基于民用無人機的海上水下物探技術(shù)研究

潘志俊

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，物探技術(shù)在不斷進步的同時廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，其涉及物理學(xué)科、材料學(xué)科和計算機技術(shù)等學(xué)科的知識，主要借助各種物探儀器來完成相應(yīng)參數(shù)的探測和獲取。在水利電氣、煤炭地質(zhì)、石油鐵路等各領(lǐng)域物探技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用，不僅能幫助探測資源的分布情況和地質(zhì)條件，還能對地球的污染情況進行監(jiān)控，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中也有應(yīng)用，可見物探技術(shù)對資源開發(fā)和環(huán)境保護具有重要的意義。而在物探技術(shù)飛速發(fā)展的同時，無人機因其獨特的優(yōu)勢，也在海上水下物探工作中扮演著越來越關(guān)鍵的角色。

一、背景介紹

在工程地質(zhì)勘探中，物探技術(shù)被廣泛應(yīng)用，其能夠在較短時間內(nèi)快速對地質(zhì)況狀的基本信息展開數(shù)據(jù)手機和分析，具有勘探效率高，時間快、質(zhì)量高的特點。且物探技術(shù)應(yīng)用種類十分多樣，其中，航空物探主要以無人機為主要平臺，通過無人機裝載相應(yīng)的勘探設(shè)備，能夠快速對勘探區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件、資源分布和污染狀況、自然地理環(huán)境等進行全方位的勘探，并收集形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為具體的工程建設(shè)等提供信息支持。無人機海上水下物探技術(shù)是將航空技術(shù)和地理物理勘探技術(shù)相結(jié)合的一種新方式，近年來隨著我國海上建設(shè)項目的增加以及對海洋環(huán)境的考察需求，將無人機應(yīng)用到海上水下物探的現(xiàn)實價值不斷凸顯。基于全球定位系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析、云計算等技術(shù)的發(fā)展，無人機物探數(shù)據(jù)的準確性越來越高，對相關(guān)工程建設(shè)和科研項目起到重要保障，物探技術(shù)不斷發(fā)展，探測設(shè)備和技術(shù)儀器更加成熟，且能夠依托計算機信息技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和可視化處理，并建立起相應(yīng)的三維模型，直接為相關(guān)決策提供支持。

二、海上水下物探無人機技術(shù)概述

民用無人機是無人駕駛飛機的一種，這種裝置主要是借助無線電遙控系統(tǒng)和自帶的程序性控制裝置來實現(xiàn)動力操縱，在其諸多應(yīng)用中，無人機的圖像和數(shù)據(jù)收集功能被廣泛應(yīng)用，尤其是當(dāng)前在海上水下物探領(lǐng)域的應(yīng)用，其為海洋環(huán)境監(jiān)測、地理數(shù)據(jù)收集和油氣資源勘探做出了重大的貢獻。近年來，以民用無人機為主的海上水下航空物探技術(shù)得到了長足發(fā)展，根據(jù)水域內(nèi)自然條件的不同選用不同類型的無人機并采取不同的飛行探測高度。通過操作人員直接操縱小型無人機，對物探區(qū)域內(nèi)進行監(jiān)測和信息收集，該物探方式具有極大的安全優(yōu)勢，且無人機體積較小、能夠多部無人機協(xié)同飛行并完成物探任務(wù)，而技術(shù)人員的自主操縱也保證了物探的準確性和飛控精度。海上水下物探技術(shù)的處理進程主要是：海域放飛無人機并操控其進行野外探測和數(shù)據(jù)測量、完成物探位場的轉(zhuǎn)化、對探測數(shù)據(jù)進行綜合解釋、遠程數(shù)據(jù)報告和分析、提交數(shù)據(jù)成果。通過進行飛行測量和近地測量完成對海上水下地質(zhì)狀況的基本探測。

三、無人機航行平臺的創(chuàng)新設(shè)計

（一）搭載探測設(shè)備和儀器的技術(shù)要點

相比于傳統(tǒng)的無人機使用，操控民用無人機展開海上水下航空物探時，其創(chuàng)新性地搭載了相關(guān)的探測設(shè)備和儀器，如裝配磁力儀、航電儀、能譜儀等設(shè)備，從而對測量區(qū)域內(nèi)的信息進行全方位的收集。針對不同位置和不同性質(zhì)的物體的測量方法也不同，如有的點位僅對地面巖石進行磁力測試，而有的點位還需進行相應(yīng)的放射性、電性、磁性測試等，不同的測試要求需要配備不同的專業(yè)儀器。

（二）控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法

無人機航行平臺的控制系統(tǒng)主要是無人機本身的控制系統(tǒng)，其負責(zé)控制無人機的飛行方向、高度和移動，并負責(zé)完成基礎(chǔ)的啟動和移動操作，而運用于物探領(lǐng)域的無人機在構(gòu)建航行平臺時，還需要搭載相應(yīng)的測試儀器和數(shù)據(jù)手機系統(tǒng)等，并及時將測量結(jié)果反饋給后臺，后臺通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)對收集到的信息進行處理，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，由專業(yè)的航空專家和地質(zhì)專家進行綜合解釋，圍繞地質(zhì)物探任務(wù)和數(shù)據(jù)特性來做出評價意見。

