面向巡检领域，拓展无人机应用场景 —— 韦博智控Detailed Inspection Master 巡检大师正式发布

WayPoint Master（航迹大师）是一款面向测绘领域用户，经过深度定制化的航线规划软件。在服务用户的过程中，我们接触到了大量行业用户。这些行业用户具有类似测绘的，利用高精度导航与定位原理，获取数据及处理数据的作业需求。但由于行业限制，他们在测绘方面的专业知识比较薄弱。在与行业用户对接的过程中，我们渐渐意识到，我们应该基于在测绘方面的专业积累，帮助这些行业用户高效率、高精度、高自动化地利用大疆无人机飞行平台及载荷，提高生产效率，解决行业痛点问题。

历时一年多的研发与测试，我们深化了几个需求比较集中的行业，并推出了相关功能。如道桥行业的桥梁检测、基于地理信息定位需求的红外检测、新能源场站的光伏巡检、应急场景的快速地理信息数据获取量测、复杂作业场景精细化巡检的点云规划。我们将这些行业用户需求的功能，整合到一起，正式推出面向更广阔的行业应用领域巡检场景的Detailed Inspection Master（巡检大师）。

巡检大师的研发过程，伴随着多个行业用户的参与。我们在巡检大师后续推广与迭代的过程中，也希望与越来越多的行业用户，一起来增加软件的适用场景，让巡检大师可以越来越好的助力行业，完成更高效精准的数据获取与分析。

由于不同行业用户的巡检需求不同，我们大致将巡检场景的数据源分为四类：常规模型、精细模型、点云、基础地形。这四类巡检场景的数据源可以通过航迹大师的航线规划获取或ALOS 12.5米DEM直接使用。以《露天煤矿残煤自燃监测与滑坡数据观测采集》为例，我们直接利用12.5米DEM规划禅思H20T热成像镜头的仿地航线，通过巡检大师标准伪彩功能处理热成像影像拼接DOM，帮助用户基于DOM进行测温，输出温度模型，制作等温线进行风险区域评估。

巡检大师目前分为：桥梁检测、红外检测、光伏巡检、点云规划、应急测绘五个功能模块，下面我们来单独介绍每个模块的功能和使用背景：

一、桥梁检测

传统为桥梁进行宏观检测手段，是依靠肉眼或者辅助工具（如桥检车、望远镜等）来检测桥梁主要构件是否出现裂缝、开裂破损、露筋锈蚀、支座脱空等病害。而对于特殊结构桥梁（如斜拉桥、悬索桥、钢管混凝土拱桥等）或者大跨高墩桥梁，在梁底板、塔柱、索缆、斜拉索、塔顶避雷针等可及范围以外，常规检测手段和方法存在局限性，可操作的难度非常大，存在检查盲区。其中局部盲区可采取人工现场察看检查，但效率低、难度大、危险系数高。

针对桥梁的悬索、桥墩、桥墩支座、桥塔、桥腹等部位的螺栓脱落检测，使用无人机具备诸多优势：

（1）无人机可以直接到达检测部位，无需其它辅助措施，节省费用；

（2）检测桥墩、桥座、桥腹等危险场所，无需搭架或者吊篮配合人员检测，极大地提高了作业安全性；

（3）对于部分无法企及的桥腹、拉索等部位，无人机可以抵近观察，了解更多细节；

（4）进行桥梁日常巡查时，尤其是城市桥梁，无需封闭道路中断交通；

（5）在天气情况允许的前提下，实施检测桥梁具备较高的及时性；

（6）巡检航线可精确的重复执行，配合机巢更可以进行周期性巡检，无需作业人员到达现场。

基于传统检测手段的弊端，探索无人机在桥梁检测中的应用，我们针对桥梁构件位置、形状等特点，结合无人机定位技术，可搭载多种传感器，研发设计了专业的桥梁巡检航线。分别有悬索巡检航线、桥腹巡检航线、巡检投射功能等功能。结合点云规划还可实现桥塔、桥墩、桥墩支座的巡检。科学、自主地飞行，并能够精确定位兴趣点，将其显示于模型上。

1、悬索巡检

针对桥梁的悬索构件及线状巡检（架空线路、油气管道、缆车、斜拉索、高铁线路等）的航线设计工具，沿线生产下视、左视、右视三个方向的巡检航线。可通过设置悬索半径和侧视俯仰角，精确控制巡检影像的视角及巡检航线的位置。该巡检航线也可以用于悬索等线状构件精细模型的影像采集。

