将无人驾驶飞机和探地雷达组合到单个集成系统中

SPH Engineering（一家总部位于欧洲拉脱维亚的公司）的工程和开发团队已将无人驾驶飞机（UAV）和探地雷达（GPR）组合到单个集成系统中。 通过这种集成，可以使用低空飞行的无人机对土壤，岩石，冰或淡水进行精确，全自动的GPR测量，尤其是对于传统的GPR测量方法难以步行到达的地点。怎么运作呢？该系统由集成有探地雷达（GPR）的无人机组成。通过将车载计算机UgCS SkyHub添加到系统中，可以确保完全集成。使用地面控制软件UgCS的全部功能来计划和管理无人机的飞行。添加激光或雷达高度计可使无人机在地面上方恒定的低空飞行。

 
▲GPR + 无人机集成系统的组件

UgCS与UgCS SkyHub地面控制软件UgCS与UgCS SkyHub确保所有硬件完全集成的关键元素，UgCS SkyHub这是一种特殊的车载计算机。安装在无人机上的机载计算机UgCS SkyHub确保了GPR，无人机的自动驾驶仪和地面控制软件UgCS之间的连接，还确保了从起飞到着陆以及GPS数据的自动雷达数据记录。UgCS SkyHub还取代了平板电脑，后者通常与GPR一起用于数据记录，从而减轻了重量，将最长飞行时间延长了五分钟。

▲车载计算机UgCS SkyHub

UgCS地面控制软件可进行调查任务计划和飞行控制，确保无人机在自动模式下以恒定速度飞行。完美的直线飞行路径和恒定的速度是GPR + 无人机集成系统的主要优势之一 – 这可确保获得高质量的数据，这些数据经过地理标记并可以在地图上再现。在飞行过程中，可以使用UgCS软件跟踪任务和雷达的状态，如图3所示。

▲具有GPR数据的UgCS和UgCS SkyHub有效负载窗口的屏幕截图

▲自动执行飞行任务期间的GPR +无人机

探地雷达(GPR)目前，五款GPR机型已成功与DJI M600和M600Pro无人机平台集成。GPR模型具有不同的频率范围和带宽，从而使该系统适用于各种应用场景。

▲DJI M600与1GHz雷达系统Zond-12e Drone 1000a集成

真实地形跟随 （True Terrain Following）通过尽可能降低GPR飞行高度来模拟表面浮雕，以获取最佳数据。在系统中添加激光/雷达高度计，使无人机可以根据从高度计接收到的数据精确地跟踪地形。真正的地形跟随使无人机可以在地面上恒定且低空（最高1米）的高度飞行，而无需将精确的数字高程模型（DEM）高度图导入到任务计划软件UgCS中。 激光测高仪通过测量红外激光从地形表面反弹时的短暂闪光的飞行时间来收集不间断的数据流，而UgCS SkyHub会相应地调整无人机的飞行高度。由于该模式使用的是实际数据而不是预先存在的数据，因此称为“真实地形跟随”。

▲GPR +无人机在地面上方持续低空飞行

速度 无人机的飞行速度也应适应探索的主题。地质勘探或测深的建议速度为每秒2米，地下结构的勘探速度为每秒1米。主要优点/为什么将GPR与无人机配合使用 GPR + 无人机集成系统可确保提供准确的测量结果，对人员更安全，更省时。

▲使用GPR + 无人机系统的主要好处

将GPR和无人机集成到单个系统中，不仅可以探索难以访问或危险的地方，还可以最大程度地减少手动操作GPR时发生测量错误的可能性。例如，在船上安装了GPR的情况下探索湖床时，可能会产生干扰，使海浪摇晃船，而无人驾驶飞机会沿着精确的飞行路径飞行。出于这个原因–更高的精度–该系统的开发人员建议自动执行GPR运载无人机的地面穿透任务。应用领域 该系统由SPH Engineering开发，可用于一般的地面渗透作业，例如土壤剖析，地下基础设施测绘或淡水测深。层剖面地质调查通常在大型建筑工程之前需要进行地质土壤调查，方法是在地面上钻孔以采集土壤样本或拖动装有GPR的手推车，但对于配备了GPR的无人驾驶飞机，结果可以更快，更方便地获得，不会对人员造成安全隐患。 该方法还可用于检测地下溪流或湖泊。图8说明了由GPR收集的数据，该数据是在1米高的沥青覆盖的停车场上方飞行的无人机上获得的。这些层清晰可见。 数据集可以在这里下载：https://files.ugcs.com/s/zR5LZJmZoSKHKYr

▲在沥青覆盖的停车场上方1米处收集的数据

映射地下基础结构就像土壤调查一样，在没有这些工程记录的情况下，地下基础设施的制图在建筑中探索先前开发的领土时也很有用。请注意，目前，配备了GPR的无人机可以检测到横截面不小于所探查区域深度的5-10％的物体。 该技术可用于检测例如混凝土废水收集器，管道，地下隧道或掩体。参见视频2，其中显示了使用500 MHz GPR系统在沙质土壤中（在拉脱维亚很常见），可以在高达7米的高度清楚地检测到700毫米钢管。采集的数据样本：https://files.ugcs.com/s/pjwttKyrP3E2Xed

水深测量非常适合难以到达的位置（陡峭的海岸，采矿坑，浅水区，地形障碍）以及池塘，湖泊和运河的水域。无需为部署/回收而大量进入水域。无人机可以到达步行无法到达的位置。 该系统在不安全和危险的环境下工作，人类不应随意接近该环境。无人机可以在不与水接触的情况下运行，因此，可以测量具有强流的湖泊和河流以及受污染的水域。 该系统当前的技术功能允许进行长达15米的深水勘探，即使在水被冰覆盖的情况下，这也是可以的。

▲GPR +无人机准备起飞进行测深调查

探索-寻找在格陵兰岛冰下的飞机2018年7月，在格陵兰岛进行了一次探索，该探索队使用了探地雷达（GPR）和无人驾驶飞机集成系统，设法找到了埋在约100米冰下的“第二次世界大战”飞机。 探索队已经证明，由SPH Engineering开发的GPR-drone集成系统可以高效地定位冰下深处的物体，即使在不利的天气条件下获得的数据也足够精确。GPR-drone集成系统可以节省时间和人力，并且可以在不安全的地方使用。例如，使用安装在雪橇上的GPR的格陵兰探险队必须至少要三人-一支探险队人员带头检查冰块的安全性，一个拉雪橇，另外一个成员在移动接收器。同时，GPR-drone集成系统完全自动收集数据，同时使用地面控制软件UgCS监控飞行和雷达状态。

▲勘测任务期间的GPR-无人机集成系统

▲在雪橇上装有GPR的地面测量小组

印加遗址的考古调查该系统集成了探地雷达（GPR）和配备激光高度计的无人机，使无人机能够以“真实地形跟随”模式飞行，以进行秘鲁印加遗址的考古研究。

▲准备起飞的GPR +无人机