浅谈无人机在石化工程质量监督中的应用

　　摘要：多旋翼无人机具有机型小巧、结构简单、携带方便、控制灵活、反应迅速、性价比高、智能化程度较高、易于搭载等优点，结合网络通信技术的快速发展，无人机摄像机逐渐在各类工程质量监督监控中发挥重大作用。本文将对无人机在石化工程质量监督中的应用进行分析研究。

　　关键词：无人机;摄像机;传输;监督;

　　1 前言

　　随着技术进步，无人机在各领域的使用需求显现出大幅上升的趋势。无人机摄像机安装于云台的合适位置，可以将摄像机采集的视频信号传输到安装在无人机上的图传信号发送器上，然后由图传信号传送到地面的接收系统，由接收系统再通过网络信号传输到显示设备上，操控者就可以实时的监控到无人机摄像机航拍图像。

　　2 无人机摄像机应用领域

　　目前，很多领域都可以使用无人机摄像机，使用无人机摄像机相对成熟的领域主要有以下8个方面。

　　（1）环境环保监测：无人机摄像机可用于观测环境污染、土壤、空气质量、植被和水质状况等。

　　（2）用于高压输电线路巡检：装配有高清晰数码照相机和摄像机以及GPS卫星定位系统可以实时拍摄传送图片和数据信息。

　　（3）用于农业监测：无人机摄像机利用集成高清数码相机、光谱分析仪、红外传感器等仪器设备对农田农作物巡查检测、灾害评估。

　　（4）影视摄录：无人机摄像机可用于电影、电视剧的拍摄录制，搭载高清摄像机在无线遥控下进行拍摄。

　　（5）灾后救援：利用搭载了高清拍摄装置的无人机对受灾地区进行航拍，消防救援利用无人机进入危险地带勘察现场情况，提供实时影像以方便救援工作的进行。

　　（6）航拍摄影：无人机摄像机可用在航拍上，对需确权和有争议的地方进行航拍。

　　（7）高速巡警：高速巡警利用无人机摄像机进行巡视检查。

　　（8）街景拍摄：对狭小街道、古老房屋建筑、城市规划遥控航拍等用途。

　　可以看出无人机摄像机应用领域非常广泛，它可以广泛地应用于国土资源调查、数字化城市、城市规划、矿产资源开发利用、土地调查执法、防汛抗旱、森林防火监测、环境监测、边防监控、军事侦察和警情消防监控等行业，以及其他可以使用到无人机摄像机作业的特种行业中。

　　3 无人机基础知识

　　3.1 无人机定义

　　无人驾驶航空器：一架由遥控地面站管理（包括远程遥控操纵或自主飞行）的航空器，也称作遥控驾驶航空器，简称无人机。

　　3.2 无人机分级分类

　　无人机的安全威胁主要来自高空冲突、动能大小及活动范围，将无人机分为两级、三类、五型。

表1

　　4 无人机摄像机在工程质量安全监督中应用

　　石化建设工程项目施工难度大、质量要求高、安全监管严格。石化企业必须加强对工程项目的质量管理、安全管理，完善质量监督、安全监管保障体系，落实细节，强化过程控制，当前施工现场信息化应用水平不高，检查人员工作强度大、效率不高，借助视频监控、智能分析等信息化等手段，将有效地提高监督工作效率，极大的减轻工作强度，增强对工程项目施工现场监管的力度。

　　当前建设工程质量监督工作存在3方面不足。一是信息化程度不够，当前监督人员常年奔波于石化各个在建项目施工现场，对工地进行现场督察，工作强度大，缺乏统一的信息化管理平台，信息化对工作便利性的支撑程度不足。二是可视化程度不高，石化在建工程现有作业许可证管理系统、承包商管理系统等，可视化程度不够，在建项目现场的视频图像均是各自为战，没有和作业系统联动，难以实现视频资源的共享运用，导致“信息孤岛”的出现。三是智能化程度不高，当前AI、5G等新技术发展日新月异，但是在工程质量监督工作方面新技术应用还较少，智能化程度不高，新技术对工作的增效作用不明显。

　　我监督站通过建设工程质量可视化智能管理平台，提高了工程质量监督工作的质量和效率。其中无人机作为平台终端的重要组成部分，我站为天津某石化重点项目配置了无人机摄像机（UAV-MX4080A四旋翼飞行器），配合开展现场监督检查。