2、桥腹巡检

桥腹巡检一直是行业痛点问题，无人机在桥梁正下方很难获取精确的定位与定向导航信息。得益于M300 RTK双天线与RTK定位保持的加持，可以保证在桥梁下方一定时序内，保持RTK的定位与定向状态。因此我们针对桥梁的桥腹构件巡检，推出了航线设计工具。导入桥板中线，通过设置桥板的宽度、厚度和镜头仰角，即可规划M300 RTK + Zenmuse P1/H20T 配合上置云台的巡检航线，实现对桥腹的巡检作业。该巡检航线也可以用于桥腹精细模型的影像采集。

3、巡检投射

贴近的精细化巡检模式，会因为影像覆盖的范围较小，无法通过纹理特征对影像进行定位。为了帮助用户快速地对缺陷影像进行定位，我们推出了巡检投射功能。通过读取影像的位置与姿态信息，输入采集的相对距离，生产模拟视锥体并投射到模型上，同时计算影像的中心位置的投射并结合模型显示。

二、红外检测

本功能的开发背景为海州露天矿的露天煤矿自燃点检测。传统检测煤矿自燃点的手段，为人工使用测温仪与手持红外热像仪，在场站内进行巡检。由于自燃点温度极高，作业人员需穿戴防护设备进行作业，并且需到达实地进行测量。传统的检测方式作业速度缓慢，人员危险性高，无法准确记录地理信息位置，甚至部分区域地势陡峭以致作业人员无法抵达。

随着无人机广泛应用，部分露天煤矿使用大疆经纬 M300 RTK 无人机搭载禅思 H20T 热红外相机，手动控制无人机进行非接触式测量。测量数据没有规律性，无法对数据进行统计分析。

针对常规作业方式与无人机手动控制采集数据的弊端，我们优化作业流程，实现了具有地理信息属性的红外检测功能：

1、基于禅思 H20T 热红外相机进行仿地航线规划；

2、对采集的热红外影像进行标准伪彩处理；

3、选取任意点经纬度，自动匹配相应影像进行单幅测温；

4、通过标准伪彩影像输出DOM，使用DOM进行全局测温；

5、输出温度模型并制作等温线；

6、根据划分的温度区间，对风险区域按属性进行展示。

1、航线规划

航线规划，是基于定焦测绘相机进行区域或带状航线的规划。我们在WayPoint Master（航迹大师）内适配了禅思 H20T 热红外相机，用户可以使用它的热红外相机模型，规划仿地航线。仿地飞行可保证热红外相机与目标距离恒定，避免出现重叠率不足或分辨率不均匀等问题。

2、标准伪彩

传统伪彩赋色是依据影像覆盖的温区，动态的给每一测温点进行赋色，其成果中，就算是同一架次影像，每一个颜色所对应的温度值都不一样，无法进行后续的影像拼接作业。巡检大师所提供的标准伪彩功能，通过算法，使所有红外影像中像素温度映射的颜色一一对应，为后续通过正射影像进行全局测温打下基础。

3、单幅测温

导入测区热红外影像数据，通过三维平台，拾取测区内任意点经纬度坐标，反算采集到当前地理坐标位置的影像。设定采集高度，可以有效筛选照片，保证拾取的地理坐标位于影像中心区域。该测温功能基于DJI Thermal SDK进行测量，不会引入算法误差，测温精度与禅思 H20T 测温精度一致。

4、全局测温

对影像进行标准伪彩处理后，即可基于红外影像进行空三处理并输出OSGB/DOM/DSM等成果，通过记录标准伪彩转换过程中转换参数，在拼接好的DOM上进行测温。单点拾取为单点测温，绘制面可以进行区域测温。

5、温度模型

加载标准伪彩后生产的DOM，输出包含地理位置信息以及对应温度的数字温度模型， 该模型可生产等温线地图。

6、风险评估

通过设置温度阈值，加载标准伪彩处理后生产的DOM，按照温度阈值范围填充不同颜色。分为低温区域、 常温区域、一般风险、严重风险和危机风险等区域，更直观的显示风险区域的范围。

三、光伏巡检

大规模的光伏电站一般设置阳光资源相对充足且人迹罕至的区域，人工巡检通勤难度较大，更重要的是人工巡检光伏板效率极低，以一个100MW的大型地面光伏电站为例，2名巡检人员手持设备将检查完所有的组件需20-30天时间，且需要根据经验判断组件是否存在故障，设备故障发现效率低，极大影响了电站的效益。

