2023年2月1日我們受招商局重慶交通科研設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在高速公路邊坡高位危巖地質調查中的應用。

無人機在高位危巖地質災害調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害形態，把信息傳遞給地質災害處置部門，更好的了解地質災害的情況，這樣可以采取有效的預防和處理措施，避免地質災害發生和危害人們的生命財產安全。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設施，都存在的強烈且持續的對高邊坡穩定性的監控需求，及時了解危害的發育狀況并進行處置是非常必要的。近年來隨著無人機低空攝影測量技術的普及，具有地理信息屬性的實景三維模型，在地質行業也得到了廣泛應用。然而在山區進行地質調查，通常環境危險且復雜，常規的數據采集方式并不能全面滿足需求。在過去一年的時間里，我們積極的與地質行業的頂級單位合作，在地質調查研究對象的數據獲取方面，積累了大量的經驗。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在高位危巖地質調查中的一些共性需求進行分享。

測區全景圖概況

大疆行業應用無人機屬于非接觸式測量設備，可以輕易突破空間距離限制，獲取地質調查研究對象的點、線、面信息。其中點、線信息的獲取通常為采集高清影像數據，人工到達現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據，通過圖像識別自動分析巖體結構變化并預警。面狀采集方式則為粗模，精模、激光雷達數據三種，粗模主要是獲取調查對象的基礎地質要素，精細實景三維模型可以取代人工攀爬，精準量取巖體幾何特征，激光雷達數據可以在濾波后剔除植被獲取巖體的表面特征，進行巖體的斷面與截面數據提取。

本次測試采集數據如上表所示，下面我們依次介紹每項內容的具體工作流程：

1、高空全景

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

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文件批量導入全景采集點位，生產可以仿地的全景采集航線。采集完成后使用PTGUI進行全景拼接，可本地瀏覽，可使用720云在線發布。

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地理信息數據，用于采集航線規劃必須的基礎數據和校驗航線飛行安全。因此粗模數據采集越快越好，數據量越少越好，對精度要求不高。可使用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。可在到達現場后半小時內完成粗模數據的采集與處理。

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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基于粗模數據即可規劃精細模型采集航線，使用巡檢大師制作的點云掃擺航線可精準擬合待測結構外輪廓，使航線軌跡與測區幾何結構變化一致，保證整個測區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，起飛準備時間短，續航時間長，搭載RTK模塊，可做到航線精準執行。M3E在發布28天后上線了智能擺拍功能，巡檢大師在平面擺拍的基礎上，適配了立面擺拍功能。M3E的云臺可以進行上、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，內外業效率會降低。因此我們著重測試的是M3E在中等分辨率（低于5mm/pixel）外業飛行效率、內業處理效率以及模型效果的表現。針對不同的作業場景需求，幫助用戶選擇合適的作業方案。

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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模型細節對比錄屏

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構完整性并無差異，模型效果的差異更主要是體現在影像的采集分辨率。

外業采集效率對比

本次測試的區域較小，從上表可以明顯看出不同分辨率模型采集的內外業效率差異。不同等級的地質調查對地質要素收集的豐富程度要求不一樣，我們推薦用戶根據相應的地質調查要求，有針對性的選擇作業方案。

模型細節截圖對比1

模型細節截圖對比2

模型細節截圖對比3

模型細節截圖對比4

3、雷達點云

由于禪思L1具有三軸云臺，因此我們在巡檢大師內同時適配了禪思L1的點云航線規劃，使用點云航線規劃，可保證相對距離恒定，保證整個測區數據質量一致。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的點密度。

L1成果與航跡展示

高密度的點云數據，可以完整的記錄巖體的表面結構。

按RGB顯示

超近的采集距離，可以有效提升植被覆蓋區域采集效果。

按回波次數顯示-正面

按回波次數顯示-反面

使用第三方軟件還可以提取巖體的斷面與截面數據。

巖體斷面數據

巖體截面數據

4、智能復拍

巡檢大師提供提供的智能復拍的功能，導入專業人員通過手動采集的巡檢影像，生產自動復拍的巡檢航線。

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如圖展示了根據現場手動采集的9張巡檢影像，自動生產的復拍巡檢航線。智能復拍支持新增過渡點功能，在有可能與地形產生碰撞的航點之間，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計垂直巡檢點位所在平面的巡檢航線。

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除現場采集巡檢點位外，專業人員還可以通過精細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構面，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。航線生產后，可對每個采集點的視角進行模擬，確保巡檢影像采集角度正對巡檢點。針對有風險的航點，可通過修改分辨率調整航點與地形距離關系，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的巡檢航線，并且縱向航線會跟隨巖體傾角進行反傾。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

針對高位危巖地質調查，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劃功能，輔助地質行業用戶精準高效的利用大疆無人機及載荷采集數據。其中影像數據可用于實景三維建模處理，具備地理信息屬性，方便量測危巖體產狀信息。并且自動飛行航線重復執行精度高，配合大疆機場可用于周期性巡檢，獲取的高分辨率影像，幫助用戶進行圖像識別數據的采集與訓練。

大疆無人機應用于高位危巖巡檢，與傳統的人工攀爬垂吊作業方式相比，大大提高了作業安全性，減少了作業時間，其豐富的數據成果和精確的可重復執行，為地質調查工作帶來了劃時代的變革。