WayPoint Master（航跡大師）是一款面向測繪領(lǐng)域用戶，經(jīng)過深度定制化的航線規(guī)劃軟件。在服務用戶的過程中，我們接觸到了大量行業(yè)用戶。這些行業(yè)用戶具有類似測繪的，利用高精度導航與定位原理，獲取數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)的作業(yè)需求。但由于行業(yè)限制，他們在測繪方面的專業(yè)知識比較薄弱。在與行業(yè)用戶對接的過程中，我們漸漸意識到，我們應該基于在測繪方面的專業(yè)積累，幫助這些行業(yè)用戶高效率、高精度、高自動化地利用大疆無人機飛行平臺及載荷，提高生產(chǎn)效率，解決行業(yè)痛點問題。

歷時一年多的研發(fā)與測試，我們深化了幾個需求比較集中的行業(yè)，并推出了相關(guān)功能。如道橋行業(yè)的橋梁檢測、基于地理信息定位需求的紅外檢測、新能源場站的光伏巡檢、應急場景的快速地理信息數(shù)據(jù)獲取量測、復雜作業(yè)場景精細化巡檢的點云規(guī)劃。我們將這些行業(yè)用戶需求的功能，整合到一起，正式推出面向更廣闊的行業(yè)應用領(lǐng)域巡檢場景的Detailed Inspection Master（巡檢大師）。

巡檢大師的研發(fā)過程，伴隨著多個行業(yè)用戶的參與。我們在巡檢大師后續(xù)推廣與迭代的過程中，也希望與越來越多的行業(yè)用戶，一起來增加軟件的適用場景，讓巡檢大師可以越來越好的助力行業(yè)，完成更高效精準的數(shù)據(jù)獲取與分析。

由于不同行業(yè)用戶的巡檢需求不同，我們大致將巡檢場景的數(shù)據(jù)源分為四類：常規(guī)模型、精細模型、點云、基礎地形。這四類巡檢場景的數(shù)據(jù)源可以通過航跡大師的航線規(guī)劃獲取或ALOS 12.5米DEM直接使用。以《露天煤礦殘煤自燃監(jiān)測與滑坡數(shù)據(jù)觀測采集》為例，我們直接利用12.5米DEM規(guī)劃禪思H20T熱成像鏡頭的仿地航線，通過巡檢大師標準偽彩功能處理熱成像影像拼接DOM，幫助用戶基于DOM進行測溫，輸出溫度模型，制作等溫線進行風險區(qū)域評估。

巡檢大師目前分為：橋梁檢測、紅外檢測、光伏巡檢、點云規(guī)劃、應急測繪五個功能模塊，下面我們來單獨介紹每個模塊的功能和使用背景：

一、橋梁檢測

傳統(tǒng)為橋梁進行宏觀檢測手段，是依靠肉眼或者輔助工具（如橋檢車、望遠鏡等）來檢測橋梁主要構(gòu)件是否出現(xiàn)裂縫、開裂破損、露筋銹蝕、支座脫空等病害。而對于特殊結(jié)構(gòu)橋梁（如斜拉橋、懸索橋、鋼管混凝土拱橋等）或者大跨高墩橋梁，在梁底板、塔柱、索纜、斜拉索、塔頂避雷針等可及范圍以外，常規(guī)檢測手段和方法存在局限性，可操作的難度非常大，存在檢查盲區(qū)。其中局部盲區(qū)可采取人工現(xiàn)場察看檢查，但效率低、難度大、危險系數(shù)高。