如使用无人机巡检，自动化采集组件热红外图像和可见光图像，无需人工检测，巡视一遍约6-10小时，对获取的海量数据自动分析判断故障，自动形成专业分析报告，人员经验依赖性弱，设备故障发现效率高，提升电站效益。

从“手持设备巡检”到“无人机自动巡检“，极大提高巡检效率。

光伏场站根据规模与分布情况，分集中式光伏电站和分布式光伏电站，巡检大师光伏巡检模块，优化航线设计算法，根据光伏场站类型特点，分别研发了集中式巡检航线和分布式巡检航线。保证每个采集航点与组件的相对距离恒定，且保持作业效率最优。

分布式巡检航线设计，应用禅思 H20T 热红外相机，开启激光测距功能，采集范围拐点及中心位置照片，加载照片文件夹，设置相关参数，通过内部算法，快速输出巡检航线。无需采集数据预先生产DOM或DSM。

保持恒定分辨率，均匀的采集测区光伏组件数据，可以大大减少原始数据采集量，提高识别效率与准确率，因此，结合光伏场站特点制作光伏巡检航线是十分有必要的。

集中式电站我们提供了两种解决方案：

1. 施工阶段：光伏电站的建设前期的勘测与设计辅助，基建过程中的巡检监理；

2. 运维阶段：自主航线飞行采集数据后，通过智能识别系统输出巡检报告。

关于光伏巡检，巡检大师内暂时仅打包光伏巡检航线规划方案，完整光伏巡检航线规划与缺陷自主识别可以与我们取得联系后详细了解。

四、点云规划

保持焦平面正对测绘面、保持恒定的相对距离、保持足够且稳定的重叠度非常有利于精细化建模与特殊构造的精细化巡检影像采集。巡检大师提供的点云航线规划功能，可以精准的拟合待测结构外轮廓，采集高达亚毫米级的高清影像，从而恢复被摄对象的精确坐标和精细形状结构。采集完的影像可应用于水利工程检测、滑坡监测等方面的图像缺陷识别、力学分析，可应用于城市精细建模与古建筑重建等三维重建。生产好的航线可以精准复飞，可配合机巢对固定构件长期精细化巡检航线制作。

通过传统的航线规划方式，以及我们在WayPoint Master(航迹大师)内提供的，基于KML的立面航线规划，也很难对高达100米的水坝精准拟合轮廓，采集分辨率均匀的高清影像。基于点云航线规划，无论面上的结构是弧线、坡面、外凸、内凹、转角都能很好的贴合上去。

水坝航线的制作，验证了点云航线的普适性，基本解决了所有可以使用无人机进行数据采集的自然构造与人工构造场景航线规划。

花山岩画反倾山体点云航线规划

乐山大佛内凹山体航线规划

船舶缺陷数据采集航线规划

桥梁斜拉索数据采集航线规划

古建筑精细航线规划

反倾山体航线规划

城市建筑精细航线规划

五、应急测绘

在泛测绘领域，用户对地图的现势性要求比较高，对成图精度不敏感。通常需要现场出图，并对测区情况做出应急响应或者定性分析。一整套摄影测量作业流程，需要作业人员掌握航线规划，空三处理，成果输出的流程，对作业人员的专业技术要求高，并且即时性不佳。因此我们推出了应急测绘的相关功能：

1、单幅测图

无需执行航线任务，手动控制无人机对兴趣区域拍摄单张影像，即可通过Detailed Inspection Master（巡检大师）读取照片内置位姿信息，将单张影像投射为DOM，并且影像中心区域可以达到亚米级测距精度。非常适合用于应急测绘、消防、河道垃圾巡查、违建巡查等。

原始影像

2、双屏显示

支持同时打开两个三维地球窗口，分别支持加载相同位置不同时期及类型的KML文件、数字正射影像、数字高程模型、三维模型等，进行比对，分析。如单幅测图生产的单片投射DOM与历史影像对比或可见光与红外影像生产OSGB模型对比。

3、视频投射

可以根据视频采集时，无人机与云台的位姿信息，同步显示视锥体和飞行轨迹到三维平台，实现航线与视频同步播放。

4、航线模拟

可模拟WayPoint Master（航迹大师）及Detailed Inspection Master（巡检大师）生产的航线，导入航线后读取航点信息，模拟采集视角的视锥体，显示其覆盖范围。支持沿航线方向自动播放或指定任意航点位置播放。通过航线模拟可以在任务执行之前，对任务航线采集的区域进行模拟，以保证数据采集精确覆盖目标区域。