　　4.1 UAV-MX4080A四旋翼飞行器简介

　　4.1.1 UAV-MX4080A四旋翼飞行器基础通讯

　　基础通讯包括数据传输及图像传输。数据传输为双向，上行链路传输内容包括控制指令、状态指令等，下行链路包括飞行信息、无人机状态信息等。图像传输为单向传输，下行链路仅有图像信息。

　　全向天线在水平方向为360°全方向均匀辐射，也就是无方向性。尖端信号最弱，整体发射及接收能力如苹果状。

　　4.1.2 UAV-MX4080A四旋翼飞行器主要由无人机、挂载摄像头、地面站系统组成

　　4.1.3 UAV-MX4080A四旋翼飞行器功能特性

　　可折叠机臂，碳纤维机体；抗风等级6级；飞行半径近5～10km（无遮挡、无干扰，低海拔）；支持手动和自动飞行2种控制模式。

　　4.1.4 UAV-MX4080A四旋翼飞行器飞行环境要求

　　飞行时远离人群，准备起飞时，离无人机至少5m距离；选择视野比较开阔、通视，周围无高大建筑物的场所作为飞行场地，受环境干扰等影响，地面站实际控制距离与理论有偏差；勿靠近高压线、通讯基站、发射塔等区域飞行，以免通讯及飞行受到干扰；勿在大风、大雨、雾霾、极寒天气等的恶劣环境飞行，影响飞行器动力及电池性能，航时会缩短。

　　4.1.5 UAV-MX4080A四旋翼飞行器智能飞行

　　（1）一键起飞/一键降落

　　无人机在地面可以触发一键起飞，无人机能够自动飞行到设置高度悬停，等待下一步指令。无人机在空中时可以触发一键降落，无人机将自动爬升到设定高度，从飞行地点返回到起飞点并自动降落；如果当前飞行高度高于设定返回高度，无人机将以飞行高度先返回起飞点上空后再自动降落。

　　（2）指点飞行

　　通过GPS设定固定监督目标为飞行目标点，无人机可以自动飞行到目标点并悬停拍摄。

　　（3）规划航线

　　可以将多个监督目标设置为目标点，无人机可以自动按照目标点顺序飞行，并完成对全部设定监督目标的拍摄。

　　（4）环绕飞行

　　设置环绕目标点，控制飞机环绕目标点以固定半径进行圆周运动飞行，环绕过程中默认机头一直指向目标点，可以重点部位全方位监督拍摄。

　　4.1.6 UAV-MX4080A四旋翼飞行器视频管理

　　（1）视频预览

　　无人机将视频通过图像传输链路实时传输到地面站，并在地面站软件上显示。同时，地面站可通过有线网口或无线网络将视频实时传输到监控中心平台显示。

　　（2）视频录像

　　可以通过地面站内置的TF卡对无人机回传到地面站的视频进行存储。同时，无人机的云台内置TF卡，也可以对视频进行存储。

　　（3）视频回放

　　地面站（遥控器）软件能够回放内置硬盘或者TF卡上的录像。在回放录像的同时，地图上可以同步显示无人机的飞行轨迹，对无人机拍摄视频时所处的位置可以直观的了解。

　　4.2 无人机在土建项目施工过程中的应用

　　某石化重点项目建设裂解汽油加氢、乙烯等10余套炼油化工装置以及配套的公用工程和辅助设施，建设工期30个月。其中土建施工作业时长近11个月，共计打桩4.2余套，高峰期现场桩机约110台，作业人员1300余人。无人机可全程记录现场桩机作业过程，并及时发现作业过程中的质量问题。

　　4.2.1 桩基工程主要过程及施工要求

　　（1）预制桩检查

　　管桩宜单层堆放，叠层堆放时，按桩外径为300～400㎜和500～600㎜分别不宜超过5层和4层；并应在地面上设置两道垫木。叠层堆放超过两层时，采用吊机取桩，严禁拖拉取桩；同时应对桩身外观质量进行查验。

