摘要：多旋翼無人機具有機型小巧、結構簡單、攜帶方便、控制靈活、反應迅速、性價比高、智能化程度較高、易于搭載等優點，結合網絡通信技術的快速發展，無人機攝像機逐漸在各類工程質量監督監控中發揮重大作用。本文將對無人機在石化工程質量監督中的應用進行分析研究。
關鍵詞：無人機;攝像機;傳輸;監督;
1 前言
隨著技術進步，無人機在各領域的使用需求顯現出大幅上升的趨勢。無人機攝像機安裝于云臺的合適位置，可以將攝像機采集的視頻信號傳輸到安裝在無人機上的圖傳信號發送器上，然后由圖傳信號傳送到地面的接收系統，由接收系統再通過網絡信號傳輸到顯示設備上，操控者就可以實時的監控到無人機攝像機航拍圖像。
2 無人機攝像機應用領域
目前，很多領域都可以使用無人機攝像機，使用無人機攝像機相對成熟的領域主要有以下8個方面。
�。�1）環境環保監測：無人機攝像機可用于觀測環境污染、土壤、空氣質量、植被和水質狀況等。
�。�2）用于高壓輸電線路巡檢：裝配有高清晰數碼照相機和攝像機以及GPS衛星定位系統可以實時拍攝傳送圖片和數據信息。
�。�3）用于農業監測：無人機攝像機利用集成高清數碼相機、光譜分析儀、紅外傳感器等儀器設備對農田農作物巡查檢測、災害評估。
�。�4）影視攝錄：無人機攝像機可用于電影、電視劇的拍攝錄制，搭載高清攝像機在無線遙控下進行拍攝。
�。�5）災后救援：利用搭載了高清拍攝裝置的無人機對受災地區進行航拍，消防救援利用無人機進入危險地帶勘察現場情況，提供實時影像以方便救援工作的進行。
�。�6）航拍攝影：無人機攝像機可用在航拍上，對需確權和有爭議的地方進行航拍。
�。�7）高速巡警：高速巡警利用無人機攝像機進行巡視檢查。
�。�8）街景拍攝：對狹小街道、古老房屋建筑、城市規劃遙控航拍等用途。
可以看出無人機攝像機應用領域非常廣泛，它可以廣泛地應用于國土資源調查、數字化城市、城市規劃、礦產資源開發利用、土地調查執法、防汛抗旱、森林防火監測、環境監測、邊防監控、軍事偵察和警情消防監控等行業，以及其他可以使用到無人機攝像機作業的特種行業中。
3 無人機基礎知識
3.1 無人機定義
無人駕駛航空器：一架由遙控地面站管理（包括遠程遙控操縱或自主飛行）的航空器，也稱作遙控駕駛航空器，簡稱無人機。
3.2 無人機分級分類
無人機的安全威脅主要來自高空沖突、動能大小及活動范圍，將無人機分為兩級、三類、五型。
表1
4 無人機攝像機在工程質量安全監督中應用
石化建設工程項目施工難度大、質量要求高、安全監管嚴格。石化企業必須加強對工程項目的質量管理、安全管理，完善質量監督、安全監管保障體系，落實細節，強化過程控制，當前施工現場信息化應用水平不高，檢查人員工作強度大、效率不高，借助視頻監控、智能分析等信息化等手段，將有效地提高監督工作效率，極大的減輕工作強度，增強對工程項目施工現場監管的力度。
當前建設工程質量監督工作存在3方面不足。一是信息化程度不夠，當前監督人員常年奔波于石化各個在建項目施工現場，對工地進行現場督察，工作強度大，缺乏統一的信息化管理平臺，信息化對工作便利性的支撐程度不足。二是可視化程度不高，石化在建工程現有作業許可證管理系統、承包商管理系統等，可視化程度不夠，在建項目現場的視頻圖像均是各自為戰，沒有和作業系統聯動，難以實現視頻資源的共享運用，導致“信息孤島”的出現。三是智能化程度不高，當前AI、5G等新技術發展日新月異，但是在工程質量監督工作方面新技術應用還較少，智能化程度不高，新技術對工作的增效作用不明顯。
我監督站通過建設工程質量可視化智能管理平臺，提高了工程質量監督工作的質量和效率。其中無人機作為平臺終端的重要組成部分，我站為天津某石化重點項目配置了無人機攝像機（UAV-MX4080A四旋翼飛行器），配合開展現場監督檢查。
4.1 UAV-MX4080A四旋翼飛行器簡介
4.1.1 UAV-MX4080A四旋翼飛行器基礎通訊
