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洛桑大学为高山冰川研究开发基于无人机的 GPR

27.03.2022

瑞士洛桑大学地球科学研究所 (ISTE) 的一个研究小组正在开发一种基于无人机的 GPR 系统,用于高山冰川学应用。与在冰川表面进行的调查相比,使用 SPH Engineering 的 UgCS 集成系统解决方案在无人机上安装 GPR 系统可以更安全、更高效地获取数据。与从直升机上进行的 GPR 调查相比,该系统生成的高密度数据集可用于评估和监测内部冰川动力学和水文。

GPR已经在冰川上使用了几十年,但数据采集通常直接在冰川表面进行,或者通过直升机在冰层上方几十米处进行。基于冰川的勘测允许获取高密度 3D GPR 数据,但由于裂缝和其他危险,劳动强度大,有时还很危险。另一方面,基于直升机的勘测安全高效,但成本极高,并且无法获取如此高密度的测量数据。ISTE 研究团队专门为冰川工作设计的基于无人机的 GPR 系统结合了这两种调查的优点。

该系统由 DJI 的 Matrice 600 无人机、定制的轻型探地雷达和天线、SPH Engineering 的 UgCS Skyhub 和雷达高度计以及独立 GPS 组成。使用这样的配置,可以通过随着时间的推移重复相同的数据采集来记录高密度的 4D GPR 数据。这些4D GPR 数据可能会提供有关内部冰川动力学和水文的有趣见解,这是研究小组工作的总体目标。
 


“要记录高质量的数据,我们需要尽可能靠近冰面,但同时要避开这些障碍物并保持平稳的飞行路径。这意味着调整无人机沿飞行的高度,以大致跟随冰川表面在规定的高度。使用 SPH Engineering 的True Terrain Following (TTF) 算法,探地雷达还保持靠近冰面,从而获得出色的数据质量。测试表明,我们基于无人机的 GPR 系统记录数据的速度至少比以前的步行调查快四倍,并且数据质量总体上有所提高”,ISTE应用地球物理学博士生 Bastien Ruols 解释说。“经过一些测试,我们选择在去年夏天以 5m 的高度和3m/s 的速度飞行我们的 GPR。使用这些参数,我们能够在一组无人机电池上记录超过 3 行公里的 GPR 数据,持续大约20 分钟。TTF 算法完美地满足了我们的所有要求”。

“此外,UgCS是一款出色的软件,它提供了在具有挑战性的山区环境中进行调查所需的所有功能。重要的是,模拟模式允许我们在使用昂贵的地球物理仪器飞行之前进行练习飞行。我们可以轻松地创建所有类型的轨迹,并且该软件在没有网络连接的情况下也能正常运行”,Bastien补充道。“由于直接从 DJI 无人机访问所有飞行数据很复杂,所有信息都直接记录在 UgCS Skyhub 数据记录器上这一事实非常有价值”。

2018 年,洛桑大学研究小组在瑞士Otemma冰川上徒步记录了一个高密度 3D GPR 数据集,该数据集用于定位靠近冰川口的冰下排水通道。2021 年夏天,他们使用基于无人机的系统记录了同一区域的数据。初步结果表明,无人机数据的质量甚至比步行记录的数据还要高,尽管需要额外的处理来校正天线振铃和 GPR 在地面上方的高度。

在地球物理和冰川学领域,基于无人机的数据采集近年来越来越流行。然而,开发用于冰川 3D 和4D 测量的基于无人机的 GPR 系统绝对是创新的。截至今天,ISTE研究团队是唯一一个专门为此目的开发系统的团队。

SPH Engineering 支持学术研究,作为其全球 UgCS 教育计划的一部分。要成为UgCS 教育计划的一部分,请联系 Mrs. Jana Aksjukova 邮箱

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