近日，我院联合深圳光明实验室，完成国内首次大型天然溶洞无人机自主感知测量实测验证任务，充分验证了相关技术产品的应用价值，为解决天然溶洞勘探难题及复杂受限空间机器人自主测绘提供了切实可行的新型技术路径。
项目技术小组在任务实测现场（二号溶洞）合影
天然溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。由于石灰岩层各部分含石灰质比例不同，受侵蚀程度不同，逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态、景观奇异的溶洞。
近年来，随着自然资源确权登记的进一步规范化法治化，溶洞资源的保护及开发利用亟需统一的普查和确权登记法规作为支撑，对天然溶洞进行勘探势在必行。对同一溶洞进行定期的激光扫描，可对洞穴内部的形态变化进行监测和分析，对于溶洞资源保护利用、研究洞穴的地质演化、地质灾害隐患评估等都具有重要意义。
但天然溶洞内部空间结构大多错综复杂，很多区域人力难以进入，当前的主流测量技术均需人机交互，测量人员需深入洞穴开展工作，承担了巨大的安全风险。
测绘人员勘探溶洞现场
无人系统/机器人是施行此类未知空间感知探测的有利平台。无人机自主感知测量系统包括自主导航、自主测量两大功能模块，通过机载传感器实时感知周围信息，结合探索式自主路径规划技术，实现未知空间的探索路径规划，进而实现未知空间主动式感知测量。无人机自主感知测量系统可快速、全面地采集洞穴内部三维信息，为进一步探索和调研提供重要的基础数据。
无人机在溶洞内自主感知测量
此次实测验证活动，技术小组选择了位于我国西南地区的三处典型天然溶洞（一至三号）作为目标。这几处溶洞地处偏远山区，地形复杂，内部空间结构错综复杂，很多区域难以人工进入。技术小组使用自主研发的无人机搭载先进的激光雷达传感器，快速、精准地对整个溶洞内部进行了全面的自主感知测量。
溶洞内部岩壁的近距离观测
无人机感知测量系统在大尺度的密闭空间勘测任务中发挥了极大优势。大尺度密闭空间的精细化三维重建，一直是测绘工作的难点，相较传统的地基测量方式，无人机可借助机载传感器，近距离对地面难以触及的区域进行精准测绘，确保每一寸空间细节都被精准捕捉。
二号溶洞建图
在本次溶洞探测任务中，技术小组还在自主研发的无人机平台上集成了照明设备与高清相机，旨在精准捕捉并近距离记录溶洞边界和顶部的影像信息。
采集高空钟乳石详细结构信息
此外，本次项目无人机还可集成热成像相机、辐射或有害气体测量仪、超声波测厚仪等多种传感器，采集特定场景下的全景影像、热成像、气体浓度等数据，不仅能丰富地质勘探、水文分析、生物等领域资料库，更可为跨学科研究提供宝贵的实证支持。
勘探三号溶洞的超大空间
无人机自主探测
展望未来，随着技术的不断迭代创新，无人机在天然溶洞勘测中的应用前景将更加广阔，为科研生产人员提供更加全面、精确、高效的数据支持，也将大大提升我们对特殊地质遗产的认识和保护能力。
供稿｜创新中心 · 武汉研发中心、湾区发展研究中心、
广东省城市感知与监测预警重点实验室
素材来源｜创新中心 · 武汉研发中心、深圳光明实验室
技术审核｜总工程师办公室
文图编辑｜办公室
推荐阅读
