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摘要：近年来，随着高科技的迅速发展，在获取空间信息方面，无人机具有灵活机动、快速高效、作业成本低、作业范围广等优势。因此，除军事用途外，无人机已在多个领域得到广泛应用，如警务应用、新闻媒体、抢险救灾、航空摄影、农林监测、气象监测、海洋测绘等。无人机作为平台，可根据用途搭载不同的装备，如高清摄像机、遥感红外相机、红外热像仪、雷达、三维扫描仪、农用药品等。为此，我们亦可将无人机应用于土木工程中，解决我们在土木工程中遇到的质量、安全、进度、环境污染、文明施工等问题。
关键词：无人机；土木工程；进度管理；安全监管；质量管理
1无人机航测技术概述
1.1无人机遥感技术
在实际应用中，获取特定区域的数字高程模型（DEM）的地形因子和地形特征线非常重要，而常用的获取方法主要包括人工实测、数字摄影测量与遥感结合法，以及把已有的地形图数字化利用等高线和离散点内插生成DEM法等。往往岩土工程具有地形复杂、面积大等特点，有时基本没有相关地形资料，传统方法很难快速获得地形信息。因此，想要获得一种既高效又低成本快速构建目标地形的三维场景，小型无人机具有得天独厚的优势。无人机遥感技术是一种航空遥感手段，具有持续时间长、高危地区探测、不仅可以利用高分辨率相机系统获取遥感影像，而且利用空中和地面控制设备可实现影像自动拍摄和获取。
1.2Pix4Dmapper软件
航拍图像数据采集后，需要构建目标地形的三维场景，此时需要通过其他技术处理转换成地形信息，目前有很多方法可以实现这个过程，本文选择Pix4Dmapper软件处理无人机遥感数据。该软件不仅可以实现自动化处理数据，而且可实现自动计算三维空间基本图像的外部方位元素，并进行图像校准，区域网络调整。另外，添加地面控制点后三维地形图精度会更高。主要方法是：首先选择无人机获取地物、地表影像，之后采用Pix4D软件来迅速构建地形三维模型。该方法虽然采用了传统的以摄影来获取地形数据的方式，但手段方便简洁，数据收集工作效率高，影像数据处理使用Pix4D软件基于点云数据来三维建模，具有高效快速、操作方便、自动化程度高等特点。
1.3谷歌地球软件处理
由于Googleearth软件自身提供的地形照片数据为卫星照片，在精确度上往往很差，且不具备时效性。考虑到设计工作有时需要最新且精确的地形数据，可采用近年来较为常用的无人机扫描技术对特定区域地形进行航拍摄影。经实践证明航拍摄影所建立的三维地形数据误差在10cm级左右，基于许多工程前期设计对精度的要求，航拍建立的小区域大比例尺（1∶2000）地形图完全可以满足很多设计工作。无人机飞行获取的遥感数据，替代过时而又模糊的谷歌地球自身卫星图像，实现真正的实时性与高精度，实现地形地貌、滑坡灾害和基础地质等相关数据的统一存储和管理。具体方法是：利用谷歌地球软件的测量功能，结合Pix4Dmapper软件生成特定区域的KML文件，可分析目标区域的长度、面积及岩土方量等定量信息。
2无人机在土木工程中的应用
2.1无人机在土木工程前期准备阶段的应用
在土木工程施工之前需进行前期准备工作，包括勘察、规划、设计。其中规划与设计依赖于勘察阶段所获取的施工地点地形地貌资料。因此，无人机在前期准备工作中主要可用于测绘制图，通过无人机航拍结合地面控制点获取高精度的地形地面，如经pix4dMapper等软件处理获取地面正射影像与三维模型、基于空三加密后的正射影像经MicrostationV8.0软件自动获取地形图。利用无人机进行测绘制图主要有三点优势：精细化三维建模；快速更新测图；恶劣环境的作业手段。
2.2无人机在土木工程施工管理阶段的应用
2.2.1进度管理
