无人
机
在工程建设领域的应用与发展
任江刘莹颖中国航空规划建设
发展
有限
公
司
摘要本文介绍了无人机在民用领域的应用情况概括了在
工程建设测绘领
域
应用无人机相
关
技术的
优
势并通过典型应用案例详细分析了在测量计算三维扫描三维重构施工管理变形监测等环节
应
用无人机技术的可行与价值优势随着无人
机
技术发展结合其成本性能功能等方面优势的不断提
升对无人机在工程建设领域的信息化发展方向与前景进行展望为推动行业的多维度信息化数字化发展提供支撑
关键词无人机数字化测量三维扫描施
工管理变
形
监测
引言随着我国整体信息科学和相关应用的快速发展我国各行业对空间以及目标数据的需求也急剧增长
而军用无人机因其在环境下执行任务的优势以及灵活机动等特性在
民用
领域得到了长足发展与应用尤其为电力通信气象农林海洋等领域提供了更为
便捷高效
安全
的监
测管理
方法
如今工程建设领域长期采用的人工作业不仅人员劳动强度大而且速度慢效率低借助无人机的
低
成本与高机动性以及先进的数字化摄影测暈技术定位技术技术等将大大提髙信息
采集
与监测的
空间自由度不受地面人员交通条件的限制实现从零至数千米不同距离高度角度对建设目标与空间的
信息捕获因此本文正是围绕无人机在工程建设领域应用这主题研究了其在建设测绘与施
工运
营监测中的应用为行业的多维度信息化数字化发展提供新的思路
无人机在民用领域的发展现
状
从早期自动飞行的炸弹到世纪年代真正意义上的第架无人机英国蜂后无人
机
现代无人机的发展从可回收能遥控操作和自主飞行朝着高度集成化多任务平台机多用的方向发
展美国成立了个世界级的无人机应用中心专门研究装有高分辨率相机传感器无人机的
商业应用以色列组建了专门的民用无人机及其工作模式的试验委员会给予苍鹭无人
机非军
事任
务执行证书并与有关部门合作展开多种民用任务的试验飞行欧州在年制定并立刻多方集资付
诸
实施了民用无人机发展路线图之后欧盟拟成立个泛欧民用无人机协调组织为解
决最关键
的空中
安全与适航问
题提供帮助
目前国外的民用无人机已经在各个行业积极铺展开来网络零售巨头亚马逊正在使用无
人机
进行快递服务美国国家海洋和大气管理局用无人机追踪热带风暴有关数据借此完善飓
风
预警
模
式雅马哈无人机利用配备的红外照相机监测农作物的生长情况加拿大警方利用装备有前视
红外摄像仪警用无人机搜救失踪人
员
我国民用无人机的起步并不算晚世纪年代初就将自行研发的无人机在地图测
绘
和地质
勘探
中作了尝试近些年专为民用研制的黔中无人机实现顺利首飞可全自主起飞着陆悬停和航路规划的蜜蜂无人直升机能应用于农业喷洒电力巡查防灾应急航拍测绘中继通
信
等
垂直尾倒桅尾双发三种型号的系列无人机已成功完成我国西部无图区个县城区
域的数码航摄任务7民用无
人机
无人机在工程建设测绘中旳应用及优势
随着各种新型传感器和摄影测量平台的不断发展基于无人机的数字化测绘技术克服了常规
传统航
空
摄影技术成本高飞机姿态控制不精确人工测量手段条件困难等问题因此在规划资源数据获取以及
小范围快速成图方面得到了蓬勃发展为以下建设领域提供了有力支撑
城镇规划与管
理
伴随着城市化的发展目标目前我国仍有数以万计的小城镇尤其是处于边远地区面积较小分
布零散的区域规划缺乏高精度空间的信息源基于无人机的测绘系统可对大比例尺土地利用图地
形
图进行修测和补漏工作从而为的规划制图提供经济快速的数据源
道路建设包括铁路无人机在道路建设中的应用包括利用航片进行各种专题内容判释及航测测图为线路方案比选和线路的勘测设计提供资料同时结合航片进行地质水文判释以配合线路方案比选满足道路设计初
测用
图
的需要因此基于无人机的测绘技术的应用对道路建设工程前期的线路选定及桥渡方
案后期工程
的
泥
石流崩塌滑坡调查都能起到良好的作用
厂房设备土石方量计算及位置和朝向确定通过无人机的航测系统获取的高精度工点地形图可为厂房外部设备计算土石方量提供基础
资
料如风电厂的吊装平台和风机基础在设计设备平台时依据厂家资料对机位点地物地貌情况判释可以合理选择设备平台位置及尺寸依据方格网法可以对基础及设备平台的土石方量进行计算同时在确定设备朝向时通过对机位点地貌情况判释以及通过与基础道路线路等专业的配合可
以选择出更
加合理的位置及
朝
向
设计施工和选址在组织施工设计和风电场升压站选址时应用航片的判释容易选择出较好的设计方案通过对地物的判释为拟订施工运输方案提供资料通过对道路水源电力线及管道判释为施工便道用水供电等提供设计参考资料此外在场区防洪设计时通过对航片河沟洪水位点水坡
点等的立体判释
参照地质判释资料可以大大减少外出测绘工作
无人机在建设运营中的典型
应
用案例
为提高勘测设计质量加快设计施工进度基于无人机的数字化摄影测量技术作为种勘测手段发
挥
了重要作用除了在上述测绘领域得到了推广应用伴随着传统建筑业的升级改造以及信息化程度的
提
升无人机搭载更为先进的数字化测量设备结合更加高效的信息化手段为解决更多问题提供新的方法
臂
基于无人机的施工管理无人机的强大视觉和空间无约束优势使它在工程施工
中有着更广阔的应用前景事实上市场对于从独特视
角”
拍摄工程项目有着庞大需求通过无人机搭载三维扫描设
备从各个角度快速获取在建项目形态的关键点云数据见图可以建立起逆向三维重构模型通过与前期设
计模
型进行对比分析施工单位可以尽早发现问题避免犯
下
代价高昂的错误
如图所示是对某异形建筑的扫描现场通过迅速捕：
捉该建筑的三维数据可以生成高密度的彩色点云数据
丄
库结合计算机图形学原理建立起建筑现状的三维实体图无人机搭载数字化三维扫描
模型对该模型进行测量即可实现建筑物尺寸面积等
设备多角度拍摄真实场景204 第五届中国无人机大会论文集属性的校验进而对建设成果进行精确控制此外对该建筑多曲线的钢结构进行三维重构数据比较
还能模拟和优化施工进度从而使建设过程效率更高稳定性更佳
扫描现场彩色点云数据现状多曲线钢结构
三
维模型
躍蹦
异形墙面现状模型与设计模型
虚拟施工表面积测量间的数据比对
图某异形建筑实例对于大坝核电
站历史建筑桥梁石化等大型工程建设尤其是那些具有难以精确测量和获得准
确数据的大型复杂曲面工程基于无人机的相关技术应用给这些工程施工带来了极大便利为进步保障
施工质量提供了强有力的技术支撑下面是些其他应用对比
案例
图
见
图图
图工厂改造数据模型加快设计进度图大型钢结构尺寸扫
描检查部件
的
在真实尺寸下得到
最佳
设计方案虚拟装配虚拟检査
图船舶测量船形验收舱容计算虚拟维修虚拟安装等