針對橋梁的懸索、橋墩、橋墩支座、橋塔、橋腹等部位的螺栓脫落檢測，使用無人機具備諸多優(yōu)勢：

（1）無人機可以直接到達檢測部位，無需其它輔助措施，節(jié)省費用；

（2）檢測橋墩、橋座、橋腹等危險場所，無需搭架或者吊籃配合人員檢測，極大地提高了作業(yè)安全性；

（3）對于部分無法企及的橋腹、拉索等部位，無人機可以抵近觀察，了解更多細節(jié)；

（4）進行橋梁日常巡查時，尤其是城市橋梁，無需封閉道路中斷交通；

（5）在天氣情況允許的前提下，實施檢測橋梁具備較高的及時性；

（6）巡檢航線可精確的重復執(zhí)行，配合機巢更可以進行周期性巡檢，無需作業(yè)人員到達現(xiàn)場。

基于傳統(tǒng)檢測手段的弊端，探索無人機在橋梁檢測中的應用，我們針對橋梁構(gòu)件位置、形狀等特點，結(jié)合無人機定位技術(shù)，可搭載多種傳感器，研發(fā)設計了專業(yè)的橋梁巡檢航線。分別有懸索巡檢航線、橋腹巡檢航線、巡檢投射功能等功能。結(jié)合點云規(guī)劃還可實現(xiàn)橋塔、橋墩、橋墩支座的巡檢?？茖W、自主地飛行，并能夠精確定位興趣點，將其顯示于模型上。

1、懸索巡檢

針對橋梁的懸索構(gòu)件及線狀巡檢（架空線路、油氣管道、纜車、斜拉索、高鐵線路等）的航線設計工具，沿線生產(chǎn)下視、左視、右視三個方向的巡檢航線。可通過設置懸索半徑和側(cè)視俯仰角，精確控制巡檢影像的視角及巡檢航線的位置。該巡檢航線也可以用于懸索等線狀構(gòu)件精細模型的影像采集。

2、橋腹巡檢

橋腹巡檢一直是行業(yè)痛點問題，無人機在橋梁正下方很難獲取精確的定位與定向?qū)Ш叫畔ⅰ５靡嬗贛300 RTK雙天線與RTK定位保持的加持，可以保證在橋梁下方一定時序內(nèi)，保持RTK的定位與定向狀態(tài)。因此我們針對橋梁的橋腹構(gòu)件巡檢，推出了航線設計工具。導入橋板中線，通過設置橋板的寬度、厚度和鏡頭仰角，即可規(guī)劃M300 RTK + Zenmuse P1/H20T 配合上置云臺的巡檢航線，實現(xiàn)對橋腹的巡檢作業(yè)。該巡檢航線也可以用于橋腹精細模型的影像采集。

3、巡檢投射

貼近的精細化巡檢模式，會因為影像覆蓋的范圍較小，無法通過紋理特征對影像進行定位。為了幫助用戶快速地對缺陷影像進行定位，我們推出了巡檢投射功能。通過讀取影像的位置與姿態(tài)信息，輸入采集的相對距離，生產(chǎn)模擬視錐體并投射到模型上，同時計算影像的中心位置的投射并結(jié)合模型顯示。

二、紅外檢測

本功能的開發(fā)背景為海州露天礦的露天煤礦自燃點檢測。傳統(tǒng)檢測煤礦自燃點的手段，為人工使用測溫儀與手持紅外熱像儀，在場站內(nèi)進行巡檢。由于自燃點溫度極高，作業(yè)人員需穿戴防護設備進行作業(yè)，并且需到達實地進行測量。傳統(tǒng)的檢測方式作業(yè)速度緩慢，人員危險性高，無法準確記錄地理信息位置，甚至部分區(qū)域地勢陡峭以致作業(yè)人員無法抵達。

隨著無人機廣泛應用，部分露天煤礦使用大疆經(jīng)緯 M300 RTK 無人機搭載禪思 H20T 熱紅外相機，手動控制無人機進行非接觸式測量。測量數(shù)據(jù)沒有規(guī)律性，無法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

針對常規(guī)作業(yè)方式與無人機手動控制采集數(shù)據(jù)的弊端，我們優(yōu)化作業(yè)流程，實現(xiàn)了具有地理信息屬性的紅外檢測功能：

1、基于禪思 H20T 熱紅外相機進行仿地航線規(guī)劃；

2、對采集的熱紅外影像進行標準偽彩處理；

3、選取任意點經(jīng)緯度，自動匹配相應影像進行單幅測溫；

4、通過標準偽彩影像輸出DOM，使用DOM進行全局測溫；

5、輸出溫度模型并制作等溫線；

6、根據(jù)劃分的溫度區(qū)間，對風險區(qū)域按屬性進行展示。

1、航線規(guī)劃

航線規(guī)劃，是基于定焦測繪相機進行區(qū)域或帶狀航線的規(guī)劃。我們在WayPoint Master（航跡大師）內(nèi)適配了禪思 H20T 熱紅外相機，用戶可以使用它的熱紅外相機模型，規(guī)劃仿地航線。仿地飛行可保證熱紅外相機與目標距離恒定，避免出現(xiàn)重疊率不足或分辨率不均勻等問題。

