說起地質(zhì)“三大件”，可是成理王牌專業(yè)的標(biāo)配~

  然鵝~

  無人機(jī)，正在成為繼地質(zhì)“三大件”地質(zhì)錘、羅盤、放大鏡之后的“第四件”。

  作為一流學(xué)科“地質(zhì)學(xué)”建設(shè)高校，成都理工大學(xué)目前已基本實現(xiàn)了地學(xué)類專業(yè)無人機(jī)使用的全覆蓋。據(jù)記者調(diào)查，全國涉及地學(xué)類專業(yè)的主要高校以及科研機(jī)構(gòu)，普遍開展了無人機(jī)作業(yè)，在地質(zhì)勘探方面表現(xiàn)尤為突出。

  在剛剛閉幕的全國“兩會”期間，全國政協(xié)委員、我校地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室（以下簡稱 “地災(zāi)國重實驗室”）常務(wù)副主任許強(qiáng)再次建議我國應(yīng)盡快構(gòu)建空-天-地一體化地質(zhì)災(zāi)害早期識別的“三查”體系，其中針對“空”域的 “詳查”正是由機(jī)載LiDAR+無人機(jī)航拍實現(xiàn)。

  利用地質(zhì)災(zāi)害識別“三查”體系，地災(zāi)國重實驗室過去兩年里，僅在甘肅省永靖鎮(zhèn)黑方臺就3次成功提前預(yù)警滑坡，創(chuàng)新地突破了黃土滑坡預(yù)警難題——這正是國家“973”項目子課題 “黃土重大災(zāi)害超前判識、臨災(zāi)預(yù)警與風(fēng)險控制”需要集中攻克的重點難題之一。無人機(jī)的應(yīng)用航拍作業(yè)在整個課題實施過程中發(fā)揮了重要作用，成為空-天-地一體化的“三查”體系不可缺少的一部分。

  記者調(diào)查了解到，從地災(zāi)國重實驗室的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究到關(guān)系國家重大工程建設(shè)項目的搶險前線，我校無人機(jī)“總是沖在最前面”。我校油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室、沉積地質(zhì)研究院、地球科學(xué)學(xué)院等涉及地質(zhì)勘查相關(guān)領(lǐng)域的單位也都在野外科考、本科生和研究生人才培養(yǎng)中廣泛運用無人機(jī)，甚至有學(xué)生畢業(yè)后創(chuàng)辦了專業(yè)無人機(jī)的研發(fā)企業(yè)。

  無人機(jī)是“地質(zhì)第四件”，正逐漸成為國內(nèi)地學(xué)類高校的基本共識。北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院副教授何濤表示，無人機(jī)可以成為野外教學(xué)實習(xí)的一個好幫手。在中國地質(zhì)大學(xué)（北京）、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、中國礦業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、武漢大學(xué)等多所大學(xué)的公開信息中均有無人機(jī)“獨領(lǐng)風(fēng)騷”的相關(guān)報道。

  搶險救災(zāi)時刻，無人機(jī)彰顯“英雄本色”

  甘肅省臨夏州永靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)黑方臺，是黃河兩岸面積達(dá)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(fā)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(jīng)濟(jì)損失。

  為攻克滑坡的早期識別以及監(jiān)測預(yù)警這個世界公認(rèn)的難題，自2014年開始，地災(zāi)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(jìn)行長期監(jiān)測并收集相關(guān)信息。

  2019年3月3日下午16時05分，許強(qiáng)團(tuán)隊成員接收到了一條短信，是由該實驗室自主研發(fā)的“地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”自動發(fā)出的黑方臺陳家6#滑坡黃色預(yù)警信息。

  情況緊急。團(tuán)隊立即將預(yù)警信息通知了相關(guān)部門。

  滑坡持續(xù)變形，22時18分監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布紅色預(yù)警信息。

  由于當(dāng)?shù)卣鶕?jù)預(yù)警結(jié)果及時采取了主動防災(zāi)措施，4日零點19分發(fā)生的滑坡未造成人員傷亡。這是地災(zāi)國重實驗室第3次對黑方臺地區(qū)滑坡實現(xiàn)提前成功預(yù)警。

▲許強(qiáng)在無人機(jī)實驗室接受CCTV采訪

  無人機(jī)航拍技術(shù)在黑方臺應(yīng)用之前，地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測大量工作依靠走路爬山來完成，耗時耗力。而整個黑方臺的大面積區(qū)域也給監(jiān)測帶來了一定難度，由于監(jiān)測區(qū)域大，無法精確定位監(jiān)測點，撒網(wǎng)式布設(shè)的監(jiān)測儀器有時正好處于滑坡滑動范圍內(nèi)，辛苦布設(shè)的貴重儀器一夜之間隨滑坡滑走的事也曾發(fā)生過。

