无人机技术在工程建设领域的应用研究重点探寻

◆王翰钊 温欣玲

（1.河南测绘职业学院 河南 450000；2.郑州航空工业管理学院 河南 450000）

在市场经济体制下，建筑行业迎来了新机遇，为社会发展和经济建设做出了巨大贡献。在开展工程建设中，施工单位不断探索和应用各种新型技术，无人机作为一种新型技术，随着科学技术的发展，其已经较为稳定和成熟，并且在建筑工程领域获得广泛应用。在无人机上搭配高清摄像头，可以对施工现场情况进行动态监控，并且将采集的信息及时反馈给中控平台，便于施工单位开展精细化管理，不仅能够合理控制施工进度、降低生产成本，还能够避免发生安全事故。

1 无人机技术及其应用

1.1 无人机技术概述

无人机主要是指无人驾驶、不能载人的飞行器，利用无线遥控、系统程序和信息技术，对飞行器进行远程操控，可以携带各种设备完成既定任务。随着无人机技术的发展，其已经在诸多行业和领域中获得广泛应用。

无人机技术包含任务控制、飞行控制和后勤控制三个系统，其中任务控制主要是指由地面后勤控制向无人机下达各种任务指令，并且将任务的完成情况及时反馈到后勤系统；飞行控制是在无人机飞行过程中，为了促使其完成任务而下达的各种飞行指令，目的为远程操控无人机；后勤控制主要负责无人机的影像信息反馈以及任务指令下达，当无人机将影像信息传递给后勤系统后，工作人员根据其影像制作三维模型。

1.2 无人机技术应用

无人机最早应用于军事领域，目的为携带攻击性武器完成远程攻击和投掷炸弹，在无人机发展早期，其制作成本较高，尚未在民用领域实现推广，而随着技术的发展，无人机制作成本不断下降，性能也更加优越，其民用途径也逐渐增加，目前商业、农林业、紧急救援、国土资源、工程建设等领域均获得广泛应用。

无人机技术在民用领域中的发展阶段：第一阶段：性能研究，例如续航能力、飞行控制、智能控制以及自主飞行等，目的为满足民用的基本需求；第二阶段，测绘学以及自然地理学研究，在无人机性能可以充分满足应用需求后，将无人机技术与图像处理技术、遥感技术和测量技术进行结合，开发其在测绘工作和信息采集方面的应用性能，进而解决生产中的常见问题；第三阶段，学科应用，在无人机技术与民用应用需求相匹配后，开展进行学科应用研究，例如在交通运输、建筑工程、水利建设以及电力建设等方面的应用，研究重心为智能识别、BIM、云计算等学科融合。

1.3 无人机的关键技术

根据应用需求的差异性，无人机关键技术包括：第一，信息采集技术，在无人机上搭载高清摄像头、红外仪以及云台相机，可以完成航拍工作，在航拍过程中采集相关信息，在整个航拍作业中，涉及点云技术、摄影设计、智能识别技术以及图像处理技术等，能够快速将信息传输到后勤系统，便于及时对信息数据进行整理和分析；第二，测量技术，利用无人机完成各项测量工作，在无人机上搭载复合检测仪、激光发射器，可以快速对指定物体和地区进行测量，测量数据可靠性和准确性较高，突破了以往地形地貌的制约；第三，非信息采集技术，主要包括紧急救援、远程监控，根据任务需求搭载各种设备，促使无人机快速而高效完成任务，在整个任务完成中，需要借助调度技术实现。

2 无人机在工程建设中的应用优势

2.1 提升测量效率

无人机技术具有较强的图像信息采集功能，在开展工程建设中，需要以完善的数据作为支撑，以往的工程测量手段单一，主要通过人工的方式获取数据信息，但是受到地形因素和人为因素的影响，数据准确性较低，并且还存在一定的安全隐患。应用无人机技术能够突破客观因素的制约，在各种地形下都能够快速完成测量工作。同时，随着图像处理、智能识别以及红外仪等技术的发展，无人机采集的数据准确性更高，并且通过图像处理可以呈现三维立体模型，为工程建设提供数据支撑，显著提升数据采集效率。

2.2 降低建设成本

随着工程建筑行业竞争的日趋激烈，企业想要实现更好的发展，则要注重控制建设成本，在各项成本要素中，人力成本属于关键组成部分，而应用无人机技术能够起到控制人力成本的作用，进而降低工程整体建设成本。例如在工程测量方面，以往需要企业投入大量的物力和人力资源用于现场勘测和前期调研，应用无人机技术能够节约资源消耗，通过航拍的方式快速获取信息，随着无人机技术的发展，其制作成本和应用成本逐渐降低，更为无人机技术的应用奠定了基础。

