韦雅妮，莫江涛

摘 要：介绍了在市政工程施工过程中，无人机（UAV）航拍测绘技术的数据在生产、安全检查中的应用。结合工程案例，针对无人机测绘技术巡测距离远、定位精度高、操作效率快、运营成本低等特点进行研究，以期为无人机在工程巡检中的推广应用提供参考。

关键词：市政工程；安全巡检；无人机；航测技术；应用分析

中图分类号：TB22                                      文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）04-0082-03

1 技术概况

1.1 技术简介

随着近年来民用无人机技术的长足发展，其续航、操控及负载都有了突飞猛进的提高。不需要以往专业的额外挂载设备，民用无人机也能收集、获取到高清高精的数据，为测量测绘领域创造了极大的便利条件，使得航测这种曾经“高高在上”的地理数据技术得以作为新的测量巡查手段。

目前其主要技术成果有倾斜摄影、DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型图）、全景、彩色云点、实景模型等。为此无论是项目前期策划、生产过程监控，还是安全巡查，采用无人机航拍测绘技术都可以有效地提升市政工程施工过程检查的工作效率。

1.2 设备简介

长期的课题实践发现，“大疆”品牌的悟12.0无人机及御2 PRO 无人机的大小搭配，在工程应用中实用性更强。这套方案既便于携带、航时长（0.75 h以上）、高清、广角互补，也能抗强风、抗较强电磁干扰，具备6向智能避障，确保了市政工程复杂环境下飞行安全，性价比高。

2 工程现状及现场巡查技术难点

2.1 现状调查

目前分公司市政工程主要集中在柳州市北部生态新区，经统计共8个在建项目，包含市政道路、管道、给水、电力、排污、园林等多个专业工程，项目包括超过危险性较大的分部分项工程，总造价共计1.1亿元，分部广路线复杂。北部生态新区项目分布图如图1。

要完成全覆盖现场巡检，只能分不同时间多次开展。同时分公司质量安全部对5～7月项目巡检情况进行统计，覆盖率仅为70.83%，无法达到全覆盖要求。

2.2 巡查技术难点

最优化的巡检路线要保证该区域能被完全覆盖。经实践，现场巡查想要达成该效果总用时需4 d，开车检查总里程累计需200 km左右，需要大量巡检时间。且由于人的视线及记忆有局限性，现场踏勘过程中拍摄的影像资料往往和平面定位无法一一对应，容易造成漏检。

在传统现场踏勘巡检中，为了解决此问题，只有通过现场不断移动和多角度拍摄才能弥补此问题的不足。无视线遮蔽物的项目尚好，而那些现场复杂的项目将消耗检查人员的大量时间。收集的信息杂乱，往往回到办公室才能整理归档，过程中又有可能造成缺漏，不利于对现场安全巡检隐患的排查及整改复核。经集体讨论研究以及实地实践通过比选，一致认为，在巡检中应用无人机更有优势，因此对北部生态新区8个项目采用无人机飞行巡检[1]。

3 无人机的应用

3.1 方案比选及巡检规划

3.1.1起降场地的选择

区域内南面有山脉阻隔最高海拔为230 m，8个项目呈由中心向四周发散的分布，区域内高层建筑物集中在沙塘镇南北走向的条状区域，8个项目被分割开来。为此起降场地必须在相对海拔高的建筑物上起飞。而“北部生态新区创业园1#～11#室外景观工程”在区域中心，项目内有高层建筑满足各项要求，为此起降场地高最终在8个分散的项目中选取“北部生态新区创业园1#～11#室外景观工程”作为巡检中心点及起降点。其优点有：①在8个项目中居中。②该项目主体建筑5#楼为附近区域（半径5 km）最高建筑，楼顶视野开阔，无复杂的信号遮挡源，有利于无人机飞行控制过程中的安全。③起飞平台开阔，水、电使用及后勤保障方便。

3.1.2拍摄方式航线规划的选择

选好起降场后，要进行航线规划的比选。在大疆航线规划软件DJI PILOT 中，对采用航带飞行路线、航线飞行路线、航点飞行路线拍摄全景图这三个方案进行了讨论。

如图2是航带飞行路线，其优点为：①航线简单，通常为一条航线。②飞行用时少，单块电池利用率高，5～6块动力电池便可完成8各项目的飞行巡检。③照片拍摄数量少，照片筛选时间短。④电脑运行生成DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型图）用时少。其缺点为：DOM图及DEM图成图分辨率较低，在1∶3000～1∶2000。

航线飞行路线优点有：①照片重叠率高。②电脑运行生成的DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型图）质量高。③成果影像细节丰富。④高程图误差相对较小。缺点为：①拍摄区域往返航线多，通常为5～6条。②电池消耗量大，往往单个项目便可消耗3块动力电池。③巡检用时长，往往一个上午仅能完成两个项目的巡查。④照片影像资料大，电脑生成成果用时长，在以往的实践中，1 d仅能生成一个项目的成图成果。

航点飞行路线拍摄全景图优点为：①航线简单，可针对检查需要对不同区域进行定点拍摄。②设置好航点任务后，可在拍摄后无人机自主生成全景照片，极为方便后期内业导入720云。其缺点为：①对长距离施工的项目，其照片拍摄任务量巨大，单航点一张全景图的生成便需要拍摄26张照片，与航带图相比28个航点便需728张。②全景拍摄航点多滞空时间长，电池消耗大效率低。③拍攝用时长造成项目巡检效率极低。

3.2 制定技術对策

经过比选发现三个方案各有优缺点，经讨论分析最终一致决定，将三个方案有针对性地应用在不同项目上，编制成8个项目总的无人机选件规划实施方案。

3.2.1 航带规划

针对市政道路、管网、电力、给水工程，采用航带规划。其具体实施对策如下：第一，根据摄影测量规范，结合分区的地形条件，测图等高距，考虑基高比，综合考虑成本、效率、效果等因素，确定地面分辨率（GSD）为7 cm，采用大疆悟12.0无人机，续航时间30 min。

