高精度 GPS 有助于預(yù)防雪崩

利用高精度 GPS 預(yù)防雪崩和泥石流
滑雪季節(jié)即將來臨。不要忘記檢查滑雪場和滑雪勝地周圍的雪崩情況。對(duì)于喜歡冒險(xiǎn)的越野滑雪者以及下面的小鎮(zhèn)來說，雪崩可能是真正的危險(xiǎn)。僅瑞士阿爾卑斯山每年就會(huì)發(fā)生 1000 多次雪崩。當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)沿著斜坡豎起鋼柵欄，以防止城鎮(zhèn)附近發(fā)生雪崩。為了建造這樣的雪障，需要最精確地測量陡峭的巖面和懸崖。請(qǐng)繼續(xù)閱讀，了解一家瑞士公司如何使用內(nèi)置高性能 GPS 接收器的無人機(jī)在數(shù)小時(shí)內(nèi)勘測這一惡劣地區(qū)。

達(dá)沃斯是著名的度假小鎮(zhèn)，位于瑞士阿爾卑斯山，靠近奧地利邊境。每年都有成千上萬的游客來到達(dá)沃斯滑雪和欣賞山景。城市上方聳立著雄偉的夏霍恩山，山坡上布滿了滑雪道和纜車。為了保護(hù)小鎮(zhèn)和滑雪者，達(dá)沃斯社區(qū)計(jì)劃沿著陡峭的山坡修建雪崩屏障。理想的位置位于帕森滑雪場 (Parsenn) 斜坡上一平方公里的地方，就在滑雪道上方。為了規(guī)劃沿著這個(gè)不平坦的巖石表面的工程，需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的 3D 重建。但是，如何才能攀登這片山區(qū)，到達(dá)勘察地點(diǎn)就如同攀巖一樣？

鋼柵欄可以承受雪的重量，并在大雪期間防止雪崩。在建造此類防雪柵欄之前，需要對(duì)山丘進(jìn)行高精度測量
 

高精度 GNSS 測量斜坡范圍
總部位于瑞士的測繪公司Darnuzer Ingenieure AG擁有測量這些雪峰的專業(yè)知識(shí)。他們的WingtraOne 固定翼無人機(jī)配備頂級(jí)攝像頭，并配有Septentrio 高性能 GNSS 接收器。它可以在 150 m 的高度飛行進(jìn)行正射影像，無需 GCP（地面控制點(diǎn)）或?qū)崟r(shí)基站鏈接。GCP 是地面上具有已知位置的標(biāo)記，在制作正射影像時(shí)用作定位參考。將 GPS 放置在地面上是一項(xiàng)耗時(shí)的工作。Darnuzer 的測量員使用 Wingtra 無人機(jī)可以將工作速度提高 4 倍以上，無需 GCP。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的飛行，調(diào)查工作完成。

WingtraOne 垂直起降無人機(jī)使用高精度 GPS/GNSS 接收器對(duì)其圖像進(jìn)行精確地理標(biāo)記。
 

厘米精度的后處理
WingtraOne 垂直起降無人機(jī)可在巖石斜坡上垂直起降并自動(dòng)飛行，這意味著無需對(duì)無人機(jī)飛行員進(jìn)行培訓(xùn)，也不會(huì)因“機(jī)腹”著陸而損壞有效載荷。夏季期間，一名測量員將無人機(jī)帶到多巖石的帕森斜坡，在沒有雪的情況下捕捉 3D 模型所需的地面圖像。當(dāng)無人機(jī)飛行時(shí)，它會(huì)拍攝高分辨率圖像，并立即進(jìn)行地理標(biāo)記和時(shí)間戳記。Darnuzer 的測量員隨后使用直觀的 Wingtra 工作流程對(duì)圖像進(jìn)行后期處理，以達(dá)到 RTK（實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)）厘米級(jí)精度。然后通過 Pix4D 軟件處理正射影像，并創(chuàng)建帕森斜坡的詳細(xì) 3D 數(shù)字地形模型 (DTM)。

后處理軟件以厘米級(jí)精度對(duì)圖像進(jìn)行地理配準(zhǔn)，以創(chuàng)建 3D 模型，例如瑞士達(dá)沃斯附近的帕森斜坡。
 

借助多 GNSS 實(shí)現(xiàn)可靠且穩(wěn)健的 3D 建模
即使在山峰遮擋天空能見度的山區(qū)，  WingtraOne 無人機(jī)中的GNSS 接收器也能憑借其多 GNSS*、多頻率技術(shù)提供連續(xù)定位。山谷是天空被遮擋最嚴(yán)重的地方，不僅被周圍的高山所遮擋，而且還被街道兩旁的建筑物遮擋。

“即使在衛(wèi)星能見度較低的山谷中，由于接收器可以訪問多個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，我們總能獲得所需的定位。我們尋求的定位精度通常為 2-5 厘米?！盌arnuzer Ingenieure AG 的高級(jí)測量師 Bruno Wirth 博士說道。“Wingtra 系統(tǒng)開箱即用，得益于Septentrio 的 GNSS 技術(shù)，我們從未遇到過任何干擾問題 。”

山峰之間的開闊空間對(duì)無線電波幾乎沒有障礙，無線電波可能會(huì)通過附近的通信塔廣播。此類無線電波也稱為射頻干擾 (RFI)，可能會(huì)壓倒 GNSS 衛(wèi)星信號(hào)并干擾 GPS 接收器操作，從而降低精度，甚至導(dǎo)致定位丟失。強(qiáng)大的干擾抑制技術(shù)是確保 GNSS 接收器持續(xù)可靠定位的關(guān)鍵。

經(jīng)過手工清除樹木和巖石等細(xì)致工作后，Darnuzer 的平滑 3D 地形模型已準(zhǔn)備就緒。雪崩屏障終于可以開始建設(shè)，為美麗的帕森滑雪場的滑雪者和達(dá)沃斯居民帶來安心。 

 

地面運(yùn)動(dòng)監(jiān)測（厘米級(jí)精度）可預(yù)測山體滑坡
雪崩并不是對(duì)陡峭的阿爾卑斯山造成危險(xiǎn)的唯一雪崩類型。石崩和山體滑坡同樣危險(xiǎn)。布魯納山谷 (Val Bruna) 是一個(gè)陡峭的巖石斜坡，高出滑雪度假村米施泰爾 (Müstair)。強(qiáng)降雨侵蝕土壤，造成潛在的山體滑坡威脅。Darnuzer 的 WingtraOne 無人機(jī)也能派上用場。每年，無人機(jī)都會(huì)飛越布魯納山谷斜坡，測量土壤運(yùn)動(dòng)。精確測量地面運(yùn)動(dòng)是幫助專家評(píng)估來年山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。

2019 年最著名的山體滑坡之一 - 導(dǎo)致環(huán)法自行車賽停止的山體滑坡。圖片來源 Twitter @joscelinryan
 

航空測量變得簡單

在步行或駕駛都困難的地區(qū)，航空測量是最佳選擇。WingtraOne 無人機(jī)在天空中飛行，可進(jìn)行厘米級(jí)測量，由Septentrio GNSS 接收器供電，無需 GCP。準(zhǔn)確的景觀模型可實(shí)現(xiàn)雪崩屏障建設(shè)和地面運(yùn)動(dòng)監(jiān)測，為高山滑雪者和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)帶來安全，使他們能夠充分享受下一個(gè)滑雪季節(jié)。

*GNSS是指全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，如美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲伽利略和中國北斗。這些衛(wèi)星星座廣播定位和授時(shí)信息，這些信息由地球上的 GNSS 接收器接收并用于計(jì)算其全球位置。

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