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无人机地质“第四件”

发布时间:2019-06-28 02:25 来源:未知 编辑:admin

  作为一流学科“地质学”建设高校,成都理工大学目前已基本实现了地学类专业无人机使用的全覆盖。据调查,全国涉及地学类专业的主要高校以及科研机构,普遍开展了无人机作业,在地质勘探方面表现尤为突出。

  成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(以下简称“地灾国重实验室”)常务副主任许强再次建议,我国应尽快构建空-天-地一体化地质灾害早期识别的“三查”体系,其中针对“空”域的“详查”正是由机载LiDAR+无人机航拍实现。

  利用地质灾害识别“三查”体系,地灾国重实验室过去两年里,仅在甘肃省永靖镇黑方台就3次成功提前预警滑坡,创新地突破了黄土滑坡预警难题这正是国家“973”项目子课题 “黄土重大灾害超前判识、临灾预警与风险控制”需要集中攻克的重点难题之一。无人机的应用航拍作业在整个课题实施过程中发挥了重要作用,成为空-天-地一体化的“三查”体系不可缺少的一部分。2019年初,地灾国重实验室据此申报的《无人机在黄土滑坡早期识别与监测预警中的应用》项目在首届飞马无人机应用大赛中获得第三名。

  从地灾国重实验室的地质灾害调查研究到关系国家重大工程建设项目的抢险前线,成都理工大学无人机“总是冲在最前面”。该校油气藏国家重点实验室地质及开发工程国家重点实验室、沉积地质研究院、地球科学学院等涉及地质勘查相关领域的单位也都在野外科考、本科生和研究生人才培养中广泛运用无人机,甚至有学生毕业后创办了专业无人机的研发企业。

  无人机是地质“第四件”,正逐渐成为国内地学类高校的基本共识。北大地球与空间科学学院副教授何涛表示,无人机可以成为野外教学实习的一个好帮手。在中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)、中国矿业大学、北京大学、同济大学、武汉大学等多所大学的公开信息中均有无人机“独领风骚”的相关报道。

  甘肃省临夏州永靖县盐锅峡镇黑方台,是黄河两岸面积达二十余平方千米的两块天然黄土台塬,台面平整,边缘陡峭。自1968年开始提水灌溉后,这里已发生了100多次滑坡,平均每年3~5次,造成了大量的人员伤亡及经济损失。为攻克滑坡的早期识别以及监测预警这个世界公认的难题,自2014年开始,地灾国重实验室在这个中国黄土滑坡天然实验场建立了研究基地,进行长期监测并收集相关信息。

  2019年3月3日下午16时05分,许强团队成员接收到了一条短信,是由该实验室自主研发的“地质灾害实时监测预警系统”自动发出的黑方台陈家6#滑坡黄色预警信息。

  不稳定斜坡上安装的裂缝计的监测数据显示变形在同步快速增加,滑坡持续变形,当天22时18分监测系统发布红色预警信息。由于当地政府根据预警结果及时采取了主动防灾措施,4日零点19分发生的滑坡未造成人员伤亡。

  无人机航拍技术在黑方台应用之前,地质调查监测大量工作依靠走路爬山来完成,落差一百多米的黑方台,地灾国重团队有时一天要上下近10遍,耗时耗力。而整个黑方台的大面积区域也给监测带来了一定难度,由于监测区域大,无法精确定位监测点,撒网式布设的监测仪器有时正好处于滑坡滑动范围内,辛苦布设的贵重仪器一夜之间随滑坡滑走的事也曾发生过。这种情况下,无人机发挥了不可或缺的作用。

  地灾国重实验室博士生巨袁臻解释了无人机应用于地灾防治的工作流程:在布设地面监测仪器前,先用无人机在监测区域进行长期多次航拍,不仅可以进行滑坡的精细化测绘,而且将得到的数据进行差分处理,即可发现正在变形的区域,进而对这些区域布设地面监测仪器进行重点监测。

  在这些科研工作者看来,无人机就像中医 “望闻问切”诊断出山体可能出现的问题,后期的治疗就可以对症下药。地灾国重实验室博士生郭晨打开用无人机专业软件做出的黑方台3D实景模型,“目前的分辨率已经可以达到2个厘米。”

  在此前30多年的青藏高原科考中,被称为“藏北狼”的成都理工大学沉积地质研究院伊海生教授团队曾几次因为勘探导致车陷。西藏羌塘无人区位于藏北的那曲地区,属极地高寒气候,地形地貌多变,平均海拔5000米以上,在无人区车陷后的处置不仅费时,甚至还可能危及生命。正是无人机的出现破解了困扰伊海生团队多年的难题。

  去年,伊海生再赴藏北时带上了无人机这是59岁的藏北科考老将第一次体验利用无人机追踪地层和古湖岸线。无人机传送的影像分辨率远超于遥感,不仅降低了人力成本,无需苦苦等待卫星信号,还可以传送遥感难以追踪的植被覆盖区域图像。伊海生对此赞不绝口,往日车要开一整天的距离,无人机1个小时就可以实现飞行覆盖,“它延长了地质勘查的手臂,开阔了我们的视野。” 伊海生认为,无人机正在因为其普遍性、实用性、必要性,真正成为地质行业的“第四件”。

