無人機(jī)在地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用前景探討

王燚　葉春林　楊蕻

【摘 要】隨著科技不斷發(fā)展，無人機(jī)逐漸應(yīng)用于各個行業(yè)，但是地質(zhì)調(diào)查中仍然使用非常原始的走路爬山來收集數(shù)據(jù)，用無人機(jī)來替代原始低效的數(shù)據(jù)收集方法勢在必行。本文將無人機(jī)在地質(zhì)調(diào)查的應(yīng)用發(fā)展劃分為4個階段，現(xiàn)階段已基本實(shí)現(xiàn)第1階段的發(fā)展目標(biāo)，而要完全用無人機(jī)替代人工調(diào)查還需要若干年。為滿足野外地質(zhì)調(diào)查的需求，必然需要對無人機(jī)進(jìn)行再次開發(fā)，需要開發(fā)系統(tǒng)包括飛行設(shè)備、通訊系統(tǒng)、車載設(shè)備和軟件系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；地質(zhì)調(diào)查

The application of uav in geological survey is discussed

WANG Yi YE Chun-lin YANG Hong

（Sichuan geological survey institute， chengdu， sichuan 610000，China）

【Abstract】With the continuous development of science and technology， UAVs are gradually applied to various industries， but the geological survey still uses very primitive walking to collect data， and it is imperative to use UAV instead of the original inefficient data collection method. This paper will be unmanned aerial vehicles in the application of geological survey development is divided into four stages， at this stage has been basically the first phase of the development goals， but to completely replace the manual with UAV still need several years. In order to meet the needs of field geological survey， it is necessary to re-develop the UAV， the need to develop the system， including flight equipment， communication systems， automotive equipment and software systems.

【Key words】Unmanned aerial vehicle（UAV）；Geological survey

1 無人機(jī)和地質(zhì)調(diào)查的現(xiàn)狀

1.1 地質(zhì)調(diào)查的現(xiàn)狀

隨著我國地質(zhì)調(diào)查工作逐漸向需求驅(qū)動型轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作以促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量提高為基點(diǎn)，以國家需求為主導(dǎo)、社會需要為動力，不斷向資源、環(huán)境、工程等領(lǐng)域發(fā)展。目前，我國基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查評價工作基本上形成了以區(qū)域地質(zhì)調(diào)查為核心，區(qū)域物化遙調(diào)查為主導(dǎo)，農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查全面展開，海洋地質(zhì)調(diào)查城市地質(zhì)調(diào)查逐步興起的格局。

截止2010年我國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查已實(shí)現(xiàn)1：20萬和1：25萬中小比例尺的陸域可測面積全覆蓋，自開展國土資源大調(diào)查以來1：5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的工作重點(diǎn)逐漸向全國重要成礦區(qū)帶和重要經(jīng)濟(jì)區(qū)傾斜。

1.2 無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)，全稱為“無人駕駛飛機(jī)（UAV）”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，或者由車載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作[1]。2010年以前，中國民用無人機(jī)市場規(guī)模小，增長速度慢，主要應(yīng)用于災(zāi)害救援、地圖測繪等市場。2011年以后，以大疆為代表的中國消費(fèi)級民用無人機(jī)市場迅速崛起。近年來，無人機(jī)在航拍、物流等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，無人機(jī)送貨和熱門真人秀采用無人機(jī)進(jìn)行航拍，使得民用無人機(jī)被廣泛關(guān)注。中國消費(fèi)級無人機(jī)已處于國際前列，在市場份額、研發(fā)制造能力、應(yīng)用廣度深度方面均具有一定優(yōu)勢。但是與消費(fèi)級無人機(jī)市場一片火熱不同，國內(nèi)專業(yè)級無人機(jī)市場尚未出現(xiàn)爆發(fā)性增長[2]。

1.3 地質(zhì)調(diào)查存在問題

地質(zhì)調(diào)查主要包括地質(zhì)填圖、區(qū)域物探調(diào)查、區(qū)域化探調(diào)查、區(qū)域水工環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等工作。以地質(zhì)填圖為例，現(xiàn)階段我國主要開展1：5萬區(qū)域填圖，填圖區(qū)域很多位于青藏高原等高原山區(qū)，上高坡陡，工作難度極大，而現(xiàn)階段主要采用人工收集資料，技術(shù)員大多數(shù)的時間就是爬山，工作效率極低，浪費(fèi)了大量的人力資源。并且在青藏高原上存在許多6000m以上用人工方式極難到達(dá)的地方。

1.4 應(yīng)用前景分析

無人機(jī)可以極大提高地質(zhì)調(diào)查工作效率，節(jié)約大量技術(shù)員的時間和精力，將節(jié)約的時間和精力用在更為重要的科技研究上。并且，無人機(jī)具有極強(qiáng)的可塑性和可提升性。可塑性主要體現(xiàn)在無人機(jī)可以按照人的要求進(jìn)行改造，可以隨時調(diào)整無人機(jī)的設(shè)計(jì)，使得其更加適用于地質(zhì)調(diào)查的需求；可提升性主要是隨著科技的發(fā)展，可不斷提高無人機(jī)的性能，還可以搭載更加先進(jìn)的科技設(shè)備。