基礎通訊包括數據傳輸及圖像傳輸。數據傳輸為雙向，上行鏈路傳輸內容包括控制指令、狀態指令等，下行鏈路包括飛行信息、無人機狀態信息等。圖像傳輸為單向傳輸，下行鏈路僅有圖像信息。
全向天線在水平方向為360°全方向均勻輻射，也就是無方向性。尖端信號最弱，整體發射及接收能力如蘋果狀。
4.1.2 UAV-MX4080A四旋翼飛行器主要由無人機、掛載攝像頭、地面站系統組成
4.1.3 UAV-MX4080A四旋翼飛行器功能特性
可折疊機臂，碳纖維機體；抗風等級6級；飛行半徑近5～10km（無遮擋、無干擾，低海拔）；支持手動和自動飛行2種控制模式。
4.1.4 UAV-MX4080A四旋翼飛行器飛行環境要求
飛行時遠離人群，準備起飛時，離無人機至少5m距離；選擇視野比較開闊、通視，周圍無高大建筑物的場所作為飛行場地，受環境干擾等影響，地面站實際控制距離與理論有偏差；勿靠近高壓線、通訊基站、發射塔等區域飛行，以免通訊及飛行受到干擾；勿在大風、大雨、霧霾、極寒天氣等的惡劣環境飛行，影響飛行器動力及電池性能，航時會縮短。
4.1.5 UAV-MX4080A四旋翼飛行器智能飛行
�。�1）一鍵起飛/一鍵降落
無人機在地面可以觸發一鍵起飛，無人機能夠自動飛行到設置高度懸停，等待下一步指令。無人機在空中時可以觸發一鍵降落，無人機將自動爬升到設定高度，從飛行地點返回到起飛點并自動降落；如果當前飛行高度高于設定返回高度，無人機將以飛行高度先返回起飛點上空后再自動降落。
�。�2）指點飛行
通過GPS設定固定監督目標為飛行目標點，無人機可以自動飛行到目標點并懸停拍攝。
�。�3）規劃航線
可以將多個監督目標設置為目標點，無人機可以自動按照目標點順序飛行，并完成對全部設定監督目標的拍攝。
�。�4）環繞飛行
設置環繞目標點，控制飛機環繞目標點以固定半徑進行圓周運動飛行，環繞過程中默認機頭一直指向目標點，可以重點部位全方位監督拍攝。
4.1.6 UAV-MX4080A四旋翼飛行器視頻管理
�。�1）視頻預覽
無人機將視頻通過圖像傳輸鏈路實時傳輸到地面站，并在地面站軟件上顯示。同時，地面站可通過有線網口或無線網絡將視頻實時傳輸到監控中心平臺顯示。
�。�2）視頻錄像
可以通過地面站內置的TF卡對無人機回傳到地面站的視頻進行存儲。同時，無人機的云臺內置TF卡，也可以對視頻進行存儲。
�。�3）視頻回放
地面站（遙控器）軟件能夠回放內置硬盤或者TF卡上的錄像。在回放錄像的同時，地圖上可以同步顯示無人機的飛行軌跡，對無人機拍攝視頻時所處的位置可以直觀的了解。
4.2 無人機在土建項目施工過程中的應用
某石化重點項目建設裂解汽油加氫、乙烯等10余套煉油化工裝置以及配套的公用工程和輔助設施，建設工期30個月。其中土建施工作業時長近11個月，共計打樁4.2余套，高峰期現場樁機約110臺，作業人員1300余人。無人機可全程記錄現場樁機作業過程，并及時發現作業過程中的質量問題。
4.2.1 樁基工程主要過程及施工要求
�。�1）預制樁檢查
管樁宜單層堆放，疊層堆放時，按樁外徑為300～400㎜和500～600㎜分別不宜超過5層和4層；并應在地面上設置兩道墊木。疊層堆放超過兩層時，采用吊機取樁，嚴禁拖拉取樁；同時應對樁身外觀質量進行查驗。
�。�2）樁機就位
打樁機就位要對準樁位，保證機身垂直和穩定，在施工的過程中不能傾斜和移動。
�。�3）起吊預制管樁
管樁在施工中起吊時樁尖與樁位的中心垂直對準，緩緩地放下插入土中，再在樁頂扣好樁帽或樁箍，除去索具。
�。�4）穩樁
樁尖插入樁位后，利用樁錘的自重將樁插入地下30～50cm，再使樁垂直穩定。接樁必須用經緯儀校正，樁插入時垂直度偏差不得超過0.5%。
�。�5）打樁
打樁采用重錘低擊。打樁原則按照先長后短、先大徑后小徑、先深后淺、先大承臺樁后小承臺樁進行。
應在管樁表面標記劃線，將入土和送樁深度、樁頂標高、貫入度以及樁錘落距等施工參數如實記錄。
