無(wú)人機(jī)在低空航磁中的應(yīng)用

李紅光

（黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇六隊(duì)，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

近年來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，固定翼、多旋翼、直升機(jī)都在各自的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。尤其是在測(cè)繪和地質(zhì)勘查中的作用日益顯著，作為以后的技術(shù)發(fā)展方向，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)巨大。

無(wú)人機(jī)代替人工，首先節(jié)約了人力成本，降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本及風(fēng)險(xiǎn)成本，其次無(wú)人機(jī)的工作效率和工程質(zhì)量上都較人工有顯著提高；作為市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的一部分無(wú)人機(jī)已經(jīng)得到市場(chǎng)的認(rèn)可，現(xiàn)在制約無(wú)人機(jī)大面積應(yīng)用的主要因素，只剩下技術(shù)成本和相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范。相較已經(jīng)成熟的測(cè)繪行業(yè)，地勘行業(yè)的無(wú)人機(jī)應(yīng)用還處在技術(shù)推廣的階段，本人就現(xiàn)階段的地勘行業(yè)無(wú)人機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中體現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)做一個(gè)簡(jiǎn)單總結(jié)。

1 無(wú)人機(jī)勘查性能特點(diǎn)

首先，對(duì)于地勘行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)使用的機(jī)種的選擇。其中固定翼以其速度快、負(fù)載大、航程遠(yuǎn)、效率高在測(cè)繪、航磁等領(lǐng)域使用日漸頻繁，然而其對(duì)起降場(chǎng)地要求高、超低空避障能力弱、緊急情況起飛迫降技術(shù)要求高，限制其在實(shí)際生產(chǎn)中的使用[1]。相對(duì)于固定翼的大載量、高速度、長(zhǎng)續(xù)航，多旋翼無(wú)人機(jī)負(fù)載相對(duì)較小、速度相對(duì)較慢、續(xù)航時(shí)間受限；但同樣的，多旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、低空避障能力強(qiáng)、起降要求低、上手操作簡(jiǎn)單，而且多旋翼維護(hù)成本、維修時(shí)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(jìn)行大比例尺的低空飛行作業(yè)。直升機(jī)受其機(jī)體結(jié)構(gòu)影響，其維護(hù)成本高，實(shí)際操作難度較大，使其在野外生產(chǎn)應(yīng)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(cè)繪作業(yè)中固定翼優(yōu)勢(shì)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(shì)，其攜帶、操作、維護(hù)都適應(yīng)野外的實(shí)際生產(chǎn)條件，多旋翼是目前作為大比例尺相對(duì)小面積的測(cè)繪、磁法、地空電磁法等工作的優(yōu)選作業(yè)平臺(tái)。

其次，作為生產(chǎn)單位測(cè)量平臺(tái)的無(wú)人機(jī)，我們本著一機(jī)多用，最好在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多種生產(chǎn)作業(yè)、多種使用場(chǎng)景，這有利于控制生產(chǎn)成本，也利于生產(chǎn)單位對(duì)平臺(tái)的升級(jí)；同時(shí)無(wú)人機(jī)平臺(tái)的易用性、維修時(shí)間成本、平臺(tái)的擴(kuò)展性都是作為地勘生產(chǎn)單位首要考慮的問(wèn)題，以此為依據(jù)；固定翼無(wú)人機(jī)作為成熟的測(cè)繪和低空航磁平臺(tái)，其使用成本較高，后期維修成本也相對(duì)較高，尤其在作為多種作業(yè)平臺(tái)，其對(duì)于要求低速、懸停作業(yè)的勘查操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)，限制其后期的升級(jí)，及多場(chǎng)景使用。多旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)的易用性高，擴(kuò)展能力強(qiáng)，對(duì)于高速、低速、懸停等勘察操作可以實(shí)現(xiàn)真正的電腦自動(dòng)操作，尤其是在平臺(tái)的擴(kuò)展性上，在足夠動(dòng)力余量的基礎(chǔ)上，多旋翼平臺(tái)對(duì)于地空電磁法、低空航磁、測(cè)繪以及涉及到陣列方式采集的勘察方法都是相對(duì)高效的設(shè)備平臺(tái)[2]。