　　（2）桩机就位

　　打桩机就位要对准桩位，保证机身垂直和稳定，在施工的过程中不能倾斜和移动。

　　（3）起吊预制管桩

　　管桩在施工中起吊时桩尖与桩位的中心垂直对准，缓缓地放下插入土中，再在桩顶扣好桩帽或桩箍，除去索具。

　　（4）稳桩

　　桩尖插入桩位后，利用桩锤的自重将桩插入地下30～50cm，再使桩垂直稳定。接桩必须用经纬仪校正，桩插入时垂直度偏差不得超过0.5%。

　　（5）打桩

　　打桩采用重锤低击。打桩原则按照先长后短、先大径后小径、先深后浅、先大承台桩后小承台桩进行。

　　应在管桩表面标记划线，将入土和送桩深度、桩顶标高、贯入度以及桩锤落距等施工参数如实记录。

　　（6）接桩

　　接桩前应清除接头表面，桩间隙应用铁片垫实焊牢。宜在桩四周对称焊接；焊接层数不少于2层；焊好接头严禁水冷，必须按要求自然冷却后才能施打。

　　距地面约0.5～lm时进行接桩；导向箍设置在下节桩的桩头处；上下节桩段错位偏差不宜大于2mm；节点折曲矢高不得大于l‰桩长。

　　气体保护焊接时要采取防风措施；雨天焊接时要采取防雨措施。

　　（7）送桩

　　送桩深度不宜大于2m。桩帽和桩锤之间应设置“锤垫”。

　　管桩露出地面的宜控制在0.3～0.5m；应测出桩的垂直度并检查桩顶质量。

　　送桩器弯曲度不得大于1/1000。送桩器上下两端面垂直于送桩器的中心轴线。

　　送桩器应与桩匹配。

　　送桩器与桩头之间应设置衬垫。完成后及时将空孔回填或覆盖。

　　4.2.2 桩基作业各阶段无人机重点检查内容

　　（1）预制桩检查：管桩是否单层堆放；堆放层数是否符合要求；是否按要求放置枕木；是否拖拉取桩。

　　（2）桩机就位：是否施工中移动桩机。

　　（3）起吊预制桩：是否存在野蛮吊装行为。

　　（4）稳桩：是否进行了垂直度校正。

　　（5）打桩：是否重锤低击；桩表面是否划线标记。

　　（6）接桩：接桩前是否清理接头；是否双人对称焊接；焊接后是否进行冷却，冷却时长是否符合要求；是否进行防腐；焊接时是否按要求采取防风防雨措施；监理是否旁站。

　　（7）送桩：是否检测垂直度；送桩器与桩头是否设置衬垫；桩孔是否及时回填。

　　4.3 无人机检查发现典型问题

　　我监督站在某石化重点项目每周二、周四定期开展无人机专项检查，有针对性的对质量行为，高处实体质量及安全问题进行监督检查。同时无人机视频将同步传送至总站视频监督平台，权限用户可以通过视频定期查看视频回放发现问题。

　　4.3.1 质量行为

　　（1）桩机作业现场未见监理单位旁站人员。不符合《建设工程监理规范》（GB/T50319-2013）第5.2.11条“……安排监理人员进行旁站，并应及时记录旁站情况。”和《石油化工建设工程项目监理规范》（SH/T3903-2017）第7.2.2.1条“……下列施工过程但不仅限于应进行旁站监理：b)……成品桩沉桩过程的垂直度、焊接接桩及贯入度控制”的要求。

　　（2）叠层堆放桩超过5层，且未设置枕木。不符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.2.3条“……当叠层堆放时，外径未500～600mm的桩不宜超过4层，外径未300～400mm的桩不宜超过5层；……叠层堆放时，应在垂直于桩长度方向的地面上设置2到枕木，枕木应分别位于距桩端1/5桩长处……”的要求。

　　（3）用挖掘机移动管桩,易对管桩造成破损。

　　（4）拖拉取桩，且所取桩与存放桩发生碰撞，易对管桩造成损坏

　　（5）接桩焊接时，风力4级（风速5.5～8.0m/s），未采取有效的防风措施。不符合《二氧化碳》（JBT9816-1999）第7.3.5款“焊接区域的风速应限制在1.0m/s以下，否则应采取挡风装置”的要求。

　　（6）接桩时焊工未对称施焊。不符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.3.3条“……焊接宜在桩四周对称的进行……”的要求。

　　（7）焊接后的桩接头未进行自然冷却即进行锤击沉桩。不符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.3.3条“……焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于8min……”的要求。