�。�6）接樁
接樁前應清除接頭表面，樁間隙應用鐵片墊實焊牢。宜在樁四周對稱焊接；焊接層數不少于2層；焊好接頭嚴禁水冷，必須按要求自然冷卻后才能施打。
距地面約0.5～lm時進行接樁；導向箍設置在下節樁的樁頭處；上下節樁段錯位偏差不宜大于2mm；節點折曲矢高不得大于l‰樁長。
氣體保護焊接時要采取防風措施；雨天焊接時要采取防雨措施。
�。�7）送樁
送樁深度不宜大于2m。樁帽和樁錘之間應設置“錘墊”。
管樁露出地面的宜控制在0.3～0.5m；應測出樁的垂直度并檢查樁頂質量。
送樁器彎曲度不得大于1/1000。送樁器上下兩端面垂直于送樁器的中心軸線。
送樁器應與樁匹配。
送樁器與樁頭之間應設置襯墊。完成后及時將空孔回填或覆蓋。
4.2.2 樁基作業各階段無人機重點檢查內容
�。�1）預制樁檢查：管樁是否單層堆放；堆放層數是否符合要求；是否按要求放置枕木；是否拖拉取樁。
�。�2）樁機就位：是否施工中移動樁機。
�。�3）起吊預制樁：是否存在野蠻吊裝行為。
�。�4）穩樁：是否進行了垂直度校正。
�。�5）打樁：是否重錘低擊；樁表面是否劃線標記。
�。�6）接樁：接樁前是否清理接頭；是否雙人對稱焊接；焊接后是否進行冷卻，冷卻時長是否符合要求；是否進行防腐；焊接時是否按要求采取防風防雨措施；監理是否旁站。
�。�7）送樁：是否檢測垂直度；送樁器與樁頭是否設置襯墊；樁孔是否及時回填。
4.3 無人機檢查發現典型問題
我監督站在某石化重點項目每周二、周四定期開展無人機專項檢查，有針對性的對質量行為，高處實體質量及安全問題進行監督檢查。同時無人機視頻將同步傳送至總站視頻監督平臺，權限用戶可以通過視頻定期查看視頻回放發現問題。
4.3.1 質量行為
�。�1）樁機作業現場未見監理單位旁站人員。不符合《建設工程監理規范》（GB/T50319-2013）第5.2.11條“……安排監理人員進行旁站，并應及時記錄旁站情況。”和《石油化工建設工程項目監理規范》（SH/T3903-2017）第7.2.2.1條“……下列施工過程但不僅限于應進行旁站監理：b)……成品樁沉樁過程的垂直度、焊接接樁及貫入度控制”的要求。
�。�2）疊層堆放樁超過5層，且未設置枕木。不符合《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）第7.2.3條“……當疊層堆放時，外徑未500～600mm的樁不宜超過4層，外徑未300～400mm的樁不宜超過5層；……疊層堆放時，應在垂直于樁長度方向的地面上設置2到枕木，枕木應分別位于距樁端1/5樁長處……”的要求。
�。�3）用挖掘機移動管樁,易對管樁造成破損。
�。�4）拖拉取樁，且所取樁與存放樁發生碰撞，易對管樁造成損壞
�。�5）接樁焊接時，風力4級（風速5.5～8.0m/s），未采取有效的防風措施。不符合《二氧化碳》（JBT9816-1999）第7.3.5款“焊接區域的風速應限制在1.0m/s以下，否則應采取擋風裝置”的要求。
�。�6）接樁時焊工未對稱施焊。不符合《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）第7.3.3條“……焊接宜在樁四周對稱的進行……”的要求。
�。�7）焊接后的樁接頭未進行自然冷卻即進行錘擊沉樁。不符合《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）第7.3.3條“……焊好后的樁接頭應自然冷卻后方可繼續錘擊，自然冷卻時間不宜少于8min……”的要求。
�。�8）送樁前，未檢測樁的垂直度。不符合《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）第7.4.11條“……當樁頂打至接近地面需要送樁時，應測出樁的垂直度并檢查樁頂質量，合格后應及時送樁……”的要求。
