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整合无人机和多波束回声测深数据

创建一个3D景观模型的石料采石场在德国

通过本杰明巴士 • 2016年6月1日

了解砾石采石场中存在的材料数量可以决定盈亏。德国西南部莱茵河畔哈海姆的一处砾石采石场部分被人工湖覆盖。为了确定水上砾石倾倒场的体积，并绘制湖底地图，无人机系统(UAS)捕获的高精度数据与船只获得的多波束回声仪数据相结合。阅读完整的文章，了解这两种类型的数据的获取，它们是如何整合的，以及对矿业公司的好处。

砾石采石场与挖掘机、崎岖的地形、人工湖和繁忙的车辆交通联系在一起。调查工作不应妨碍挖掘工作，因为这会浪费时间，影响收入。因此，为了避免中断或延迟，采石场由无人驾驶飞机系统(UAS)捕获，而湖泊则由配备多波束回声测深仪的调查船绘制(图1)。两项调查同时进行。无人机的使用不仅避免了挖掘工作的中断，而且还避免了测量人员不得不冒险到山坡或湿滑的斜坡上安装水平尺、GNSS杆或全站仪棱镜。因此，这是一种非常安全的测量技术，也消除了大量的现场工作。

地点

Harthobel-Bau GmbH经营的Hartheim Am Rhein遗址是德国西南部最大的采石场。该采石场位于A5高速公路旁边，覆盖55公顷，包括砾石的两种人造湖泊（图2）。湖泊在一侧和另一侧的一侧，岩石和农业领域侧翼，另一侧。市政道路将采石场分成两个独立区域。在两个湖泊上，漂浮的挖泥船每周五到六天挖掘砾石。银行在很大程度上无法进入，矿砾石储存在两个倾销场上。有一个通往两个湖泊的单个通道道路，没有连接。需要拖车将调查船从一个湖移动到另一个湖面。这是一项耗时的努力，涉及三个工程师的规划和执行。

设备

这aibot x6，直径为105厘米和高度为45cm的六泊泊，具有3.4kg的瓦朗，可以携带最大有效载荷2kg。配备尼康CoolPix A，标准相机，带有CMOS传感器和滚动快门，起飞重量为4.75kg，保证在最佳条件下在15分钟的空气中保持最大停留。40km / h的最大速度使得可以在可用飞行时间的15分钟内飞过采石场的最远角落。UAS使用标准GNSS，导致2cm的精度，这对本申请绰绰有余。航班可以在自动起飞和降落，位置保持，兴趣点悬停或其他支持功能进行。导航传感器，包括GNSS，陀螺仪，加速度计，晴雨表，磁力计和超声波传感器，允许AIBOTIX AIPROFLIGHT飞行计划软件执行几乎完全自主飞行。Gimbal在分钟内支持传感器的切换。德国Winsen / Aller in 2011年建于2011年的调查船，配备了多芯eChosounder和Leica GNSS接收器（图3）。回声ouder在20cm×20cm的网格单元中测量单个深度点。地面上的全站仪，Leica Nova MS60多语言，捕获了地形特征的额外测量。

立法

在德国，飞越高速公路和大多数城市都需要官方许可。法律规定飞行必须在视线范围内进行，飞行员必须能够在任何时候手动控制UAS(图4)。为了保证安全运行，两名飞行员进行了测量:一名飞行员操作UAS，另一名飞行员协助观察UAS。“无人飞行系统”的商业运营需要获得当地航空安全组织的许可，同时还必须通知警方。虽然很容易获得有关的许可，但要在不飞越高速公路的情况下计划调查是一项挑战，因为高速公路经过采石场的某些部分仅10米远。

民意调查

使用Aibotix Aiproflight，可以在办公室和现场计划航班。导频可以使用PC或平板电脑定义所有航点和相机曝光位置，并无线上传调查详细信息。对于经验丰富的飞行员，规划程序只需要几分钟。2015年11月在调查期间的天气是阳光明媚的，但有风。计划捕获计划在五个单独的航班期间携带，同时在地上90米的高度飞行，但由于风，决定将单独航班的数量增加到七个。为了确保安全航班，风速不应超过600万/秒，计划的飞行时间应允许备用总飞行时间的30％的余量。对于GNSS定位，可以在航班期间跟踪10个卫星。对于地造理目的，将12个地面控制点分布在该区域上，以确保空气的可见性。

只有八天

为了创造可交付成果，必须将从地面、水和空中采集的数据结合起来。回到办公室，使用Agisoft PhotoScanPro软件从UAS图像创建了一个网格间距为4厘米的数字表面模型(DSM)。利用Autodesk AutoCAD对水文测量获得的地理参考深度值进行处理，生成湖底DSM。然后在AutoCAD中结合两个dsm，计算地形特征和湖泊的体积，生成等高线。等高线叠加在正射影像上(图5)。整个项目从计划、执行飞行和水文测量到最终的体积计算、正射影像生成和创建三维景观模型(见图6)，共耗时8个工作日。

正位等高线和三维景观模型为矿业公司管理团队提供了监测和管理采石场开采所需的所有信息。由图像自动生成的DSM可能包含人工制品。虽然不是100%真实，但以3D景观模型的形式对采石场的虚拟表现让管理人员大开眼界，因为它让他们一眼就能看到地面上的情况，从而使他们能够改进计划并节约成本。这些产品还用于更新所有场地计划，并设想今后每两个月或每季度更新一次。