基于民用無人機(jī)的海上水下物探技術(shù)研究

潘志俊

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，物探技術(shù)在不斷進(jìn)步的同時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的知識(shí)，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(duì)地球的污染情況進(jìn)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(duì)資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。而在物探技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，無人機(jī)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(shí)間內(nèi)快速對(duì)地質(zhì)況狀的基本信息展開數(shù)據(jù)手機(jī)和分析，具有勘探效率高，時(shí)間快、質(zhì)量高的特點(diǎn)。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(jī)為主要平臺(tái)，通過無人機(jī)裝載相應(yīng)的勘探設(shè)備，能夠快速對(duì)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(jìn)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(jī)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(xiàng)目的增加以及對(duì)海洋環(huán)境的考察需求，將無人機(jī)應(yīng)用到海上水下物探的現(xiàn)實(shí)價(jià)值不斷凸顯。基于全球定位系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)物探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性越來越高，對(duì)相關(guān)工程建設(shè)和科研項(xiàng)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(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)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(jī)技術(shù)概述

民用無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)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(shí)現(xiàn)動(dòng)力操縱，在其諸多應(yīng)用中，無人機(jī)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(xiàn)。近年來，以民用無人機(jī)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(jī)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(jī)，對(duì)物探區(qū)域內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測和信息收集，該物探方式具有極大的安全優(yōu)勢(shì)，且無人機(jī)體積較小、能夠多部無人機(jī)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(zhǔn)確性和飛控精度。海上水下物探技術(shù)的處理進(jìn)程主要是：海域放飛無人機(jī)并操控其進(jìn)行野外探測和數(shù)據(jù)測量、完成物探位場的轉(zhuǎn)化、對(duì)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解釋、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)報(bào)告和分析、提交數(shù)據(jù)成果。通過進(jìn)行飛行測量和近地測量完成對(duì)海上水下地質(zhì)狀況的基本探測。

三、無人機(jī)航行平臺(tái)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（一）搭載探測設(shè)備和儀器的技術(shù)要點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的無人機(jī)使用，操控民用無人機(jī)展開海上水下航空物探時(shí)，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(duì)測量區(qū)域內(nèi)的信息進(jìn)行全方位的收集。針對(duì)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(diǎn)位僅對(duì)地面巖石進(jìn)行磁力測試，而有的點(diǎn)位還需進(jìn)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(jī)航行平臺(tái)的控制系統(tǒng)主要是無人機(jī)本身的控制系統(tǒng)，其負(fù)責(zé)控制無人機(jī)的飛行方向、高度和移動(dòng)，并負(fù)責(zé)完成基礎(chǔ)的啟動(dòng)和移動(dòng)操作，而運(yùn)用于物探領(lǐng)域的無人機(jī)在構(gòu)建航行平臺(tái)時(shí)，還需要搭載相應(yīng)的測試儀器和數(shù)據(jù)手機(jī)系統(tǒng)等，并及時(shí)將測量結(jié)果反饋給后臺(tái)，后臺(tái)通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)收集到的信息進(jìn)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(jìn)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(píng)價(jià)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(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和地圖制作，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，使得無人機(jī)收集數(shù)據(jù)能夠及時(shí)得到利用。常用的物探數(shù)據(jù)技術(shù)處理主要是對(duì)其進(jìn)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(bào)告，同時(shí)可對(duì)物探發(fā)現(xiàn)的異常點(diǎn)位進(jìn)行處理，分析結(jié)果可能對(duì)應(yīng)的異常地質(zhì)情況，在生成的地圖中標(biāo)出。同時(shí)可以利用云平臺(tái)對(duì)物探數(shù)據(jù)展開分析，數(shù)據(jù)計(jì)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(jī)維護(hù)和管理的關(guān)鍵技術(shù)

在借助民用無人機(jī)開展海上水下物探技術(shù)的同時(shí)，需要結(jié)合無人機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)開展好維護(hù)和管理。首先，無人機(jī)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(dòng)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(fù)責(zé)完成無人機(jī)的駕駛、啟動(dòng)、任務(wù)執(zhí)行和返場回收，而導(dǎo)航系統(tǒng)則為無人機(jī)提供導(dǎo)航和地圖數(shù)據(jù)，動(dòng)力系統(tǒng)主要為其提供動(dòng)能支持，當(dāng)前無人機(jī)的動(dòng)力以電能為主。而數(shù)據(jù)鏈條系統(tǒng)則負(fù)責(zé)傳輸無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)，其充分運(yùn)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(jī)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(jī)日常維護(hù)和管理，結(jié)合物探對(duì)象和檢測環(huán)境制定物探方案，為無人機(jī)提供可持續(xù)的電能并及時(shí)回收，可通過在線數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)將無人機(jī)獲取的圖像、視頻、音頻等數(shù)據(jù)及時(shí)回傳。同時(shí)要做好無人機(jī)的定位和導(dǎo)航管理，運(yùn)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(huì)效益的評(píng)價(jià)

相比于傳統(tǒng)的物探方式，無人機(jī)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(shí)，無人機(jī)海上水下物探技術(shù)處于持續(xù)發(fā)展階段，利用無人機(jī)建立航空物探平臺(tái)能夠在發(fā)揮無人機(jī)原有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)航空物探技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新改造，無人機(jī)能夠多次使用，以電能為主要?jiǎng)恿Γ噍^于傳統(tǒng)的物探方式，電話對(duì)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(jī)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(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出更大的貢獻(xiàn)。

五、結(jié)論

在開展海上水下物探工作時(shí)，由于探測環(huán)境十分復(fù)雜，對(duì)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(xiǎn)系數(shù)都非常高，因此必須要結(jié)合探測對(duì)象選擇恰當(dāng)?shù)奶綔y方式，而無人機(jī)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(tái)執(zhí)行相應(yīng)的航空物探任務(wù)，且物探的精準(zhǔn)度和工作效率有保障，因此民用無人機(jī)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(shì)之一。實(shí)踐證明，發(fā)展無人機(jī)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(jī)的技術(shù)特性的基礎(chǔ)上進(jìn)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(zhǔn)確性，以更好地服務(wù)于相關(guān)的物探項(xiàng)目。