2023年2月1日我們受招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司道路與巖土工程研究院邀請，在重慶黔江某高速公路路段，共同探索測試大疆無人機(jī)在高速公路邊坡高位危巖地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用。

無人機(jī)在高位危巖地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中有著重要的作用。通過實時的高空快速偵查到危巖活動的部位，可以捕捉到大范圍災(zāi)害形態(tài)，把信息傳遞給地質(zhì)災(zāi)害處置部門，更好的了解地質(zhì)災(zāi)害的情況，這樣可以采取有效的預(yù)防和處理措施，避免地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生和危害人們的生命財產(chǎn)安全。道路，鐵路，橋梁，水電站等修建在高邊坡下的大型重要的基礎(chǔ)設(shè)施，都存在的強(qiáng)烈且持續(xù)的對高邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)控需求，及時了解危害的發(fā)育狀況并進(jìn)行處置是非常必要的。近年來隨著無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)的普及，具有地理信息屬性的實景三維模型，在地質(zhì)行業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用。然而在山區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，通常環(huán)境危險且復(fù)雜，常規(guī)的數(shù)據(jù)采集方式并不能全面滿足需求。在過去一年的時間里，我們積極的與地質(zhì)行業(yè)的頂級單位合作，在地質(zhì)調(diào)查研究對象的數(shù)據(jù)獲取方面，積累了大量的經(jīng)驗。本文以重慶黔江某高位危巖為采集對象，將我們使用大疆無人機(jī)在高位危巖地質(zhì)調(diào)查中的一些共性需求進(jìn)行分享。

測區(qū)全景圖概況

大疆行業(yè)應(yīng)用無人機(jī)屬于非接觸式測量設(shè)備，可以輕易突破空間距離限制，獲取地質(zhì)調(diào)查研究對象的點、線、面信息。其中點、線信息的獲取通常為采集高清影像數(shù)據(jù)，人工到達(dá)現(xiàn)場手動采集或通過高分辨率實景三維模型，分析需要觀測的點位或裂隙后，周期性采集高分辨率影像數(shù)據(jù)，通過圖像識別自動分析巖體結(jié)構(gòu)變化并預(yù)警。面狀采集方式則為粗模，精模、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)三種，粗模主要是獲取調(diào)查對象的基礎(chǔ)地質(zhì)要素，精細(xì)實景三維模型可以取代人工攀爬，精準(zhǔn)量取巖體幾何特征，激光雷達(dá)數(shù)據(jù)可以在濾波后剔除植被獲取巖體的表面特征，進(jìn)行巖體的斷面與截面數(shù)據(jù)提取。

本次測試采集數(shù)據(jù)如上表所示，下面我們依次介紹每項內(nèi)容的具體工作流程：

1、高空全景

全景數(shù)據(jù)采集可以使用M3E自帶的全景拍攝功能，無人機(jī)手動飛行到指定地點后，通過拍照菜單內(nèi)全景功能按鈕采集全景影像數(shù)據(jù)，采集完成后，遙控器會自動進(jìn)行拼接，可通過遙控器瀏覽或上傳720云進(jìn)行在線發(fā)布。

如需批量采集，可使用航跡大師全景航線功能。全景航線功能支持通過KML或CSV文件批量導(dǎo)入全景采集點位，生產(chǎn)可以仿地的全景采集航線。采集完成后使用PTGUI進(jìn)行全景拼接，可本地瀏覽，可使用720云在線發(fā)布。

2、三維模型

本次測試采集三維模型如下圖所示，我們分別采集了5.5cm、2mm、5mm三種影像分辨率的的原始影像。

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粗模

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粗模主要用于快速獲取測區(qū)地理信息數(shù)據(jù)，用于采集航線規(guī)劃必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和校驗航線飛行安全。因此粗模數(shù)據(jù)采集越快越好，數(shù)據(jù)量越少越好，對精度要求不高?？墒褂?/span>M3E遙控器自帶的掃擺航線高航高飛行，用大疆智圖低分辨率模式輸出實景三維模型和點云?？稍诘竭_(dá)現(xiàn)場后半小時內(nèi)完成粗模數(shù)據(jù)的采集與處理。

M3E掃擺航線

粗模模型效果

粗模點云效果

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P1掃擺

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基于粗模數(shù)據(jù)即可規(guī)劃精細(xì)模型采集航線，使用巡檢大師制作的點云掃擺航線可精準(zhǔn)擬合待測結(jié)構(gòu)外輪廓，使航線軌跡與測區(qū)幾何結(jié)構(gòu)變化一致，保證整個測區(qū)的影像采集分辨率一致。

P1掃擺航線展示

P1空三影像展示

禪思P1具備五向掃擺功能，在飛行過程中沿中、上、右、下、左五個方向擺動云臺，采集的角度更豐富，紋理采集更完整。

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P1掃擺航線錄屏

從模型效果截圖可以看出，傳統(tǒng)飛行方式很難重建的額突巖體底部，使用掃擺航線就可以獲得很好的重建效果。

P1掃擺航線模型效果-1

P1掃擺航線模型效果-2

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M3E掃擺

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M3E靈活便攜，起飛準(zhǔn)備時間短，續(xù)航時間長，搭載RTK模塊，可做到航線精準(zhǔn)執(zhí)行。M3E在發(fā)布28天后上線了智能擺拍功能，巡檢大師在平面擺拍的基礎(chǔ)上，適配了立面擺拍功能。M3E的云臺可以進(jìn)行上、中、下三個方向的云臺擺動。采集1mm/pixel影像分辨率的相對距離為3.6m，而P1采集1mm/pixel影像分辨率的相對距離為8m。如果M3E采集與P1一致分辨率的影像，飛行距離會更近，內(nèi)外業(yè)效率會降低。因此我們著重測試的是M3E在中等分辨率（低于5mm/pixel）外業(yè)飛行效率、內(nèi)業(yè)處理效率以及模型效果的表現(xiàn)。針對不同的作業(yè)場景需求，幫助用戶選擇合適的作業(yè)方案。