2、標準偽彩

傳統(tǒng)偽彩賦色是依據(jù)影像覆蓋的溫區(qū)，動態(tài)的給每一測溫點進行賦色，其成果中，就算是同一架次影像，每一個顏色所對應的溫度值都不一樣，無法進行后續(xù)的影像拼接作業(yè)。巡檢大師所提供的標準偽彩功能，通過算法，使所有紅外影像中像素溫度映射的顏色一一對應，為后續(xù)通過正射影像進行全局測溫打下基礎。

3、單幅測溫

導入測區(qū)熱紅外影像數(shù)據(jù)，通過三維平臺，拾取測區(qū)內(nèi)任意點經(jīng)緯度坐標，反算采集到當前地理坐標位置的影像。設定采集高度，可以有效篩選照片，保證拾取的地理坐標位于影像中心區(qū)域。該測溫功能基于DJI Thermal SDK進行測量，不會引入算法誤差，測溫精度與禪思 H20T 測溫精度一致。

4、全局測溫

對影像進行標準偽彩處理后，即可基于紅外影像進行空三處理并輸出OSGB/DOM/DSM等成果，通過記錄標準偽彩轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)換參數(shù)，在拼接好的DOM上進行測溫。單點拾取為單點測溫，繪制面可以進行區(qū)域測溫。

5、溫度模型

加載標準偽彩后生產(chǎn)的DOM，輸出包含地理位置信息以及對應溫度的數(shù)字溫度模型， 該模型可生產(chǎn)等溫線地圖。

6、風險評估

通過設置溫度閾值，加載標準偽彩處理后生產(chǎn)的DOM，按照溫度閾值范圍填充不同顏色。分為低溫區(qū)域、 常溫區(qū)域、一般風險、嚴重風險和危機風險等區(qū)域，更直觀的顯示風險區(qū)域的范圍。

三、光伏巡檢

大規(guī)模的光伏電站一般設置陽光資源相對充足且人跡罕至的區(qū)域，人工巡檢通勤難度較大，更重要的是人工巡檢光伏板效率極低，以一個100MW的大型地面光伏電站為例，2名巡檢人員手持設備將檢查完所有的組件需20-30天時間，且需要根據(jù)經(jīng)驗判斷組件是否存在故障，設備故障發(fā)現(xiàn)效率低，極大影響了電站的效益。

如使用無人機巡檢，自動化采集組件熱紅外圖像和可見光圖像，無需人工檢測，巡視一遍約6-10小時，對獲取的海量數(shù)據(jù)自動分析判斷故障，自動形成專業(yè)分析報告，人員經(jīng)驗依賴性弱，設備故障發(fā)現(xiàn)效率高，提升電站效益。

從“手持設備巡檢”到“無人機自動巡檢“，極大提高巡檢效率。

光伏場站根據(jù)規(guī)模與分布情況，分集中式光伏電站和分布式光伏電站，巡檢大師光伏巡檢模塊，優(yōu)化航線設計算法，根據(jù)光伏場站類型特點，分別研發(fā)了集中式巡檢航線和分布式巡檢航線。保證每個采集航點與組件的相對距離恒定，且保持作業(yè)效率***優(yōu)。

分布式巡檢航線設計，應用禪思 H20T 熱紅外相機，開啟激光測距功能，采集范圍拐點及中心位置照片，加載照片文件夾，設置相關(guān)參數(shù)，通過內(nèi)部算法，快速輸出巡檢航線。無需采集數(shù)據(jù)預先生產(chǎn)DOM或DSM。

保持恒定分辨率，均勻的采集測區(qū)光伏組件數(shù)據(jù)，可以大大減少原始數(shù)據(jù)采集量，提高識別效率與準確率，因此，結(jié)合光伏場站特點制作光伏巡檢航線是十分有必要的。