工程开工往往都有进度安排，但是实际上由于各种原因，如土木工程施工行业的从业人员复杂，大部分从业者文化程度较低、整体素质不高，返工或缓工等现象普遍存在，进度缓慢。通常工地进度管理采用人工监工，该方法不仅费时、费力、效率低，无法全面掌控，且依然有不少消极怠工等各种问题。此外，项目施工过程中需要实时掌握项目的进展情况，现在大部分都是单纯地利用相机拍摄施工现场的二维画面，该方法不能够对施工现场进行全面分析。
2.2.2安全监管
随着“智慧工地”的概念深入人心，人们越来越重视工程工地的安全问题。施工现场工作种类多、露天作业多、人员流动大、地形复杂，具有较大的安全隐患。但近年来，工地上高处坠落、触电、物体打击、机械伤害、坍塌事故常有发生。虽然人们越来越重视信息化现场管理的应用，采用远程监控施工现场，发现问题后及时与管理者沟通，但该方法无法做到事故预防，减少事故发生。因此，可以应用无人机监管安全，减少甚至杜绝事故发生，做好预防工作，包括：监管施工人员是否按照规范安全作业，例如是否佩戴安全帽、高空作业是否有系安全带等；监管施工单位是否按照安全管理规定执行，例如边坡等危险地带是否设有栏杆或明显的安全警告标志等；监管施工现场交通组织情况，例如交通要道能否有序进出车辆、是否有拥堵现象、消防通道是否通畅等；监管施工现场建筑材料堆放情况，例如钢筋、水泥等材料是否放置在规定的场地等；监管施工现场设备操作情况，严禁人员在已吊起的构件下面或起重臂下旋转范围内作业、行走或停留等；管理者实时场外监控，发现问题及时和现场人员联络，预防事故的发生。
2.2.3质量管理
无论是现浇式还是现在大力提倡的装配式土木工程施工，都存在有质量隐患。现浇式土木工程施工中由于风荷载、地基不均匀沉降、混凝土配合比等因素，易导致建筑物、桥梁隧道等产生混凝土蜂窝麻面、露筋甚至裂缝等现象。装配式土木工程施工中由于部分叠合板跨度过大、运输过程中板间挤压等产生裂纹，裂缝延伸至整个板块，导致构建破坏等问题。传统的质量检测方法是利用专业仪器对建筑物或桥梁隧道等各个部位的力学性能进行测验，用肉眼或者望远镜等辅助工具对其进行外观质量测验，对于特别复杂的工程的特殊部位或者超高层建筑，人工检测危险性大、效率低、难度大，且对于一些面积大或不易观察的地方容易产生检测遗漏的现象。
2.2.4绿色文明施工
近年来，随着城市的发展，环境保护是人人关心的话题，因此土木工程施工也要求绿色、文明施工，那么无人机在绿色文明施工中的应用主要有：无人机搭载PM2.5检测仪等专业设备，监测施工现场扬尘问题，自动、准确地识别宽广区域的污染源；掌握材料和设施堆放、废物废渣清理、夏季凉棚及冬季暖棚、照明设施等情况，实现文明施工。
3无人机在土木运营维护阶段的应用
工程完成后投入运营，并不意味着对工程的监管结束。虽然原则上任何一个建筑物或桥梁隧道等都有一定的使用寿命周期，但部分工程在未达寿命周期就会出现质量问题。现在无人机已经逐步应用于工程运营阶段变形检测中，主要有：使用无人机获取桥梁隧道、建筑物等表面信息，借助图像提取技术提取裂缝，获得裂缝宽度大小、混凝土塌落状况等指标的定量检测以及工程表面各种缺陷的定性检测，比较变形允许值，管理者可快速判断是否需采取措施预防坍塌等事故发生。
4结束语
总之，虽然由于无人机自身不足、土木工程施工现场特点等因素使得无人机在土木工程的应用中面临一些挑战，但相信随着相关理论与技术的发展、管理规定的不断完善，无人机在土木工程中将会拥有良好的应用前景。解决视频的大数量存储与快速处理、无人机结合VR眼镜实现实时数据传递、无人机云台与VR眼镜联动并实现操作者置身于虚拟环境中的沉浸式体验，减少后期室内数据处理与三维建模等过程、将数据处理模块置于无人机上可直接将处理结果传递给项目管理者、无人机的电池瓶颈得以解决等，都是需要进一步探索的方向。
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