四、海上水下物探技術(shù)的可持續(xù)應(yīng)用

（一）物探數(shù)據(jù)分析和地圖制作

海上水下物探數(shù)據(jù)收集后還需進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和地圖制作，通過對數(shù)據(jù)進行可視化分析，使得無人機收集數(shù)據(jù)能夠及時得到利用。常用的物探數(shù)據(jù)技術(shù)處理主要是對其進行可視化處理，利用儀器設(shè)備獲取物探數(shù)據(jù)并形成地質(zhì)條件報告，同時可對物探發(fā)現(xiàn)的異常點位進行處理，分析結(jié)果可能對應(yīng)的異常地質(zhì)情況，在生成的地圖中標(biāo)出。同時可以利用云平臺對物探數(shù)據(jù)展開分析，數(shù)據(jù)計算人員使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，利用其數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)分享功能，形成相關(guān)在線信息。

（二）無人機維護和管理的關(guān)鍵技術(shù)

在借助民用無人機開展海上水下物探技術(shù)的同時，需要結(jié)合無人機的技術(shù)特點開展好維護和管理。首先，無人機的核心系統(tǒng)主要由監(jiān)測巡視類飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和動力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)等幾部分組成，巡視飛控系統(tǒng)主要負責(zé)完成無人機的駕駛、啟動、任務(wù)執(zhí)行和返場回收，而導(dǎo)航系統(tǒng)則為無人機提供導(dǎo)航和地圖數(shù)據(jù)，動力系統(tǒng)主要為其提供動能支持，當(dāng)前無人機的動力以電能為主。而數(shù)據(jù)鏈條系統(tǒng)則負責(zé)傳輸無人機獲取的數(shù)據(jù)，其充分運用了GPS 跟蹤、圖像跟蹤和超聲波探測等技術(shù)，這些核心技術(shù)也是無人機開展海上水下物探技術(shù)的關(guān)鍵。為了提高起物探效率，必須做好無人機日常維護和管理，結(jié)合物探對象和檢測環(huán)境制定物探方案，為無人機提供可持續(xù)的電能并及時回收，可通過在線數(shù)據(jù)傳輸及時將無人機獲取的圖像、視頻、音頻等數(shù)據(jù)及時回傳。同時要做好無人機的定位和導(dǎo)航管理，運用GPS/IMU 等組合完成導(dǎo)航定位，并避免外界的不良干擾。

（三）資源節(jié)約、環(huán)境友好和社會效益的評價

相比于傳統(tǒng)的物探方式，無人機物探能夠快速掌握物探區(qū)域的基本情況，有效節(jié)約了資金和人力成本，且通過搭載的專業(yè)儀器設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)更能全面地反應(yīng)海上水下的物探情況，為后期的數(shù)據(jù)分析和解釋提供更加豐富的數(shù)據(jù)素材。同時，無人機海上水下物探技術(shù)處于持續(xù)發(fā)展階段，利用無人機建立航空物探平臺能夠在發(fā)揮無人機原有技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上進一步對航空物探技術(shù)進行創(chuàng)新改造，無人機能夠多次使用，以電能為主要動力，相較于傳統(tǒng)的物探方式，電話對自然環(huán)境的破壞和污染程度較低，能夠取得可持續(xù)的發(fā)展效應(yīng)。當(dāng)前我國的物探技術(shù)正在飛速發(fā)展，以無人機為代表的海上水下航空物探技術(shù)快速發(fā)展，有助于為海洋地質(zhì)條件勘測、油氣資源勘探和污染情況檢測提供技術(shù)支持，為經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護做出更大的貢獻。

五、結(jié)論

在開展海上水下物探工作時，由于探測環(huán)境十分復(fù)雜，對相關(guān)的設(shè)備和探測技術(shù)的要求都非常高，且海面環(huán)境的探測難度和危險系數(shù)都非常高，因此必須要結(jié)合探測對象選擇恰當(dāng)?shù)奶綔y方式，而無人機物探技術(shù)作為航空物探技術(shù)的代表之一，其能夠作為智能搭載平臺執(zhí)行相應(yīng)的航空物探任務(wù)，且物探的精準度和工作效率有保障，因此民用無人機在當(dāng)前海上水下物探中的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為航空物探技術(shù)發(fā)展的新趨勢之一。實踐證明，發(fā)展無人機海上水下物探具有廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)當(dāng)在充分了解無人機的技術(shù)特性的基礎(chǔ)上進行應(yīng)用性改裝，在確保安全飛行的基礎(chǔ)不斷提高獲取數(shù)據(jù)的準確性，以更好地服務(wù)于相關(guān)的物探項目。