2 多旋翼無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用

多旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)近年來(lái)在低空航磁領(lǐng)域越發(fā)活躍，借助于避障、遠(yuǎn)程圖傳等功能，多旋翼無(wú)人機(jī)在保證飛行安全的同時(shí)，真正的降低了無(wú)人機(jī)操控的難度系數(shù)，為順利高效安全的實(shí)現(xiàn)野外生產(chǎn)提供了技術(shù)保障；隨著近年來(lái)航磁設(shè)備的進(jìn)步，航磁設(shè)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(guó)內(nèi)外多種先進(jìn)設(shè)備，這里以勞雷公司引進(jìn)的加拿大MFAM（激光銫光泵總場(chǎng)磁力儀）最為先進(jìn)，其總質(zhì)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為低空無(wú)人機(jī)航磁代替地面磁測(cè)提供了可能性。下面提供兩處工程實(shí)例，為無(wú)人機(jī)低空航磁的安全高效提供了佐證。

工程1位于長(zhǎng)江附近，本次工區(qū)跨越長(zhǎng)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(tái)，江中過(guò)往船只較多，工區(qū)大小為2.25平方公里，線距100m，設(shè)計(jì)航線總長(zhǎng)15公里，實(shí)際航線17.5公里，采樣率62.5Hz，全部航線按地面站規(guī)劃設(shè)計(jì)測(cè)線飛行。飛行航線如圖1所示。全程無(wú)人機(jī)在規(guī)劃路線中自動(dòng)飛行，全部技術(shù)及操作人員3人，實(shí)際野外施工時(shí)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(fù)雜，工區(qū)大小為16平方公里，線距100m，設(shè)計(jì)航線總長(zhǎng)160公里，實(shí)際航線214.5公里，采樣率62.5Hz，全部航線按地面站規(guī)劃設(shè)計(jì)測(cè)線飛行，全程無(wú)人機(jī)在規(guī)劃路線中自動(dòng)飛行，全部技術(shù)及操作人員3人。飛行航線如圖2所示。

在地空電磁領(lǐng)域無(wú)人機(jī)也扮演了越來(lái)越重要的角色，其中以中國(guó)工程院何繼善院士主導(dǎo)的大深度高精度廣域電磁法課題，作為國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)最為突出，其近年來(lái)提出的以廣域電磁法為基礎(chǔ)，地面采用大功率設(shè)備發(fā)射偽隨機(jī)多頻電磁信號(hào)，采用無(wú)人機(jī)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(tái)的無(wú)人機(jī)雖然優(yōu)勢(shì)明顯，但是其缺點(diǎn)也不容忽視，由于技術(shù)限制，無(wú)人機(jī)平臺(tái)的抗風(fēng)能力不強(qiáng)，受天氣影響因素較多；低空飛行尤其是隨地形飛行對(duì)避障能力要求高，現(xiàn)有技術(shù)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(shí)時(shí)提供圖像傳輸，給駕駛員的技術(shù)提出了很高的要求；現(xiàn)有動(dòng)力電池能量密度還無(wú)法滿足全天工作要求，需要技術(shù)人員按施工條件實(shí)際情況合理分配飛行時(shí)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(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)是未來(lái)地質(zhì)勘探的一種趨勢(shì)，其代表的高效、高技術(shù)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(wú)人機(jī)平臺(tái)能使我們提前適應(yīng)了解新技術(shù)新方法，同時(shí)對(duì)技術(shù)人員的技能要求也更加的全面，其中對(duì)無(wú)人機(jī)和相關(guān)無(wú)人設(shè)備的操控、基本維修保養(yǎng)也將是未來(lái)對(duì)技術(shù)人員的基本要求。

無(wú)人機(jī)將成為我們未來(lái)多年的地勘使用平臺(tái)，相信隨著技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，無(wú)人機(jī)及無(wú)人設(shè)備終將取代有人勘探的模式，成為主流的勘探方式。