　　（8）送桩前，未检测桩的垂直度。不符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.4.11条“……当桩顶打至接近地面需要送桩时，应测出桩的垂直度并检查桩顶质量，合格后应及时送桩……”的要求。

　　（9）在送桩作业时送桩器与桩头之间未设置衬垫。不符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.4.12条“……送桩作业时，送桩器与桩头之间应设置1～2层麻袋或硬纸板等衬垫……”的要求。

　　（10）送桩完成后直接将送桩器放置与预制桩上，易造成预制桩损坏。

　　（11）作业时，焊条桶盖未闭，直接放置于潮湿地面。

　　4.3.2 实体质量

　　现场堆放的个别预制方桩的棱角破损长度、深度超标。不符合《预制混凝土方桩》（20G361）第16.4.1条“表面平整、密实，掉角深度不应超过10mm……”的要求。

　　4.3.3 安全问题

　　（1）部分电缆未架空。不符合《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ 46-2005第7.2.3条“电缆线路应采用埋地或架空敷设，严禁沿地面明设，并应避免机械损伤和介质腐蚀”的要求。

　　（2）桩机吊钩防脱钩装置缺失。不符合《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）第4.1.11条“建筑起重机械的变幅限……钢丝绳防脱装置、防脱钩装置以及各种行程限位开关等安全保护装置，必须齐全有效，严禁随意调整或拆除。”的要求。

　　（3）行驶中自卸运输车车厢未完全放下。

　　（4）混凝土结构池、洞口临边防护设置不规范。不符合《建筑施工土石方工程安全技术规范》（JGJ180-2009）第6.2.1条“……防护栏杆应符合下列规定：1.防护栏杆高度不应低于1.2m;2.防护栏杆应由横杆及立杆组成……”

　　通过对检查问题的统计分析发现，由于无人机摄像机检查的隐蔽性，可以对作业全过程进行有选择的拍摄，能够更有效地发现质量行为及安全行为问题，同时受拍摄距离和摄像机清晰度局限，能够发现明细的实体质量问题，对于深层次的实体质量问题发现相对较少。

　　4.4 使用无人机摄像机的优点

　　（1）可以垂直起飞降落，可悬停、侧飞、倒飞，能够全方位、多角度对观察点进行检查、拍摄。

　　（2）针对一些大型装置设备，可以直接飞抵关注点，提高工作效率。

　　（3）可以进行远距离拍摄，具有一定的隐蔽性，能够更真实的记录现场作业行为。

　　（4）可以实时通过网络传输影像数据，并保存于系统中，可以随时查看，发现问题。

　　（5）每个旋翼的叶片比较短，叶片末端的线速度慢，发生碰撞时冲击力小，不易造成人身伤害。

　　（6）环保、噪音小、体积小、重量轻、成本低、携带方便，适合多平台、多空间使用。

　　4.5 使用无人机摄像机的不足

　　（1）续航时间短，采用单块锂电池供电，续航约30min，不能长时间监控。

　　（2）智能化有待提高，不能自动识别作业过程违章违规并发出警示，需全程人工识别或视频回放发现问题。

　　（3）由于拍摄距离和清晰度原因，对于实体质量问题发现相对较少。

　　（4）抗恶劣天气能力弱，大雪、大风、大雾等恶劣气象条件下，操作人员发出的摇杆信号和无人机发出的状态信号衰减很快，无人机的操作性能大大降低，无法正常执行任务。

　　（5）无人机的应变能力较弱，意外事件没有足够的应对能力，强烈的干扰信号，有可能使接收机与地面工作站的联系中断。

　　（6）无人机也可能出现机械故障，如果电子设备出现失灵，无人机以及机载设备将面临致命威胁。

　　5 结语

　　随着网络通信技术的高速发展，大型工程项目建设现场全部设置了固定式的视频监控系统，由于拍摄角度和距离限制，拍摄画面范围较大、针对性不足。采取无人机摄像机可有效的弥补固定式监控系统的缺陷。无人机摄像机可对重点部位、重点过程进行有针对性的拍摄，与固定式监控系统相互补充，实现项目的全天候、全方位、全过程视频监控，为做好工程建设项目质量监督工作提供有力支撑。

　　参考文献

　　[1]苏润娥.《无人机作战飞机操作平台系统人机工效研究》西北工业大学.2003.

　　[2]《轻小型民用无人机飞行动态数据管理规定》.（民航规[2019]64号).