2.3 控制工程进度

现代工程建设规模大，对工期具有明确的要求，如何加强工程进度管理，是施工单位需要思考的关键课题。无人机具有远程操控、航拍以及智能识别等功能，在工程进度控制中应用，能够对工程的整体建设情况进行分析，尤其对于大型的水利工程和电力工程，可以全面掌握工程进度，进而根据具体施工情况灵活调整制度，确保在既定的时间内完成施工任务。

2.4 规避安全事故

在开展工程建设中，安全是头等大事，基于施工现场的复杂性，存在一定的安全隐患，如果诱发安全事故，不仅会危害施工人员的健康生命，还会影响工程的社会效益和经济效益。在以往的安全管理中，由于技术方面的因素难以及时判断和识别隐患位置，而应用无人机技术能够快速完成隐患识别，并且将隐患位置的具体情况以图像的方式传递到地面，便于施工单位根据其具体情况制定应对措施，确保施工活动有序以及安全的推进[1]。

3 无人机在工程建设中的具体应用

3.1 工程前期准备阶段

随着无人机技术的发展，其性能更加优越，并且具有视野开阔、高空拍摄等优势，在工程前期准备阶段，能够用于工程勘察、规划设计以及项目宣传等方面[1]。首先，工程勘察，信息数据获取是无人机技术的主要优势，通过无人机航拍可以对现场环境进行精确勘察，获取周边环境的影像信息，包括水利设施、道路情况、附近建筑等，为制定施工方案、确定施工工艺提供数据支撑，同时，利用无人机的地形测绘功能，还可以估算可能地质灾害的概率，例如估算山体滑坡；其次，规划设计，无人机可以在既定的范围内获取详尽的影像信息，在工程建设初期，规划设计属于核心内容，应用无人机能够掌握施工区域的道路分布和建筑物情况，进而帮助施工单位开展规划设计，保证设计的合理性和科学性；最后，项目宣传，在市场经济体制下，建筑企业想要实现更好的经济效益，则要注重项目宣传，尤其对于民用建筑，通过宣传能够扩大项目的社会影响力和知名度，进而吸引更多的消费者，在项目宣传中应用无人机技术能够利用三维建模而形成楼盘整体效果影像，将其作为宣传资料直观呈现楼盘视野效果，有助于消费者更好了解工程概况，体现工程的地理优势。

3.2 工程项目施工阶段

工程项目施工阶段是无人机应用的重点阶段，由于施工阶段涉及的内容较多，无人机技术的应用目的也存在差异，而随着无人机技术的发展，其所具备的三维模型、采集点云数据、影像信息等功能，可以促使施工管理趋于智能化和信息化发展，进而为开展施工活动提供便捷。

第一，施工测量，其作为工程建设的主要内容，贯穿于整个施工过程中，基于施工测量的重要性，应用无人机技术可以快速获取各种数据，进而为工程施工提供数据支撑。例如在现场测量中，无人机通过图像获取能够真实反映现场的地物位置和地形起伏，而纹理性强、高清真实的图像，还可以便于施工人员对现场地形开展分析，解决施工中存在的问题。

第二，计算土方石方，平整场地是施工阶段的主要工作，而计算土方石方则是制定工程预算的关键依据，以往的土方计算方法包括区域平衡法、等高线法以及方格网法等，但是计算准度较低，受到人为因素的影响较大。应用无人机技术可以将现场获取的图像制作为三维模型，在模型的支撑下能够更加准确的计算土方石方。同时，无人机还能够为工程预算控制提供技术支撑，便于企业开展工程成本管理。

第三，安全管理，基于施工现场的复杂性，安全管理需要贯穿于整个工程建设中，以往的安全管理信息化程度较低，难以起到及时防控和规避风险的作用，而发挥无人机技术的优势，可以为安全管理提供便捷。例如无人机具有远程互动功能，在开展施工中能够及时将可能存在的安全隐患及时反馈给中控平台，进而根据现场实际调整施工方案，降低发生安全事故的概率；又例如在开展施工活动之前，可应用无人机进行现场航拍，利用智能识别技术对现场的隐患位置和危险源进行排除，为施工人员创设安全的施工环境；再例如在现场安全管理中，可应用无人机进行动态监控，如果发现违规操作或者危险行为，能够及时制止和处理。

