绘遥感设备、相关控制系统及数据链。无人机飞行器飞行平台包括机体、飞行动力系统、飞行控制及操作系统。办公系统的功能模块包括计算机后处理系统、设备预处理系统、辅助演示系统及无人机维护平台。在整个系统应用过程中,现场系统位于前端,办公系统位于后端。要完成建筑信息采集,必须建立多种类型的无人机飞行设备与不同的权重、类型、任务、产品型号。

图1 计算机无人机遥感采集系统内外软硬件系统的组成Fig.1 Hardware and software system of remote sensing acquisition system of computer UAV

2 计算机无人机遥感技术的具体应用

2.1 在建筑安全中的应用

利用计算机无人机遥感技术进行施工现场检查可以发现潜在的事故点,并进行风险分析,扩大安全工作覆盖面,最大限度地降低安全风险。无人机可以更快地进行安全检查,及时抵达工作现场,实时采集施工现场的活动视频。过去对施工活动的安全监测与监督主要由施工经理与安全经理目视完成。而无人机可准确测定建筑工地的安全合规性,如对安全装置的合规性进行实时监控。Gheisari M[4]等认为,计算机无人机系统可以更快地进入危险工作场所,通过配备各种类型的传感器,将有价值的数据传输给工作人员,协助完成现场安全监控。

计算机无人机遥感技术可提高安全性,人们利用无人机系统了解具体的安全管理情况,提升现场安全监测水平,保障建筑施工安全。研究显示,采用李克特量表收集(1=低,6=高)问卷,回答中位数与平均评分(见表2)。可以看出,无人作业系统在提高安全性方面可检测因臂架车辆与起重机在架空电线附近接触而可能发生的触电事故,检测因坠落保护系统使用不当或在未受保护的边缘及开口附近工作而可能发生的坠落危险,预测在臂架车辆或起重机附近工作而可能发生的撞击事故。检查标记或锁定程序、人体工程学条件及保护机械的使用等。就使用频率而言,无人机最常用于监测靠近架空电力线的吊臂车辆/起重机作业,在吊臂车辆/起重机附近工作并进行事故后调查。结果表明,利用无人机可监测架空电力线附近的吊臂车辆或起重机及各类活动,监测未保护的边缘或开口。就安全检查应用的UAS技术特性而言,需要确保摄像机的可移动性、感知与躲避能力及实时视频通信反馈能力[4]。

表2 使用计算机无人机遥感技术提升现场安全监测及控制实践的有效性、频率及重要因素

2.2 实景建模技术的应用

计算机无人机遥感技术以其稳定性被广泛用于多种行业,特别是在测绘领域,无人机能够高效获取地面影像,绘制高精度的中、大比例尺地图,生成数字高程模型,具有拍摄角度自由、操作灵活等优点,可对无人机图像进行有效补充。结合无人机与摄像机的特点及优势,可完成全方位、高效率的图像数据采集。Wang[5]等对数字无线测绘应用进行了深入研究,为验证无人机与摄像机(地空)图像集成的三维重建方法所建立的三维模型精度是否能满足装配式建筑构件安装偏差检测的精度要求,采用该方法对实物进行三维重建。图2展示了该模型观测数据的准确性及偏移误差,其中,着陆偏差主要集中在1级风10 cm左右、20 cm以内,2级风为20 cm以内,3级风为30 cm以内。4级风时,着陆偏差位30 cm左右,5级风时,只有小部分着陆偏差大于40 cm。这说明无人机在该仿真环境下实现了较好的着陆精度,着陆误差随风速的增大具有一定的随机性。无人机的着陆偏差关系着其能否安全、准确地降落在所设计的自动着陆台上,这是监控系统实现采集与自动延续功能的前提。试验结果表明,与传统的检测方法相比,该方法直观、快速、准确,可批量完成轴线位置与高程偏差检测,实现无接触测绘。

图2 观测数据的准确性与偏移误差Fig.2 Accuracy and offset error of observation data

3 结束语

科技水平的不断提高极大地促进了遥感技术的发展,其与常规技术相融合,实现了更便捷的信息获取。目前,计算机无人机遥感技术已被应用于建筑物检查、损坏评估、现场测绘、安全检查、进度监测及其他各种建筑任务中,具有成本低、可达性好、安全性高等优势。可提升摄像机的可移动性与感知能力,实现视频通信反馈,加强现场安全监测及控制水平,进行大量的虚拟检查及地形测绘,提供高质量的航空图像及数据,协助完成建筑工地的检查与监测,具有广阔的发展前景。