伊海生團隊在羌塘無人區飛無人機/圖 來源網絡
無人機,正在成為繼地質“三大件”羅盤、地質錘、放大鏡外的“第四件”。記者日前從成都理工大學了解到,作為一流學科“地質學”建設高校,該校目前已基本實現了地學類專業無人機使用的全覆蓋。
成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室(以下簡稱 “地災國重實驗室”)常務副主任許強建議,我國應盡快構建空-天-地一體化地質災害早期識別的“三查”體系,其中針對“空”域的 “詳查”正是由機載lidar+無人機航拍實現。
從地災國重實驗室的地質災害調查研究到關系國家重大工程建設項目的搶險前線,成都理工大學無人機“總是沖在最前面”。該校油氣藏國家重點實驗室地質及開發工程國家重點實驗室、沉積地質研究院、地球科學學院等涉及地質勘查相關領域的單位也都在野外科考、本科生和研究生人才培養中廣泛運用無人機,甚至有學生畢業后創辦了專業無人機的研發企業。
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國重博士生巨袁臻投飛無人機/圖 來源網絡
搶險救災時刻,無人機彰顯“英雄本色”
甘肅省臨夏州永靖縣鹽鍋峽鎮黑方臺,是黃河兩岸面積達二十余平方公里的兩塊天然黃土臺塬,臺面平整,邊緣陡峭。自1968年開始提水灌溉后,這里已發生了100多次滑坡,平均每年3-5次,造成了大量的人員傷亡及經濟損失。
為攻克滑坡的早期識別以及監測預警這個世界公認的難題,自2014年開始,地災國重實驗室在這個中國黃土滑坡天然實驗場建立了研究基地,進行長期監測并收集相關信息。
今年3月3日下午16時05分,許強團隊成員接收到了一條短信,是由該實驗室自主研發的“地質災害實時監測預警系統”自動發出的黑方臺陳家6#滑坡黃色預警信息。
情況緊急。團隊立即將預警信息通知了相關部門。
不穩定斜坡上安裝的裂縫計的監測數據顯示變形在同步快速增加,滑坡持續變形,22時18分監測系統發布紅色預警信息。由于當地政府根據預警結果及時采取了主動防災措施, 4日零點19分發生的滑坡未造成人員傷亡。
這是地災國重實驗室第3次對黑方臺地區滑坡實現提前成功預警。
無人機航拍技術在黑方臺應用之前,地質調查監測大量工作依靠走路爬山來完成,落差一百多米的黑方臺,地災國重團隊有時一天要上下近十遍,耗時耗力。而整個黑方臺的大面積區域也給監測帶來了一定難度,由于監測區域大,無法精確定位監測點,撒網式布設的監測儀器有時正好處于滑坡滑動范圍內,辛苦布設的貴重儀器一夜之間隨滑坡滑走的事也曾發生過。
這種情況下,無人機發揮了不可或缺的作用。
地災國重實驗室博士生巨袁臻解釋了無人機應用于地災防治的工作流程:在布設地面監測儀器前,先用無人機在監測區域進行長期多次航拍,不僅可以進行滑坡的精細化測繪,而且將得到的數據進行差分處理,即可發現正在變形的區域,進而對這些區域布設地面監測儀器進行重點監測。
在這些科研工作者看來,無人機就像中醫 “望聞問切”診斷出山體可能出現的問題,后期的治療就可以對癥下藥。郭晨打開用無人機專業軟件做出的黑方臺3d實景模型,“目前的分辨率已經可以達到2個厘米。”
在此前30多年的青藏高原科考中,被稱為“藏北狼”的成都理工大學沉積地質研究院伊海生教授團隊曾幾次因為勘探導致車陷,多次情況危急。 無人機的出現破解了困擾伊海生團隊多年的難題。
去年,伊海生再赴藏北時帶上了無人機,第一次體驗利用無人機追蹤地層和古湖岸線。無人機傳送的影像分辨率遠超于遙感,不僅降低了人力成本,無需苦苦等待衛星信號,還可以傳送遙感難以追蹤的植被覆蓋區域圖像。 “它延長了地質勘查的手臂,開闊了我們的視野。” 伊海生認為,無人機正在因為其普遍性、實用性、必要性,真正成為地質行業的“第四件”。
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地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室團隊在丹巴飛無人機大疆精靈/圖 來源網絡
會飛無人機,成為地學類人才的基本功
在地災國重實驗室,大大小小數臺無人機在實驗室墻上柜子上展陳。德國md4-1000四旋翼無人機一套,深圳飛馬無人機f1000三套,大疆精靈4pro三套,珠海極維jw1000大載重無人直升機一套……國重博士生郭晨如數家珍,“油動固定翼是最早使用的一代無人機,隨著電池性能的提高,實驗室又購置了電動四旋翼無人機,現在用的最多的還是電動固定翼無人機,新出現的傾轉旋翼無人機兼備兩者的優點,很期待。”
對于地災國重實驗室的學生來說,學會飛無人機是一門必修課。2017年2月,郭晨第一次在黑方臺試飛無人機,結果一陣猛風吹來,飛機掉了下來。現在,郭晨已經總結了一套無人機操控“心法”:“固定翼無人機要手拋起飛,要先觀察好周邊的地形,障礙物和風向,并且調整好心態。”
如今,地災國重實驗室要求所有研究生都要會操縱無人機,高級實驗師董秀軍表示,無論是從“雙一流”建設的專業要求出發,還是地災國重實驗室的實際需求,學生會操縱多種型號的無人機都是一個基本功,“就像會用‘三大件’一樣,我們自己還在開發專業配套軟件。”
在成都理工大學,無人機的操作要求已基本覆蓋至地類學本科生。地球科學學院空間信息技術系組建了以地學背景為基礎,以前沿科學問題為導向,解決實際問題為目的的無人機專業遙感團隊。該系系主任邵懷勇教授介紹,目前空間信息技術系先后購置各種類型無人機近20臺,配套的無人機高分數據處理和信息挖掘軟件20多套用于本科教學及科學研究。去年,該系在校內帶領本科生進行了無人機數據采集實驗,同時還首次指導本科生完成了馬角壩航飛數據采集實驗,舉辦的“無人機與地學空間信息技術”科普展也頗受歡迎。在邵懷勇看來,系上每個學生都應該掌握操縱無人機完成數據采集、處理到信息挖掘應用的知識和技能。他們計劃將無人機駕駛培訓與后期數據處理應用融合于一體,形成有品牌效應的無人機應用操作專業培訓機構,服務于社會和行業領域。
來源:中國科技網
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