第四，进度管理，目前进度管理已经成为工程管理的核心内容，而应用无人机技术可以为进度管理提供便捷。例如应用无人机完成实景图像拍摄，将虚拟模型和实景模式进行融合，利用BIM技术进行三维建模，可以掌握当前工程进度，具有直观性和鲜活性，促使进度管理更加具体。同时，应用GIS模型还能够实现信息互动和数据交换，满足空间分析、进度查询以及工程算量等工作的需求。此外，应用BIM技术还可以根据施工进度调整施工方案，保证施工方案的合理性和科学性。

第五，质量管理，质量是开展工程管理的核心内容，尤其对于现代建筑而言，质量是企业提升自身行业竞争力的关键，以往的质量管理主要借助人工和各项设备，管理缺乏实效性和动态性，如果发现质量问题还会影响工程进度。应用无人机开展质量管理，可以在无人机上搭载红外热成像相机，起到替代传感器的作用，例如在建筑外外墙、桥梁等施工中应用，可以起到动态质量监测的作用，具有简单、高效以及便捷等优势[2]。

3.3 建筑运行维护阶段

在完成工程建设施工后，建筑即进入到运行维护阶段，在这一阶段应用无人机技术，除了可以加大工程宣传之外，还能够利用智能识别、航拍等技术为应急处理、安全巡视和维护维修提供便捷[2]。

第一，应急处理，工程在长期施工中会存在安全隐患，例如桥梁工程在使用中会出现结构变形或者桥面裂缝，如果没有及时处理容易影响使用者安全，应用无人机技术可以完成应急处理工作，在执行高空或者高危险任务中，无人机能够替代人工完成救援工作，进而避免人员伤亡，保证应急处理的即时性。

第二，安全巡视，无人机所具备的高清拍摄功能，可以对建筑工程的使用状态进行安全巡视，例如在桥梁道路工程使用中，无人机航拍能够采集其使用数据，根据图像处理开展数据分析，进而掌握工程存在的安全隐患，包括桥面裂缝看宽度以及路面病害等，进而及时解决安全隐患，保证工程的稳定以及安全运行。

第三，维护维修，维护维修属于工程后期运行的主要工作，通过维护维修能够保证建筑工程使用安全。在维护维修中应用无人机技术，其可以检测道路结构、管道结构、自动定位以及自动识别，例如在电力工程运行中，通过无人机可以对巡线系统进行动态观测，发现塔材的裂纹、锈蚀等缺陷，进而将图像反馈给中控系统，安排人员及时对工程进行维护维修[3]。

3.4 工程项目审计阶段

在进入到工程审计阶段，无人机技术依然可以发挥挂件作用，例如审计违法建筑、竣工数据核实以及项目审计等，无人机技术可以为相关工作提供便捷，促使各项工作的有序开展。

第一，审计违法建筑，相关部门在整治违规建筑以及取证中，应用无人机可以通过航拍和城市数据对比，为违法建筑的具体信息和位置进行识别，为城市违法建筑整治奠定基础，提升处罚效率和取证效率。

第二，竣工数据核实，利用无人机航拍以及三维建模技术，能够获得建筑的全景图、测绘数据以及竣工模型，通过模型或者图片匹配，对竣工数据进行准确核实。

第三，项目审计，在开展项目审计中应用无人机技术，能够将工程在运维、施工以及前期准备环节中获得的数据进行整理分析，提供隐蔽施工过程信息，为审计工作提供大量的数据支撑。而在无人机技术的支撑下，审计工作模式也发生了巨大变化，逐渐趋于智能化以及信息化方向发展[4]。

4 无人机在工程建设中的应用前景

目前在工程建设中，无人机扮演的角色更加重要和关键，尤其随着北斗卫星系统的不断完善，将GPS技术和无人机技术结合，能够更好确定目标物位置，保证信息数据的准确性以及精度，甚至达到毫米级别。同时，随着5G技术的发展，目前我国5G技术已经领先世界水平，而5G行业的发展，可以为无人机技术提供便捷，促使无人机在各种艰难、复杂环境下运行，提升无人机的抗干扰能力[4]。在城市建设进程下，施工现场的地质环境更加复杂多变，无人机技术所具备的图像处理和三维建模技术，能够帮助施工企业实现可视化管理，有助于推动精细化管理的发展[5]。

5 结束语

总而言之，随着我国工程建设行业的发展，现场环境更加复杂和多变，为施工单位开展各项管理增添了一定难度。无人机作为一种新型技术，在工程建设中可以起到良好的辅助作用，为各项管理提供信息和数据支撑。同时，通过图像处理和三维建模，还能够帮助施工单位制定各项决策[5]。因此，施工企业要认识到无人机技术的优越性，根据现场施工实际合理应用，进而推动行业的可持续发展。