無人機在低空航磁中的應用

李紅光

（黑龍江省有色金屬地質勘查七〇六隊，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

近年來無人機技術發(fā)展迅速，固定翼、多旋翼、直升機都在各自的優(yōu)勢領域發(fā)揮了重要的作用。尤其是在測繪和地質勘查中的作用日益顯著，作為以后的技術發(fā)展方向，無人機的優(yōu)勢巨大。

無人機代替人工，首先節(jié)約了人力成本，降低了企業(yè)運營成本及風險成本，其次無人機的工作效率和工程質量上都較人工有顯著提高；作為市場運營的一部分無人機已經得到市場的認可，現(xiàn)在制約無人機大面積應用的主要因素，只剩下技術成本和相應的行業(yè)規(guī)范。相較已經成熟的測繪行業(yè)，地勘行業(yè)的無人機應用還處在技術推廣的階段，本人就現(xiàn)階段的地勘行業(yè)無人機實際生產中體現(xiàn)的優(yōu)缺點做一個簡單總結。

1 無人機勘查性能特點

首先，對于地勘行業(yè)實際生產使用的機種的選擇。其中固定翼以其速度快、負載大、航程遠、效率高在測繪、航磁等領域使用日漸頻繁，然而其對起降場地要求高、超低空避障能力弱、緊急情況起飛迫降技術要求高，限制其在實際生產中的使用[1]。相對于固定翼的大載量、高速度、長續(xù)航，多旋翼無人機負載相對較小、速度相對較慢、續(xù)航時間受限；但同樣的，多旋翼無人機運行穩(wěn)定、低空避障能力強、起降要求低、上手操作簡單，而且多旋翼維護成本、維修時間都是最低的，所以多旋翼非常適用在交通不便的特殊區(qū)域進行大比例尺的低空飛行作業(yè)。直升機受其機體結構影響，其維護成本高，實際操作難度較大，使其在野外生產應用中的穩(wěn)定性、易用性都不及多旋翼。所以大面積的航磁和測繪作業(yè)中固定翼優(yōu)勢明顯；而多旋翼在交通不便、起降條件差的區(qū)域有著先天的優(yōu)勢，其攜帶、操作、維護都適應野外的實際生產條件，多旋翼是目前作為大比例尺相對小面積的測繪、磁法、地空電磁法等工作的優(yōu)選作業(yè)平臺。

其次，作為生產單位測量平臺的無人機，我們本著一機多用，最好在同一平臺實現(xiàn)多種生產作業(yè)、多種使用場景，這有利于控制生產成本，也利于生產單位對平臺的升級；同時無人機平臺的易用性、維修時間成本、平臺的擴展性都是作為地勘生產單位首要考慮的問題，以此為依據；固定翼無人機作為成熟的測繪和低空航磁平臺，其使用成本較高，后期維修成本也相對較高，尤其在作為多種作業(yè)平臺，其對于要求低速、懸停作業(yè)的勘查操作無法實現(xiàn)，限制其后期的升級，及多場景使用。多旋翼無人機平臺的易用性高，擴展能力強，對于高速、低速、懸停等勘察操作可以實現(xiàn)真正的電腦自動操作，尤其是在平臺的擴展性上，在足夠動力余量的基礎上，多旋翼平臺對于地空電磁法、低空航磁、測繪以及涉及到陣列方式采集的勘察方法都是相對高效的設備平臺[2]。

2 多旋翼無人機航線設計及實際應用

多旋翼無人機平臺近年來在低空航磁領域越發(fā)活躍，借助于避障、遠程圖傳等功能，多旋翼無人機在保證飛行安全的同時，真正的降低了無人機操控的難度系數(shù)，為順利高效安全的實現(xiàn)野外生產提供了技術保障；隨著近年來航磁設備的進步，航磁設備朝著體積小、重量輕、功耗低、精度高的方向不斷發(fā)展，涌現(xiàn)了國內外多種先進設備，這里以勞雷公司引進的加拿大MFAM（激光銫光泵總場磁力儀）最為先進，其總質量1Kg，功耗2.5w，靈敏度5PT/√Hz，采樣率1K，其高采樣率提供了大量的實測數(shù)據，為低空無人機航磁代替地面磁測提供了可能性。下面提供兩處工程實例，為無人機低空航磁的安全高效提供了佐證。

工程1位于長江附近，本次工區(qū)跨越長江，工區(qū)左邊100m左右有一跨江高壓線，在江中有一鉆井平臺，江中過往船只較多，工區(qū)大小為2.25平方公里，線距100m，設計航線總長15公里，實際航線17.5公里，采樣率62.5Hz，全部航線按地面站規(guī)劃設計測線飛行。飛行航線如圖1所示。全程無人機在規(guī)劃路線中自動飛行，全部技術及操作人員3人，實際野外施工時間為一天。

工程2位于山東省，本次工區(qū)包含了山區(qū)、村莊等地形，整體地形較為復雜，工區(qū)大小為16平方公里，線距100m，設計航線總長160公里，實際航線214.5公里，采樣率62.5Hz，全部航線按地面站規(guī)劃設計測線飛行，全程無人機在規(guī)劃路線中自動飛行，全部技術及操作人員3人。飛行航線如圖2所示。

在地空電磁領域無人機也扮演了越來越重要的角色，其中以中國工程院何繼善院士主導的大深度高精度廣域電磁法課題，作為國家技術發(fā)明獎一等獎最為突出，其近年來提出的以廣域電磁法為基礎，地面采用大功率設備發(fā)射偽隨機多頻電磁信號，采用無人機集群飛控、空中陣列接受采集，從而提高工作效率，降低人工成本。

作為施工平臺的無人機雖然優(yōu)勢明顯，但是其缺點也不容忽視，由于技術限制，無人機平臺的抗風能力不強，受天氣影響因素較多；低空飛行尤其是隨地形飛行對避障能力要求高，現(xiàn)有技術在超視距模式下，避障還不能百分之一百放心，而圖傳在多山、多障礙地區(qū)不能實時提供圖像傳輸，給駕駛員的技術提出了很高的要求；現(xiàn)有動力電池能量密度還無法滿足全天工作要求，需要技術人員按施工條件實際情況合理分配飛行時間，采用多架次、多次換電池的方式才能完成大面積的飛行任務。

3 結語

無人機是未來地質勘探的一種趨勢，其代表的高效、高技術含量、高精度要求是我們地勘人孜孜不倦追求的方向，所以在現(xiàn)有階段合理的使用無人機平臺能使我們提前適應了解新技術新方法，同時對技術人員的技能要求也更加的全面，其中對無人機和相關無人設備的操控、基本維修保養(yǎng)也將是未來對技術人員的基本要求。

無人機將成為我們未來多年的地勘使用平臺，相信隨著技術的進步發(fā)展，無人機及無人設備終將取代有人勘探的模式，成為主流的勘探方式。