  這種情況下，無人機(jī)發(fā)揮了不可或缺的作用。

  地災(zāi)國重實驗室博士生巨袁臻解釋無人機(jī)應(yīng)用于地災(zāi)防治的工作流程：在布設(shè)地面監(jiān)測儀器前，先用無人機(jī)在監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行長期多次航拍，不僅可以進(jìn)行滑坡的精細(xì)化測繪，而且將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，即可發(fā)現(xiàn)正在變形的區(qū)域，進(jìn)而對這些區(qū)域布設(shè)地面監(jiān)測儀器進(jìn)行重點監(jiān)測，用無人機(jī)專業(yè)軟件做出的黑方臺3D實景模型，目前的分辨率已經(jīng)可以達(dá)到2個厘米。

▲地災(zāi)國重博士生巨袁臻投飛無人機(jī)

  無人機(jī)的“英雄本色”，并非第一次展現(xiàn)。

  在此前30多年的西藏高原科考中，被稱為“藏北狼”的我校沉積地質(zhì)研究院教授伊海生的團(tuán)隊曾幾次因為勘探導(dǎo)致車陷。西藏羌塘無人區(qū)位于藏北的那曲地區(qū)，平均海拔5000米以上，在無人區(qū)車陷后的處置不僅費時，甚至還可能危及生命，伊海生自己也注射過肌酐以對抗在高原極度勞累后的不良反應(yīng)。好幾次不得不在車?yán)镞^夜的他因為打不直身體，每次都要夢見自己腿斷了，胳膊斷了，“他們都叫我‘團(tuán)（起來）長’”。

  去年，伊海生再赴藏北時帶上了無人機(jī)——這是59歲的藏北科考老將第一次體驗利用無人機(jī)追蹤斷層和古湖岸線。無人機(jī)傳送的影像分辨率遠(yuǎn)超于遙感，還可以傳送遙感難以追蹤的植被覆蓋區(qū)域圖像。伊海生對此贊不絕口，他認(rèn)為無人機(jī)正在因為其普遍性、實用性、必要性，真正成為了地質(zhì)行業(yè)的“第四件”。

▲伊海生團(tuán)隊在羌塘無人區(qū)科考

  會飛無人機(jī)，成為地學(xué)類人才的基本功

  地災(zāi)國重實驗室的高級實驗師董秀軍永遠(yuǎn)不會忘記實驗室購置第1臺無人機(jī)刀鋒300時的場景經(jīng)歷。那是2010年的一天，廠家?guī)е麄儓F(tuán)隊一撥人到貴州山區(qū)進(jìn)行交付培訓(xùn)。董秀軍看著通體明黃色的飛機(jī)，十分興奮。全團(tuán)隊的人看著廠家操作無人機(jī)飛上天空，結(jié)果，無人機(jī)突然掉進(jìn)了水庫，報廢了……

  但這并沒有阻礙此后無人機(jī)的數(shù)量和應(yīng)用在地災(zāi)國重實驗室爆發(fā)式增長。記者在地災(zāi)國重實驗室看到了，大大小小數(shù)臺無人機(jī)在實驗室墻上柜子上展陳。德國MD4-1000四旋翼無人機(jī)一套，深圳飛馬無人機(jī)F1000三套，大疆精靈4pro三套，珠海極維JW1000大載重?zé)o人直升機(jī)一套……國重博士生郭晨如數(shù)家珍，“油動固定翼是最早使用的一代無人機(jī)，現(xiàn)在用的最多的還是電動固定翼無人機(jī)，新出現(xiàn)的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點，很期待。”

  如今，地災(zāi)國重實驗室要求所有研究生都要會操縱無人機(jī)，這個操作要求甚至已經(jīng)覆蓋到了本科生。地球科學(xué)學(xué)院空間信息技術(shù)系組建了以地學(xué)背景為基礎(chǔ)，以前沿科學(xué)問題為導(dǎo)向，解決實際問題為目的的無人機(jī)專業(yè)遙感團(tuán)隊。該系系主任邵懷勇教授介紹，為建設(shè)一流學(xué)科、一流專業(yè)，培養(yǎng)一流學(xué)生，目前空間信息技術(shù)系先后購置各種類型無人機(jī)近20臺，配套的無人機(jī)高分?jǐn)?shù)據(jù)處理和信息挖掘軟件20多套用于本科教學(xué)及科學(xué)研究。

