无人机提供收集环境和安全数据的鸟瞰图

能源部橡树岭国家实验室的自治系统小组需求量很大，因为它将遥感技术纳入需要鸟瞰图的项目中。

在为环境和国家安全研究收集数据时，该团队将其专用无人机派往人员难以到达的地方，从而提高了研究人员可用信息的数量和质量。

ORNL的马特·拉尔森(MattLarson)是一名无人系统研究员，他将自主飞行的现代技术带到了一个已有数十年历史的研究挑战：环境中的汞。

几十年来，田纳西州橡树岭的环境研究人员一直在监测当地溪流中的汞含量。汞是一种全球性污染物，影响橡树岭保护区及其附近的多条溪流。它被生活在附生生物中的水生微生物转化为更具毒性和生物蓄积性的甲基汞，附生生物是在溪流底部形成的藻类、细菌和碎屑的复杂群落。无人机正被用于绘制附生生物分布和丰度图，以增进对溪流中汞甲基化的了解。

无人机可以使用摄像头和其他传感器收集有关地球的信息，找到研究人员步行可能看不到的东西。

“无人机是收集遥感数据和地理空间数据的好方法，”拉尔森说。“我们可以在无人机上使用高光谱传感器、LiDAR(光探测和测距)和其他传感器来绘制几乎整个溪流的地图，对我们所看到的进行建模，并帮助研究人员估计热点的位置。”高光谱传感器用于检测许多不同光谱带中的宽光谱光，以协助材料识别和表征，而LiDAR使用从表面反射的激光来精确测量区域。

对于这个项目，拉尔森在一架无人机上安装了四个商用传感器。传感器的多样性使他的空中平台独一无二，允许在一次飞行中收集不同类型的数据，而无需关闭设备。

但是每个传感器都会增加飞机的重量，从而减少飞机在空中停留的时间。

ORNL自治系统小组负责人安德鲁邓肯表示，每架无人机都有一个最佳平衡点，可以平衡它可以携带的重量和它可以飞行的时间。相机、机载计算机、GPS接收器、无人机框架、电池和其他传感器都增加了平台的质量。

此处显示的ORNL的一架无人机配备了多个传感器。图片来源：AndrewDuncan/ORNL，美国能源部

“通过增加重量，你会降低飞机的推重比，最终会损失飞行时间，”邓肯说。“我们希望最大限度地延长飞行时间。”ORNL正在进行的研究工作，例如固态电池和电池寿命的其他进展，将提高未来飞机的性能。

Duncan的团队经常构建定制传感器——例如用于检测放射性物质的传感器套件——用于定制无人机。当无法在商业上提供适合给定任务的合适平台时，团队会设计和构建完成任务所需的平台。利用ORNL的3D打印功能，该团队找到了合适的轻质耐用材料来定制底盘。

当自治系统团队准备好迎接下一个挑战时，他们会装载一辆移动指挥拖车——这是ORNL最近的一项投资——然后出发。由于拥有大量无人驾驶飞行器(大约80架不同的飞机)，该团队需要一种有效的方式来将他们的设备和通信送达现场。

“我们的无人系统拖车使我们能够进行野外演习，完全自给自足并完成我们所有的数据收集，”邓肯说。拖车的工作站可以访问连接到卫星和政府优先蜂窝网络FirstNet蜂窝通信的完整通信套件。有了发电的能力，“我们可以完成所有的联网并实现自给自足，”邓肯说。

该团队将拖车带到芝加哥进行为期三周的数据收集活动。一月份在芝加哥为团队提供了在冬季天气中收集视频和图像所需的环境——新预告片让团队保持温暖。“一天有10度的风寒，”邓肯说。“以前，我们有一辆面包车，会搭帐篷。我们有一个专门的团队，现在他们出去飞的时候可以舒服一点。”

随着对更好飞行的不断追求，该团队也在转向一个新领域：水。

一项新举措正在进行中，以改善国家在海浪下的安全态势。放射性物质在从一个地方移动到另一个地方时最容易受到篡改或盗窃。目前，检测这种材料是否在水下非法移动的能力有限。Larson正在领导一个项目，该项目使用地面交通的安全概念来增强自主水下航行器的态势感知。

“核设施总是位于水边，”拉尔森说。“水下传感器可用于提高核设施附近水道的安全和保障，以检测泄漏或监控试图进入该设施的人。”

在空中、地面或水下，邓肯和他的团队随时准备迎接艰巨的挑战。“我们喜欢开发一种新技术，包括部署数据工作流和架构，”他说。

他们装上拖车，冒着雨、雪、寒冷或阳光下出发。

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