計算機無人機遙感技術在建筑測繪工程中的應用

林 凱

(咸陽職業(yè)技術學院,西安712000)

0 引言

無人機已用于測繪、建模及災害監(jiān)測中。遙感技術在無人機啟動前由計算機系統(tǒng)完全控制,但無人機通常則是由人在一定距離上控制的。計算機無人機遙感技術的發(fā)展令攝影測量能夠獲取高分辨率的實時航空圖像,數(shù)據(jù)由實地測量員收集,用打印機生成紙質(zhì)地圖繪制到地圖上。電子距離測量用于快速距離測量,提供了一種拍攝平面位置的方法,減少了生產(chǎn)地圖所需的測量量。表1為傳統(tǒng)映射方法存在的缺點[1]。

表1 傳統(tǒng)方法映射的缺點

建筑行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展促使無人機數(shù)字化應用越來越廣泛。其可收集數(shù)據(jù),監(jiān)測正在進行的建設項目,維護已完成的項目。采用無人機可有效地共享數(shù)據(jù),解決建筑工地施工中存在的問題,用于測繪、進度監(jiān)控、安全監(jiān)控及資產(chǎn)維護等方面[2],提高施工的安全性,降低檢查成本。目前,計算機無人機遙感測量技術已成為獲取空間信息的熱門技術,可用于損壞評估、現(xiàn)場測量、安全檢查、進度監(jiān)測、建筑物維護中。

1 計算機無人機遙感采集系統(tǒng)

無人機遙感采集工作由三部分組成,即現(xiàn)場軟硬件系統(tǒng)、工業(yè)/辦公軟硬件系統(tǒng)及專業(yè)的技術操作人員。圖1為無人機遙感采集系統(tǒng)的軟硬件組成[3]。野外系統(tǒng)包括無人機飛行器飛行平臺、任務載荷設備及地面站。任務負載設備配備測繪遙感設備、相關控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)鏈。無人機飛行器飛行平臺包括機體、飛行動力系統(tǒng)、飛行控制及操作系統(tǒng)。辦公系統(tǒng)的功能模塊包括計算機后處理系統(tǒng)、設備預處理系統(tǒng)、輔助演示系統(tǒng)及無人機維護平臺。在整個系統(tǒng)應用過程中,現(xiàn)場系統(tǒng)位于前端,辦公系統(tǒng)位于后端。要完成建筑信息采集,必須建立多種類型的無人機飛行設備與不同的權重、類型、任務、產(chǎn)品型號。

圖1 計算機無人機遙感采集系統(tǒng)內(nèi)外軟硬件系統(tǒng)的組成Fig.1 Hardware and software system of remote sensing acquisition system of computer UAV

2 計算機無人機遙感技術的具體應用

2.1 在建筑安全中的應用

利用計算機無人機遙感技術進行施工現(xiàn)場檢查可以發(fā)現(xiàn)潛在的事故點,并進行風險分析,擴大安全工作覆蓋面,最大限度地降低安全風險。無人機可以更快地進行安全檢查,及時抵達工作現(xiàn)場,實時采集施工現(xiàn)場的活動視頻。過去對施工活動的安全監(jiān)測與監(jiān)督主要由施工經(jīng)理與安全經(jīng)理目視完成。而無人機可準確測定建筑工地的安全合規(guī)性,如對安全裝置的合規(guī)性進行實時監(jiān)控。Gheisari M[4]等認為,計算機無人機系統(tǒng)可以更快地進入危險工作場所,通過配備各種類型的傳感器,將有價值的數(shù)據(jù)傳輸給工作人員,協(xié)助完成現(xiàn)場安全監(jiān)控。

計算機無人機遙感技術可提高安全性,人們利用無人機系統(tǒng)了解具體的安全管理情況,提升現(xiàn)場安全監(jiān)測水平,保障建筑施工安全。研究顯示,采用李克特量表收集(1=低,6=高)問卷,回答中位數(shù)與平均評分(見表2)。可以看出,無人作業(yè)系統(tǒng)在提高安全性方面可檢測因臂架車輛與起重機在架空電線附近接觸而可能發(fā)生的觸電事故,檢測因墜落保護系統(tǒng)使用不當或在未受保護的邊緣及開口附近工作而可能發(fā)生的墜落危險,預測在臂架車輛或起重機附近工作而可能發(fā)生的撞擊事故。檢查標記或鎖定程序、人體工程學條件及保護機械的使用等。就使用頻率而言,無人機最常用于監(jiān)測靠近架空電力線的吊臂車輛/起重機作業(yè),在吊臂車輛/起重機附近工作并進行事故后調(diào)查。結果表明,利用無人機可監(jiān)測架空電力線附近的吊臂車輛或起重機及各類活動,監(jiān)測未保護的邊緣或開口。就安全檢查應用的UAS技術特性而言,需要確保攝像機的可移動性、感知與躲避能力及實時視頻通信反饋能力[4]。

表2 使用計算機無人機遙感技術提升現(xiàn)場安全監(jiān)測及控制實踐的有效性、頻率及重要因素

2.2 實景建模技術的應用

計算機無人機遙感技術以其穩(wěn)定性被廣泛用于多種行業(yè),特別是在測繪領域,無人機能夠高效獲取地面影像,繪制高精度的中、大比例尺地圖,生成數(shù)字高程模型,具有拍攝角度自由、操作靈活等優(yōu)點,可對無人機圖像進行有效補充。結合無人機與攝像機的特點及優(yōu)勢,可完成全方位、高效率的圖像數(shù)據(jù)采集。Wang[5]等對數(shù)字無線測繪應用進行了深入研究,為驗證無人機與攝像機(地空)圖像集成的三維重建方法所建立的三維模型精度是否能滿足裝配式建筑構件安裝偏差檢測的精度要求,采用該方法對實物進行三維重建。圖2展示了該模型觀測數(shù)據(jù)的準確性及偏移誤差,其中,著陸偏差主要集中在1級風10 cm左右、20 cm以內(nèi),2級風為20 cm以內(nèi),3級風為30 cm以內(nèi)。4級風時,著陸偏差位30 cm左右,5級風時,只有小部分著陸偏差大于40 cm。這說明無人機在該仿真環(huán)境下實現(xiàn)了較好的著陸精度,著陸誤差隨風速的增大具有一定的隨機性。無人機的著陸偏差關系著其能否安全、準確地降落在所設計的自動著陸臺上,這是監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)采集與自動延續(xù)功能的前提。試驗結果表明,與傳統(tǒng)的檢測方法相比,該方法直觀、快速、準確,可批量完成軸線位置與高程偏差檢測,實現(xiàn)無接觸測繪。

圖2 觀測數(shù)據(jù)的準確性與偏移誤差Fig.2 Accuracy and offset error of observation data

3 結束語

科技水平的不斷提高極大地促進了遙感技術的發(fā)展,其與常規(guī)技術相融合,實現(xiàn)了更便捷的信息獲取。目前,計算機無人機遙感技術已被應用于建筑物檢查、損壞評估、現(xiàn)場測繪、安全檢查、進度監(jiān)測及其他各種建筑任務中,具有成本低、可達性好、安全性高等優(yōu)勢。可提升攝像機的可移動性與感知能力,實現(xiàn)視頻通信反饋,加強現(xiàn)場安全監(jiān)測及控制水平,進行大量的虛擬檢查及地形測繪,提供高質(zhì)量的航空圖像及數(shù)據(jù),協(xié)助完成建筑工地的檢查與監(jiān)測,具有廣闊的發(fā)展前景。