第二，在作业期限内，航摄时间的确定需要是以下要求：①大气透明度好，光照充足。②地表植被及其覆盖物对摄影成图影像最小。③考虑太阳高度角与阴影倍数，尽量在正午前后3 h作业。④在风速小于4级，阵风小于5级的时候进行航测。

第三，因此类项目多为地势平缓的道路周边，航空摄影基本技术指标可设为：①所获取影像为全真色彩的平面1∶2000的DOM（数字正射影像图）。②航线按管路、线路中心线敷设，要求一张航片覆盖一幅图，航向重叠50%～50%，旁向重叠50%～50%，满足正常的边缘无畸变平面影像地图为准。③为避免地表反射光线，降低无人机镜头进光亮，可安装偏正镜头盖[2]。

3.2.2航线规划与航点+全景摄影相结合

针对室外景观、LNG气站这类有超危大工程的项目，采用航线规划与航点+全景摄影相结合。其具体实施对策如下：第一，根据摄影测量规范，结合分区的地形条件，测图等高距，考虑基高比，综合考虑成本、效率、效果等因素，确定地面分辨率（GSD）为4 cm，采用大疆御2 PRO无人机，扩容电池，续航时间50 min。

第二，在作业期限内，航摄时间的确定需要是以下要求：①大气透明度好，光照充足。②地表植被及其覆盖物对摄影成图影像较小，重点部位可通过航点全景摄影弥补。③考虑太阳高度角与阴影倍数的限制要求较低，可通过后期调光弥补，夏季可在8：30～18：00范围内作业。④在风速小于4级的时候进行航测。

第三，此类项目周边环境复杂存在丘陵、高压电塔、高层住宅楼、移动信号塔。为此航空摄影基本技术指标因特别注意：①巡检过程全程开启无人机6向智能避障功能，避免撞击障碍物，造成坠机伤人。②所获取影像为全真色彩的平面1∶1000的DOM（数字正射影像图）及DEM（数字高程模型图）。③航线按项目施工及毗邻区域全覆盖S型敷设，要求一张航片覆盖一幅图，航向重叠60%～70%，旁向重叠60%～70%，满足基础距离测量、高程测量，可视范围安全防护设施外观观测。操作流程如图3。

3.3 技术对策实施及成果检查

3.3.1巡检实施流程

编制了具体实施流程及针对性的航线规划后，开始以“北部生态新区创业园A1#～A11#室外景观工程”作为巡检中心点于8月中旬对8项目开展航摄巡检。在确保安全返航电量的前提下，长线项目平均用时30 min，点面项目平均用时40 min，8个项目总用时300 min（5 h）。内业影像处理阶段为缩短成图用时，采用两台中等配置电脑进行空三加密及数字影像图处理，经统计总用时37 h，便可完成8个项目建图工作。

3.3.2成果质量检查及管理应用

抽取4个项目工程进行成果质量检查。成图后通过PIX4D软件的二次调绘，四个项目的DOM（数字正射影像图）在各项目施工区域内的图像分辨率和畸变情况均满足巡检观测要求。随后通过在巡检的起降现场实施图片检查，便排查了8个项目中的现场36条安全隐患，图4为局部隐患突出的图例。再通过后期对各项目DOM图的检查，首次无人机检查便排查出现场安全隐患12类，87处安全隐患。小组成员要求各项目按期整改消除隐患，闭合后再用无人机复查，隐患整改得到了有效落实。但DOM图也有其局限性，无法观测高度。对基坑、管沟此类工程便无法有效观测其大致开挖深度，对其边坡防护是否符合要求无法判断。这时建模时同时生成的DEM（数字高程模型图）便可提供管理应用的参考。

3.3.2.1 江湾大道供水管网工程

通过对DEM与DOM图的分析，可知该路段北高南低，东高西低。已开挖的管沟与低洼区域毗连，在下雨时极易在整条已开挖的管沟内窝水且不易排出，造成管沟塌方。在误工的同时，也会对下沟作业人员形成安全风险。为此在分析完毕后，通知该项目及时整改，并要求开挖后续管沟时，钩机将土堆放在管沟西侧，防止雨水倒灌。

3.3.2.2 沙塘LNG气站工程

该项目LNG储罐基础开挖深度＞5 m属超危大工程，其东北角为在施挡土墙。从图4可看出，坡顶到坑底绝对高程差为-19 m左右（绝对高度106～125 m）。经DOM图与DEM图相比较（见图4），可发现基坑上方为冲孔桩的泥浆池，边坡极其不稳定，基础开挖工序若继续施工，将会造成重大的边坡坍塌事故。为此小组成员及时要求该施工区域停止开挖，与项目合作方及时沟通，落实了先完成桩施工，落实边坡防护后再对该部位基础进行开挖。

4 结语

本次航测巡检活动，小组成员全面掌握了小型无人机航测安全巡检在市政工程中的应用。在解决问题的过程中，以工程实际和应用数据为依据，在作业过程中找出了问题的症结，分析原因，制定对策，使小组成员解决、分析问题的能力得到了显著提高。同时提高了该区域项目的安全巡检效率，整改落实情况可追溯性更强，检查覆盖率由原来的平均70.83%提高到了100%，得到了合作方的一致好评。

参考文献

[1] 曲林，马洋，支玲美，等.基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模研究[J].测绘与空间地理信息，2015（3）：38-39+43.

[2] 李世兴，莫江涛.无人机摄影测量技术应用于电力配网改造项目中的研究[J].建筑施工，2019（6）：1116-1117+1132.