M3E 5mm分辨率掃擺航線

M3E 空三影像展示

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M3E原始影像輪播

M3E掃擺航線模型效果-1

M3E掃擺航線模型效果-1

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模型對比

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模型細(xì)節(jié)對比錄屏

從兩個模型的對比我們可以看出，五向掃擺與三向掃擺的模型紋理結(jié)構(gòu)完整性并無差異，模型效果的差異更主要是體現(xiàn)在影像的采集分辨率。

外業(yè)采集效率對比

本次測試的區(qū)域較小，從上表可以明顯看出不同分辨率模型采集的內(nèi)外業(yè)效率差異。不同等級的地質(zhì)調(diào)查對地質(zhì)要素收集的豐富程度要求不一樣，我們推薦用戶根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)調(diào)查要求，有針對性的選擇作業(yè)方案。

模型細(xì)節(jié)截圖對比1

模型細(xì)節(jié)截圖對比2

模型細(xì)節(jié)截圖對比3

模型細(xì)節(jié)截圖對比4

3、雷達(dá)點云

由于禪思L1具有三軸云臺，因此我們在巡檢大師內(nèi)同時適配了禪思L1的點云航線規(guī)劃，使用點云航線規(guī)劃，可保證相對距離恒定，保證整個測區(qū)數(shù)據(jù)質(zhì)量一致。同時由于航速較低（3m/s），飛行距離較近（18m），可以有效的提高點云成果在單位面積內(nèi)的點密度。

L1成果與航跡展示

高密度的點云數(shù)據(jù)，可以完整的記錄巖體的表面結(jié)構(gòu)。

按RGB顯示

超近的采集距離，可以有效提升植被覆蓋區(qū)域采集效果。

按回波次數(shù)顯示-正面

按回波次數(shù)顯示-反面

使用第三方軟件還可以提取巖體的斷面與截面數(shù)據(jù)。

巖體斷面數(shù)據(jù)

巖體截面數(shù)據(jù)

4、智能復(fù)拍

巡檢大師提供提供的智能復(fù)拍的功能，導(dǎo)入專業(yè)人員通過手動采集的巡檢影像，生產(chǎn)自動復(fù)拍的巡檢航線。

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如圖展示了根據(jù)現(xiàn)場手動采集的9張巡檢影像，自動生產(chǎn)的復(fù)拍巡檢航線。智能復(fù)拍支持新增過渡點功能，在有可能與地形產(chǎn)生碰撞的航點之間，增加過渡航點，保障飛行器飛行安全。

如上圖3至4號航點之間有碰撞地形風(fēng)險，通過增加過渡航點，升高后，平飛至下一航點。

5、智能巡檢

智能巡檢可針對模型上任意點位設(shè)計垂直巡檢點位所在平面的巡檢航線。

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除現(xiàn)場采集巡檢點位外，專業(yè)人員還可以通過精細(xì)化實景三維模型確定需要巡檢的點位，使用智能巡檢功能繪制巡檢航線。智能巡檢功能通過繪制三點擬合結(jié)構(gòu)面，輸入巡檢影像需要的分辨率，自動計算采集影像的位置和姿態(tài)。航線生產(chǎn)后，可對每個采集點的視角進(jìn)行模擬，確保巡檢影像采集角度正對巡檢點。針對有風(fēng)險的航點，可通過修改分辨率調(diào)整航點與地形距離關(guān)系，同時也可以增加過渡航點。

6、裂隙巡檢

裂隙的走向并不固定，因此針對裂隙的巡檢航線制作要求比較高，需要充分保證航線的自由度。

裂隙巡檢航線示意

如上圖所示，我們沿著巖體繪制了一條橫向縱向連續(xù)的巡檢航線，并且縱向航線會跟隨巖體傾角進(jìn)行反傾。如此即可獲取保持分辨率恒定的針對巖體裂隙的巡檢影像。

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裂隙巡檢錄屏

總結(jié)

針對高位危巖地質(zhì)調(diào)查，南京韋博智控科技有限公司推出了一系列自動飛行航線規(guī)劃功能，輔助地質(zhì)行業(yè)用戶精準(zhǔn)高效的利用大疆無人機(jī)及載荷采集數(shù)據(jù)。其中影像數(shù)據(jù)可用于實景三維建模處理，具備地理信息屬性，方便量測危巖體產(chǎn)狀信息。并且自動飛行航線重復(fù)執(zhí)行精度高，配合大疆機(jī)場可用于周期性巡檢，獲取的高分辨率影像，幫助用戶進(jìn)行圖像識別數(shù)據(jù)的采集與訓(xùn)練。

大疆無人機(jī)應(yīng)用于高位危巖巡檢，與傳統(tǒng)的人工攀爬垂吊作業(yè)方式相比，大大提高了作業(yè)安全性，減少了作業(yè)時間，其豐富的數(shù)據(jù)成果和精確的可重復(fù)執(zhí)行，為地質(zhì)調(diào)查工作帶來了劃時代的變革。