l 背景

這條古老的萊薩馬隧道長 450 米，由石頭雕刻而成，位于畢爾巴鄂北側(cè)。它是連接巴斯克首府和萊薩馬鎮(zhèn)的一條已停用的鐵路線的一部分，穿過美麗的山丘，山丘上覆蓋著森林和綠色草地。自 1970 年代以來，這條隧道一直停用，現(xiàn)在部分被洪水淹沒，并有幾處坍塌，因此進(jìn)入隧道非常危險。

確實有必要對其進(jìn)行檢查和數(shù)字化，因為地區(qū)政府已經(jīng)批準(zhǔn)了一項恢復(fù)舊線并將其改造成行人和自行車綠色通道的計劃，以再次連接兩座城市。

數(shù)字化過程有兩個主要目標(biāo)：

1. 評估隧道整體狀況：裂縫、塌陷和地質(zhì)不連續(xù)性，由地質(zhì)學(xué)家執(zhí)行。

2. 制作一個 3D 模型來估計整個修復(fù)的橫截面和混凝土體積。

l 問題

盡管幾年前有一群勇敢的洞穴學(xué)家曾試圖穿越這條隧道，但遇到了從天花板上掉下來的巖石和大面積坍塌的情況，派人去掃描隧道是不可能的。

其他無人檢查中使用的傳統(tǒng)地面機(jī)器人缺乏穿越深水和越過高達(dá) 2 米的障礙物的能力，因此空中機(jī)器人（無人機(jī)）成為唯 一的替代方案。

然而，無人機(jī)并不是一個可行的選擇，因為由于距離太遠(yuǎn)以及巖石堆積，沿途會出現(xiàn)多處陰影區(qū)，從而導(dǎo)致無線電連接中斷。

因此，自主無人機(jī)是唯 一能夠確保安全、完整地繪制隧道地圖的解決方案。

l 解決方案

當(dāng)?shù)貙嶓w比斯開省議會 ( Diputación Foral de Bizkaia ) 決定使用 Hovering Solution 的自主空中機(jī)器人，該機(jī)器人是全球三家在 GPS 受限區(qū)域提供自主無人機(jī)功能的公司之一。

使用自主無人機(jī)進(jìn)行此類檢查的優(yōu)勢在于，它們可以在沒有飛行員、與任何設(shè)備進(jìn)行外部通信以及在沒有 GPS信號或環(huán)境光的情況下執(zhí)行任務(wù)。也就是說，自主能力嵌入在飛機(jī)本身中，它能夠解決飛行路徑上的洪水區(qū)域、障礙物和不規(guī)則情況，從而提供競爭優(yōu)勢。

主要的技術(shù)難點在于需要取代衛(wèi)星提供的寶貴信息，傳統(tǒng)無人機(jī)可以利用這些信息隨時高精度地確定位置和速度。

相比之下，Hovering Solution 的技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出專有的硬件和軟件。它依賴于多個機(jī)載傳感器，如激光雷達(dá)[1]、超聲波、紅外、圖像和慣性單元 (IMU [2] )，這些傳感器具有冗余性和熱校準(zhǔn)性。高速處理器能夠?qū)崟r讀取和關(guān)聯(lián)所有信息，并提供速度和位置的估計值；也就是說，無人機(jī)的位置和移動速度。礦物和金屬產(chǎn)生的磁場代表著額外的挑戰(zhàn)，不允許使用電子羅盤，否則在戶外飛行中很有用。

飛行過程中無需任何地圖或基礎(chǔ)設(shè)施知識。機(jī)器人在飛行過程中會生成地圖，用于導(dǎo)航，也是飛行后交付給客戶的 3D 模型的基礎(chǔ)。

該飛機(jī)可執(zhí)行兩種類型的任務(wù)：單程和往返。單程飛行效率更高，因為整個電池壽命都用于捕獲數(shù)據(jù)，但需要兩個接入點來發(fā)射和回收設(shè)備。往返飛行適合只有一個入口開放的任務(wù)，或者需要覆蓋非常長的距離，從兩側(cè)進(jìn)入，飛到中心，然后返回。在萊薩馬使用的飛機(jī)續(xù)航時間為 29 分鐘，足以在一次飛行中數(shù)字化幾公里的范圍。

Hovering Solutions 還擁有一個更大的版本，其航程為 7 公里，據(jù)稱創(chuàng)造了地下飛行的世界紀(jì)錄，該版本于 2022 年 4 月與 Iberdrola 一起在法國斯特拉斯堡舉行的 Hydro 2022 大會上亮相[3]。另一方面，Hovering Solutions 也在研發(fā)該機(jī)器人的較小版本，旨在在小直徑管道中飛行。這款緊湊型無人機(jī)的轉(zhuǎn)子間距僅為 22 厘米，到 2023 年下半年將準(zhǔn)備好沿著 80-120 厘米的管道飛行。

l 結(jié)果

其結(jié)果超出了替代方案的預(yù)期，它應(yīng)該被標(biāo)記為數(shù)字化工具而不是檢查方法。它包括：

? 地理參考彩色點云：它們以絕 對坐標(biāo)提供三維數(shù)據(jù)。數(shù)百萬個點中的每一個都有緯度、經(jīng)度和海拔單位，與激光站收集的其他地形數(shù)據(jù)類似。此類信息與估計橫截面、體積、變形和流體動力學(xué)計算相關(guān)。

? 高分辨率全景圖像：同樣帶有地理參考，可提供點云中無法獲得的關(guān)鍵信息，可用于評估表面狀況、進(jìn)行地質(zhì)研究或識別混凝土或鋼材的損壞情況。圖像既簡單又全景（180o），后者更適合在可視化工具中進(jìn)行沉浸式檢查，類似于在 Google 街景中穿過隧道。

數(shù)據(jù)格式是標(biāo)準(zhǔn)的，可以使用測量員和工程師通常使用的標(biāo)準(zhǔn)點云軟件導(dǎo)出和訪問。圖像也具有標(biāo)準(zhǔn)格式，可以在任何筆記本電腦或平板電腦上查看。

Hovering Solutions 還提供了一個在線可視化平臺，可顯示圖像和點云以及它們在地圖上的絕 對位置。此工具可通過任何設(shè)備或操作系統(tǒng)訪問，是可視化數(shù)據(jù)的最靈活方式，無需使用特定軟件打開笨重的點云文件（通常有數(shù)百 MB）。

Lezama 隧道掃描結(jié)果顯示，3400 萬個彩色點云連同每米拍攝的 590 張全景圖像一起被傳送到比斯開省議會。整個 3D 模型使人們能夠了解隧道每平方厘米的狀況，并獲得隧道的幾何模型，這在修復(fù)項目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。