  去年，該系在校內(nèi)帶領(lǐng)本科生進(jìn)行了無人機(jī)數(shù)據(jù)采集實驗，同時還首次指導(dǎo)本科生完成了馬角壩航飛數(shù)據(jù)采集實驗，舉辦的“無人機(jī)與地學(xué)空間信息技術(shù)”科普展也頗受歡迎。在邵懷勇看來，系上每個學(xué)生都應(yīng)該掌握操縱無人機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、處理到信息挖掘應(yīng)用的知識和技能。他也認(rèn)為，操縱無人機(jī)也需要有“駕照”，他們計劃將無人機(jī)駕駛培訓(xùn)與后期數(shù)據(jù)處理應(yīng)用融合于一體，形成有品牌效應(yīng)的無人機(jī)應(yīng)用操作專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，服務(wù)于社會和行業(yè)領(lǐng)域。

  地科院2005級研究生黃宇畢業(yè)后選擇在無人機(jī)領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)，為國土、農(nóng)業(yè)、 林業(yè)等多家政府單位提供移動空間信息全面解決方案。

  無人機(jī)的地學(xué)應(yīng)用價值，未來可期

  地災(zāi)國重實驗室近年來也因無人機(jī)科研技術(shù)在重大地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的運用，為提升國家防災(zāi)減災(zāi)能力做出了重要貢獻(xiàn)。

  2017年6月24日6時，四川省阿壩州茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村突發(fā)山體高位垮塌，造成河道堵塞2公里，100余人被掩埋。

  許強(qiáng)團(tuán)隊第一時間到達(dá)現(xiàn)場，并早于其他各科研部門拿出了無人機(jī)現(xiàn)場測繪圖，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域還有400萬方的變形體和20多米寬的后緣拉裂縫，這些測繪圖也為由四川省省長尹力擔(dān)任指揮長的災(zāi)害搶險救災(zāi)指揮部提供了決策依據(jù)。

  3個月后的教師節(jié)，尹力一行來到成都理工大學(xué)進(jìn)行了調(diào)研，第一站就是地災(zāi)國重實驗室，并在無人機(jī)實驗室饒有興趣地駐足停留了40多分鐘。

▲尹力省長參觀我校無人機(jī)實驗室

▲地災(zāi)國重團(tuán)隊在茂縣石大關(guān)利用無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)

  去年11月，許強(qiáng)團(tuán)隊因參與丹巴縣城后山滑坡應(yīng)急搶險，被CCTV發(fā)現(xiàn)之旅做成了紀(jì)錄片節(jié)目，好幾個鏡頭給了現(xiàn)場飛無人機(jī)探測當(dāng)?shù)氐貫?zāi)的情景。此外，成理專家正在將無人機(jī)探查技術(shù)運用在川藏鐵路沿線的高山斜坡上部的地質(zhì)災(zāi)害防控領(lǐng)域中。

▲地災(zāi)國重博士生在丹巴利用無人機(jī)進(jìn)行滑坡測繪(CCTV截圖)

▲地災(zāi)國重團(tuán)隊在丹巴使用無人機(jī)（大疆精靈4）進(jìn)行影像獲取

  無人機(jī)的應(yīng)用方興未艾。以地學(xué)類見長的高校及科研單位結(jié)合國家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)更高級別的地學(xué)科研領(lǐng)域提出了一攬子設(shè)想和落地成果。

  如許強(qiáng)在多個場合建議我國應(yīng)盡快構(gòu)建由高精度遙感+InSAR的“普查”、機(jī)載LiDAR+無人機(jī)航拍的“詳查”、地面調(diào)查核實的“核查”共同組成的空-天-地一體化“三查”體系。中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院自主研發(fā)的微型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)以及無人機(jī)數(shù)據(jù)處理云平臺，實現(xiàn)了基于云計算的地質(zhì)調(diào)查無人機(jī)數(shù)據(jù)一站式服務(wù)。去年中國國土資源航空物探遙感中心聯(lián)合多家科研單位，研發(fā)出國內(nèi)外首款能夠?qū)崿F(xiàn)國土區(qū)域全進(jìn)入測量固定翼無人機(jī)航空物探飛行平臺。

  行業(yè)內(nèi)部人士樂觀估計，未來8-30年，無人機(jī)可以搭載高科技精密儀器，可自由采集需要的數(shù)據(jù)，并對隨時對采集到的信息進(jìn)行綜合分析。

  我校校友、中科院王成善院士長期多年來在青藏高原隆升與演化機(jī)制、高原油氣資源研究方面進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。他告訴記者，無人機(jī)在地質(zhì)行業(yè)的應(yīng)用“非常重要”。

  無人機(jī)，作為繼地質(zhì)“三大件”地質(zhì)錘、羅盤、放大鏡之后的“第四件”，在地學(xué)科考及重大地質(zhì)工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用價值，正在被進(jìn)一步證實。

▲伊海生團(tuán)隊使用無人機(jī)拍攝的高清地質(zhì)畫面