�。�9）在送樁作業時送樁器與樁頭之間未設置襯墊。不符合《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）第7.4.12條“……送樁作業時，送樁器與樁頭之間應設置1～2層麻袋或硬紙板等襯墊……”的要求。
�。�10）送樁完成后直接將送樁器放置與預制樁上，易造成預制樁損壞。
�。�11）作業時，焊條桶蓋未閉，直接放置于潮濕地面。
4.3.2 實體質量
現場堆放的個別預制方樁的棱角破損長度、深度超標。不符合《預制混凝土方樁》（20G361）第16.4.1條“表面平整、密實，掉角深度不應超過10mm……”的要求。
4.3.3 安全問題
�。�1）部分電纜未架空。不符合《施工現場臨時用電安全技術規范》JGJ 46-2005第7.2.3條“電纜線路應采用埋地或架空敷設，嚴禁沿地面明設，并應避免機械損傷和介質腐蝕”的要求。
�。�2）樁機吊鉤防脫鉤裝置缺失。不符合《建筑機械使用安全技術規程》（JGJ33-2012）第4.1.11條“建筑起重機械的變幅限……鋼絲繩防脫裝置、防脫鉤裝置以及各種行程限位開關等安全保護裝置，必須齊全有效，嚴禁隨意調整或拆除。”的要求。
�。�3）行駛中自卸運輸車車廂未完全放下。
�。�4）混凝土結構池、洞口臨邊防護設置不規范。不符合《建筑施工土石方工程安全技術規范》（JGJ180-2009）第6.2.1條“……防護欄桿應符合下列規定：1.防護欄桿高度不應低于1.2m;2.防護欄桿應由橫桿及立桿組成……”
通過對檢查問題的統計分析發現，由于無人機攝像機檢查的隱蔽性，可以對作業全過程進行有選擇的拍攝，能夠更有效地發現質量行為及安全行為問題，同時受拍攝距離和攝像機清晰度局限，能夠發現明細的實體質量問題，對于深層次的實體質量問題發現相對較少。
4.4 使用無人機攝像機的優點
�。�1）可以垂直起飛降落，可懸停、側飛、倒飛，能夠全方位、多角度對觀察點進行檢查、拍攝。
�。�2）針對一些大型裝置設備，可以直接飛抵關注點，提高工作效率。
�。�3）可以進行遠距離拍攝，具有一定的隱蔽性，能夠更真實的記錄現場作業行為。
�。�4）可以實時通過網絡傳輸影像數據，并保存于系統中，可以隨時查看，發現問題。
�。�5）每個旋翼的葉片比較短，葉片末端的線速度慢，發生碰撞時沖擊力小，不易造成人身傷害。
�。�6）環保、噪音小、體積小、重量輕、成本低、攜帶方便，適合多平臺、多空間使用。
4.5 使用無人機攝像機的不足
�。�1）續航時間短，采用單塊鋰電池供電，續航約30min，不能長時間監控。
�。�2）智能化有待提高，不能自動識別作業過程違章違規并發出警示，需全程人工識別或視頻回放發現問題。
�。�3）由于拍攝距離和清晰度原因，對于實體質量問題發現相對較少。
�。�4）抗惡劣天氣能力弱，大雪、大風、大霧等惡劣氣象條件下，操作人員發出的搖桿信號和無人機發出的狀態信號衰減很快，無人機的操作性能大大降低，無法正常執行任務。
�。�5）無人機的應變能力較弱，意外事件沒有足夠的應對能力，強烈的干擾信號，有可能使接收機與地面工作站的聯系中斷。
�。�6）無人機也可能出現機械故障，如果電子設備出現失靈，無人機以及機載設備將面臨致命威脅。
5 結語
隨著網絡通信技術的高速發展，大型工程項目建設現場全部設置了固定式的視頻監控系統，由于拍攝角度和距離限制，拍攝畫面范圍較大、針對性不足。采取無人機攝像機可有效的彌補固定式監控系統的缺陷。無人機攝像機可對重點部位、重點過程進行有針對性的拍攝，與固定式監控系統相互補充，實現項目的全天候、全方位、全過程視頻監控，為做好工程建設項目質量監督工作提供有力支撐。
參考文獻
[1]蘇潤娥.《無人機作戰飛機操作平臺系統人機工效研究》西北工業大學.2003.
[2]《輕小型民用無人機飛行動態數據管理規定》.（民航規[2019]64號).