2 無人機(jī)在地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用發(fā)展的階段性分析

當(dāng)下，無人機(jī)正如火如荼應(yīng)用于各個行業(yè)，在地質(zhì)調(diào)查行業(yè)也有所涉及。比如，2016年7月22-25日中國地質(zhì)調(diào)查局在海拔5050m的西藏雙湖縣贊宗錯地區(qū)實(shí)施了無人機(jī)服務(wù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的實(shí)驗(yàn)性飛行[3]。但是，要將無人機(jī)真正應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查的路還很長，本文將無人機(jī)在地質(zhì)調(diào)查的應(yīng)用發(fā)展劃分為四個階段，詳細(xì)列述如下：

第一階段，通過航拍的方法，對航拍圖像進(jìn)行遙感解譯，按照實(shí)際要求對地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)評價，要求可搭載傳感器，在空中獲取數(shù)據(jù)，并且現(xiàn)階段已基本實(shí)現(xiàn)該功能，endprint

第二階段，預(yù)計(jì)用3-8年時間實(shí)現(xiàn)無人機(jī)著陸，并且可以近距離數(shù)據(jù)采集和撿樣的功能。

第三階段，要能夠達(dá)到普通地質(zhì)人員的水平，包括記錄、照相、采樣等。需要開發(fā)高級采樣系統(tǒng)、陸地自由行動系統(tǒng)、照相等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高級控制系統(tǒng)和高效數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是基本上可以替代現(xiàn)階段地質(zhì)調(diào)查人員爬山的工作；缺點(diǎn)是沒有實(shí)現(xiàn)地質(zhì)調(diào)查的高效和便捷。預(yù)計(jì)開發(fā)時間需要8-20年。

第四階段，可以實(shí)現(xiàn)普通地質(zhì)人員無法實(shí)現(xiàn)的功能。能搭載高科技緊密儀器，可隨時對采集到的信息進(jìn)行綜合分析；無人機(jī)操控能級極強(qiáng)，可自由采集需要的數(shù)據(jù)；可隨時利用大數(shù)據(jù)功能對采集的數(shù)據(jù)分析。不僅可以替代現(xiàn)階段地質(zhì)調(diào)查工作，還可以搭載高科技的技術(shù)產(chǎn)品，使地質(zhì)工作實(shí)現(xiàn)高效和便捷，預(yù)計(jì)需要10-30年時間。

3 無人機(jī)功能開發(fā)

為了滿足野外地質(zhì)調(diào)查的需求，需要對無人機(jī)進(jìn)行再次開發(fā)，開發(fā)系統(tǒng)包括飛行設(shè)備、通訊系統(tǒng)、車載設(shè)備和軟件系統(tǒng)，要求各系統(tǒng)之間可以完美配合和鏈接。

3.1 飛行設(shè)備

飛行設(shè)備包括飛行系統(tǒng)、著陸系統(tǒng)、陸地行動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)和其他高精密儀器。其中飛行系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)為飛行穩(wěn)定性、飛行高度、載核量、電池續(xù)航能力、導(dǎo)航精度、巡航速度、起降方式等[4]；著陸系統(tǒng)要求能夠在各種復(fù)雜地形中隨時著陸，著陸之后還能夠完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)；陸地行動系統(tǒng)要能在著陸之后具有一定的行動能力，才能更好的采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要包括GPS定位系統(tǒng)、照相、遙感、顯微鏡及其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備；樣品采集系統(tǒng)要求能夠在著陸之后按照需求隨時采集需要的樣品；隨著科技的發(fā)展將來在無人機(jī)上面可以搭載一些高科技的設(shè)備，使得無人機(jī)具有的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人的能力，具有人類無法替代的作用。

3.2 通訊系統(tǒng)

無人機(jī)通訊系統(tǒng)主要包括兩大類，數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)和降落后數(shù)據(jù)下載系統(tǒng)，兩者之間可以相輔相成，同步傳輸系統(tǒng)用于無人機(jī)實(shí)時操控和簡答數(shù)據(jù)傳輸，降落后數(shù)據(jù)下載系統(tǒng)用于傳輸采集到的數(shù)據(jù)。通訊系統(tǒng)可采用4G、5G網(wǎng)絡(luò)或者采用車載發(fā)射器對無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自由操控和數(shù)據(jù)采集的目的。

3.3 車載設(shè)備

無人機(jī)還需要一輛汽車對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，該汽車要求具有無人機(jī)?？俊?shù)據(jù)傳輸、無人機(jī)控制以及其他能力。

3.4 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)是無人機(jī)的核心，可以在無人機(jī)中加入升級改裝后的數(shù)值地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)（DGSS），除此之外，還需要開發(fā)一套無人機(jī)操控軟件，以及大數(shù)據(jù)分析軟件。

4 結(jié)語

科技逐漸發(fā)展，各行各業(yè)日新月異，新機(jī)器新設(shè)備逐漸增多，但是地質(zhì)調(diào)查還在使用最原始的走路和爬山的方式進(jìn)行，改變勢在必行。近幾年隨著無人機(jī)應(yīng)用的廣泛開展，將無人機(jī)應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查是一個很好的選擇，不僅可以解放地質(zhì)技術(shù)員的雙腳，極大的提高工作效率，還可以搭載許多先進(jìn)設(shè)備，使其具有遠(yuǎn)超于人的能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]ICAOs circular 328 AN/190：Unmanned Aircraft Systems

[2]易官智庫.中國民用無人機(jī)市場專題研究報告，2015.

[3]中國地質(zhì)調(diào)查局資源所.西藏班公湖—怒江成礦帶1：5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查無人機(jī)試飛成功.黃金科學(xué)技術(shù)，2016，4（24）：136.

[4]晏磊，等.無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2004，37（6）：67-70.endprint