集成探地雷达的无人机系统，可实现全自动的GPR测量

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

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。

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d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”。

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 *** 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。

▲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。

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。

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。

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。