  在地灾国重实验室,大大小小数台无人机在实验室墙上柜子上展陈。德国MD4-1000四旋翼无人机一套,深圳飞马无人机F1000三套,大疆精灵4pro三套,珠海极维JW1000大载重无人直升机一套郭晨如数家珍,“油动固定翼是最早使用得一代无人机,随着电池性能的提高,实验室又购置了电动四旋翼无人机,现在用的最多的还是电动固定翼无人机,新出现的倾转旋翼无人机兼备两者的优点,很期待。”

  对于地灾国重实验室的学生来说,学会飞无人机是一门必修课。而实际上,郭晨也遇到过“滑铁卢”。2017年2月,郭晨第一次在黑方台试飞无人机。彼时的黄土高坡仍是寒风凌冽的深冬,郭晨定制好无人机的飞行航线,按照之前练习的方式,用力向正前方水平抛掷飞马F1000无人机,无人机飞出不一会儿,一阵猛风吹来,掉了下来。

  按照无人机上的GPS定位,郭晨和同学心急火燎地去捡无人机。翻了两个坡到达定位地点时,却不见无人机。GPS出错了?郭晨背上惊出了冷汗,召集了小组另外的同学展开地毯式搜索,最终发现当地老乡把无人机当成稀奇玩意儿带回了家。

  而现在,郭晨已经总结了一套无人机操控“心法”:固定翼无人机要手抛起飞,要先观察好周边的地形,障碍物和风向,并且调整好心态。

  如今,地灾国重实验室要求所有研究生都要会操纵无人机。董秀军表示,无论是从“双一流”建设的专业要求出发,还是地灾国重实验室的实际需求,学生会操纵多种型号的无人机都是一个基本功,“就像会用三大件一样,我们自己还在开发专业配套软件。”

  在成都理工大学,无人机的操作要求已基本覆盖至本科生。地球科学学院空间信息技术系组建了以地学背景为基础,以前沿科学问题为导向,解决实际问题为目的的无人机专业遥感团队。该系系主任邵怀勇教授介绍,为建设一流学科、一流专业,培养一流学生,目前空间信息技术系先后购置各种类型无人机近20台,配套的无人机高分数据处理和信息挖掘软件20多套用于本科教学及科学研究。去年,该系在校内带领本科生进行了无人机数据采集实验,同时还首次指导本科生完成了马角坝航飞数据采集实验,举办的“无人机与地学空间信息技术”科普展也颇受欢迎。在邵怀勇看来,该系每个学生都应该掌握操纵无人机完成数据采集、处理到信息挖掘应用的知识和技能。他认为,操纵无人机也需要有“驾照”,他们计划将无人机驾驶培训与后期数据处理应用融合于一体,形成有品牌效应的无人机应用操作专业培训机构,服务于社会和行业领域。

  地科院空间信息技术系2005级研究生黄宇毕业后选择在无人机领域创业,他创办的成都山河空间信息技术有限公司为国土、农业、林业等多家政府单位提供移动空间信息全面解决方案,其中最重要的载体就是无人机。

  作为国内较早使用,并在无人机研发领域处于领先地位的地灾国重实验室,近年来也因无人机科研技术在重大地质灾害领域的运用,为提升国家防灾减灾能力做出了重要贡献。

  2017年6月24日6时,四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村突发山体高位垮塌,造成河道堵塞2000米,100余人被掩埋。许强团队第一时间到达现场,并早于其他各科研部门拿出了无人机现场测绘图,同时发现该区域还有400万方的变形体和20多米宽的后缘拉裂缝,这些测绘图也为灾害抢险救灾指挥部提供了决策依据。

  2018年11月,许强团队因参与丹巴县城后山滑坡应急抢险,被CCTV《发现之旅》做成了纪录片节目。此外,该校专家正在将无人机探查技术运用在川藏铁路沿线的高山斜坡上部的地质灾害防控领域。

  无人机的应用方兴未艾。以地学类见长的国内高校及科研单位结合国家宏观发展战略,瞄准更高级别的地学科研领域提出了一揽子设想和落地成果。如许强在多个场合建议我国应尽快构建由高精度遥感+InSAR的“普查”、机载LiDAR+无人机航拍的“详查”、地面调查核实的“核查”共同组成的空-天-地一体化的“三查”体系。中国地质调查局地质环境监测院自主研发的微型无人机飞行控制系统以及无人机数据处理云平台,实现了基于云计算的地质调查无人机数据一站式服务。去年中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心联合多家科研单位,在“国家重点研发计划“的资助下,已研发出国内外首款能够实现国土区域全进入测量固定翼无人机航空物探飞行平台。行业内部人士乐观估计,未来10~30年,无人机可以搭载高科技精密仪器,可自由采集需要的数据,并对随时对采集到的信息进行综合分析。

  成都理工大学校友、中科院王成善院士多年来在青藏高原隆升与演化机制、高原油气资源研究方面进行了系统深入的研究。他认为,无人机在地质行业的应用“非常重要”。

  无人机,作为继地质“三大件”罗盘、地质锤、放大镜外的“第四件”,在地学科考及重大地质工程建设领域的应用价值,正在被进一步证实。□

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