集中式電站我們提供了兩種解決方案：

1. 施工階段：光伏電站的建設前期的勘測與設計輔助，基建過程中的巡檢監(jiān)理；

2. 運維階段：自主航線飛行采集數(shù)據(jù)后，通過智能識別系統(tǒng)輸出巡檢報告。

關(guān)于光伏巡檢，巡檢大師內(nèi)暫時僅打包光伏巡檢航線規(guī)劃方案，完整光伏巡檢航線規(guī)劃與缺陷自主識別可以與我們?nèi)〉寐?lián)系后詳細了解。

四、點云規(guī)劃

保持焦平面正對測繪面、保持恒定的相對距離、保持足夠且穩(wěn)定的重疊度非常有利于精細化建模與特殊構(gòu)造的精細化巡檢影像采集。巡檢大師提供的點云航線規(guī)劃功能，可以精準的擬合待測結(jié)構(gòu)外輪廓，采集高達亞毫米級的高清影像，從而恢復被攝對象的精確坐標和精細形狀結(jié)構(gòu)。采集完的影像可應用于水利工程檢測、滑坡監(jiān)測等方面的圖像缺陷識別、力學分析，可應用于城市精細建模與古建筑重建等三維重建。生產(chǎn)好的航線可以精準復飛，可配合機巢對固定構(gòu)件長期精細化巡檢航線制作。

通過傳統(tǒng)的航線規(guī)劃方式，以及我們在WayPoint Master(航跡大師)內(nèi)提供的，基于KML的立面航線規(guī)劃，也很難對高達100米的水壩精準擬合輪廓，采集分辨率均勻的高清影像。基于點云航線規(guī)劃，無論面上的結(jié)構(gòu)是弧線、坡面、外凸、內(nèi)凹、轉(zhuǎn)角都能很好的貼合上去。

水壩航線的制作，驗證了點云航線的普適性，基本解決了所有可以使用無人機進行數(shù)據(jù)采集的自然構(gòu)造與人工構(gòu)造場景航線規(guī)劃。

花山巖畫反傾山體點云航線規(guī)劃

樂山大佛內(nèi)凹山體航線規(guī)劃

船舶缺陷數(shù)據(jù)采集航線規(guī)劃

橋梁斜拉索數(shù)據(jù)采集航線規(guī)劃

古建筑精細航線規(guī)劃

反傾山體航線規(guī)劃

城市建筑精細航線規(guī)劃

五、應急測繪

在泛測繪領(lǐng)域，用戶對地圖的現(xiàn)勢性要求比較高，對成圖精度不敏感。通常需要現(xiàn)場出圖，并對測區(qū)情況做出應急響應或者定性分析。一整套攝影測量作業(yè)流程，需要作業(yè)人員掌握航線規(guī)劃，空三處理，成果輸出的流程，對作業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)要求高，并且即時性不佳。因此我們推出了應急測繪的相關(guān)功能：

1、單幅測圖

無需執(zhí)行航線任務，手動控制無人機對興趣區(qū)域拍攝單張影像，即可通過Detailed Inspection Master（巡檢大師）讀取照片內(nèi)置位姿信息，將單張影像投射為DOM，并且影像中心區(qū)域可以達到亞米級測距精度。非常適合用于應急測繪、消防、河道垃圾巡查、違建巡查等。

原始影像

2、雙屏顯示

支持同時打開兩個三維地球窗口，分別支持加載相同位置不同時期及類型的KML文件、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、三維模型等，進行比對，分析。如單幅測圖生產(chǎn)的單片投射DOM與歷史影像對比或可見光與紅外影像生產(chǎn)OSGB模型對比。

3、視頻投射

可以根據(jù)視頻采集時，無人機與云臺的位姿信息，同步顯示視錐體和飛行軌跡到三維平臺，實現(xiàn)航線與視頻同步播放。

4、航線模擬

可模擬WayPoint Master（航跡大師）及Detailed Inspection Master（巡檢大師）生產(chǎn)的航線，導入航線后讀取航點信息，模擬采集視角的視錐體，顯示其覆蓋范圍。支持沿航線方向自動播放或指定任意航點位置播放。通過航線模擬可以在任務執(zhí)行之前，對任務航線采集的區(qū)域進行模擬，以保證數(shù)據(jù)采集精確覆蓋目標區(qū)域。