无人机在低空航磁中的应用

李红光

（黑龙江省有色金属地质勘查七〇六队，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

近年来无人机技术发展迅速，固定翼、多旋翼、直升机都在各自的优势领域发挥了重要的作用。尤其是在测绘和地质勘查中的作用日益显著，作为以后的技术发展方向，无人机的优势巨大。

无人机代替人工，首先节约了人力成本，降低了企业运营成本及风险成本，其次无人机的工作效率和工程质量上都较人工有显著提高；作为市场运营的一部分无人机已经得到市场的认可，现在制约无人机大面积应用的主要因素，只剩下技术成本和相应的行业规范。相较已经成熟的测绘行业，地勘行业的无人机应用还处在技术推广的阶段，本人就现阶段的地勘行业无人机实际生产中体现的优缺点做一个简单总结。

1 无人机勘查性能特点

首先，对于地勘行业实际生产使用的机种的选择。其中固定翼以其速度快、负载大、航程远、效率高在测绘、航磁等领域使用日渐频繁，然而其对起降场地要求高、超低空避障能力弱、紧急情况起飞迫降技术要求高，限制其在实际生产中的使用[1]。相对于固定翼的大载量、高速度、长续航，多旋翼无人机负载相对较小、速度相对较慢、续航时间受限；但同样的，多旋翼无人机运行稳定、低空避障能力强、起降要求低、上手操作简单，而且多旋翼维护成本、维修时间都是最低的，所以多旋翼非常适用在交通不便的特殊区域进行大比例尺的低空飞行作业。直升机受其机体结构影响，其维护成本高，实际操作难度较大，使其在野外生产应用中的稳定性、易用性都不及多旋翼。所以大面积的航磁和测绘作业中固定翼优势明显；而多旋翼在交通不便、起降条件差的区域有着先天的优势，其携带、操作、维护都适应野外的实际生产条件，多旋翼是目前作为大比例尺相对小面积的测绘、磁法、地空电磁法等工作的优选作业平台。

其次，作为生产单位测量平台的无人机，我们本着一机多用，最好在同一平台实现多种生产作业、多种使用场景，这有利于控制生产成本，也利于生产单位对平台的升级；同时无人机平台的易用性、维修时间成本、平台的扩展性都是作为地勘生产单位首要考虑的问题，以此为依据；固定翼无人机作为成熟的测绘和低空航磁平台，其使用成本较高，后期维修成本也相对较高，尤其在作为多种作业平台，其对于要求低速、悬停作业的勘查操作无法实现，限制其后期的升级，及多场景使用。多旋翼无人机平台的易用性高，扩展能力强，对于高速、低速、悬停等勘察操作可以实现真正的电脑自动操作，尤其是在平台的扩展性上，在足够动力余量的基础上，多旋翼平台对于地空电磁法、低空航磁、测绘以及涉及到阵列方式采集的勘察方法都是相对高效的设备平台[2]。

2 多旋翼无人机航线设计及实际应用

多旋翼无人机平台近年来在低空航磁领域越发活跃，借助于避障、远程图传等功能，多旋翼无人机在保证飞行安全的同时，真正的降低了无人机操控的难度系数，为顺利高效安全的实现野外生产提供了技术保障；随着近年来航磁设备的进步，航磁设备朝着体积小、重量轻、功耗低、精度高的方向不断发展，涌现了国内外多种先进设备，这里以劳雷公司引进的加拿大MFAM（激光铯光泵总场磁力仪）最为先进，其总质量1Kg，功耗2.5w，灵敏度5PT/√Hz，采样率1K，其高采样率提供了大量的实测数据，为低空无人机航磁代替地面磁测提供了可能性。下面提供两处工程实例，为无人机低空航磁的安全高效提供了佐证。

工程1位于长江附近，本次工区跨越长江，工区左边100m左右有一跨江高压线，在江中有一钻井平台，江中过往船只较多，工区大小为2.25平方公里，线距100m，设计航线总长15公里，实际航线17.5公里，采样率62.5Hz，全部航线按地面站规划设计测线飞行。飞行航线如图1所示。全程无人机在规划路线中自动飞行，全部技术及操作人员3人，实际野外施工时间为一天。

工程2位于山东省，本次工区包含了山区、村庄等地形，整体地形较为复杂，工区大小为16平方公里，线距100m，设计航线总长160公里，实际航线214.5公里，采样率62.5Hz，全部航线按地面站规划设计测线飞行，全程无人机在规划路线中自动飞行，全部技术及操作人员3人。飞行航线如图2所示。

在地空电磁领域无人机也扮演了越来越重要的角色，其中以中国工程院何继善院士主导的大深度高精度广域电磁法课题，作为国家技术发明奖一等奖最为突出，其近年来提出的以广域电磁法为基础，地面采用大功率设备发射伪随机多频电磁信号，采用无人机集群飞控、空中阵列接受采集，从而提高工作效率，降低人工成本。

作为施工平台的无人机虽然优势明显，但是其缺点也不容忽视，由于技术限制，无人机平台的抗风能力不强，受天气影响因素较多；低空飞行尤其是随地形飞行对避障能力要求高，现有技术在超视距模式下，避障还不能百分之一百放心，而图传在多山、多障碍地区不能实时提供图像传输，给驾驶员的技术提出了很高的要求；现有动力电池能量密度还无法满足全天工作要求，需要技术人员按施工条件实际情况合理分配飞行时间，采用多架次、多次换电池的方式才能完成大面积的飞行任务。

3 结语

无人机是未来地质勘探的一种趋势，其代表的高效、高技术含量、高精度要求是我们地勘人孜孜不倦追求的方向，所以在现有阶段合理的使用无人机平台能使我们提前适应了解新技术新方法，同时对技术人员的技能要求也更加的全面，其中对无人机和相关无人设备的操控、基本维修保养也将是未来对技术人员的基本要求。

无人机将成为我们未来多年的地勘使用平台，相信随着技术的进步发展，无人机及无人设备终将取代有人勘探的模式，成为主流的勘探方式。