基于民用无人机的海上水下物探技术研究

潘志俊

随着我国经济社会的快速发展，物探技术在不断进步的同时广泛应用于各行业，其涉及物理学科、材料学科和计算机技术等学科的知识，主要借助各种物探仪器来完成相应参数的探测和获取。在水利电气、煤炭地质、石油铁路等各领域物探技术都发挥着重要的作用，不仅能帮助探测资源的分布情况和地质条件，还能对地球的污染情况进行监控，在地质灾害监测预警中也有应用，可见物探技术对资源开发和环境保护具有重要的意义。而在物探技术飞速发展的同时，无人机因其独特的优势，也在海上水下物探工作中扮演着越来越关键的角色。

一、背景介绍

在工程地质勘探中，物探技术被广泛应用，其能够在较短时间内快速对地质况状的基本信息展开数据手机和分析，具有勘探效率高，时间快、质量高的特点。且物探技术应用种类十分多样，其中，航空物探主要以无人机为主要平台，通过无人机装载相应的勘探设备，能够快速对勘探区域内的地质条件、资源分布和污染状况、自然地理环境等进行全方位的勘探，并收集形成相应的数据，为具体的工程建设等提供信息支持。无人机海上水下物探技术是将航空技术和地理物理勘探技术相结合的一种新方式，近年来随着我国海上建设项目的增加以及对海洋环境的考察需求，将无人机应用到海上水下物探的现实价值不断凸显。基于全球定位系统、大数据分析、云计算等技术的发展，无人机物探数据的准确性越来越高，对相关工程建设和科研项目起到重要保障，物探技术不断发展，探测设备和技术仪器更加成熟，且能够依托计算机信息技术实现数据分析和可视化处理，并建立起相应的三维模型，直接为相关决策提供支持。

二、海上水下物探无人机技术概述

民用无人机是无人驾驶飞机的一种，这种装置主要是借助无线电遥控系统和自带的程序性控制装置来实现动力操纵，在其诸多应用中，无人机的图像和数据收集功能被广泛应用，尤其是当前在海上水下物探领域的应用，其为海洋环境监测、地理数据收集和油气资源勘探做出了重大的贡献。近年来，以民用无人机为主的海上水下航空物探技术得到了长足发展，根据水域内自然条件的不同选用不同类型的无人机并采取不同的飞行探测高度。通过操作人员直接操纵小型无人机，对物探区域内进行监测和信息收集，该物探方式具有极大的安全优势，且无人机体积较小、能够多部无人机协同飞行并完成物探任务，而技术人员的自主操纵也保证了物探的准确性和飞控精度。海上水下物探技术的处理进程主要是：海域放飞无人机并操控其进行野外探测和数据测量、完成物探位场的转化、对探测数据进行综合解释、远程数据报告和分析、提交数据成果。通过进行飞行测量和近地测量完成对海上水下地质状况的基本探测。

三、无人机航行平台的创新设计

（一）搭载探测设备和仪器的技术要点

相比于传统的无人机使用，操控民用无人机展开海上水下航空物探时，其创新性地搭载了相关的探测设备和仪器，如装配磁力仪、航电仪、能谱仪等设备，从而对测量区域内的信息进行全方位的收集。针对不同位置和不同性质的物体的测量方法也不同，如有的点位仅对地面岩石进行磁力测试，而有的点位还需进行相应的放射性、电性、磁性测试等，不同的测试要求需要配备不同的专业仪器。

（二）控制系统和数据处理方法

无人机航行平台的控制系统主要是无人机本身的控制系统，其负责控制无人机的飞行方向、高度和移动，并负责完成基础的启动和移动操作，而运用于物探领域的无人机在构建航行平台时，还需要搭载相应的测试仪器和数据手机系统等，并及时将测量结果反馈给后台，后台通过数据分析技术对收集到的信息进行处理，生成相应的数据，由专业的航空专家和地质专家进行综合解释，围绕地质物探任务和数据特性来做出评价意见。

四、海上水下物探技术的可持续应用

（一）物探数据分析和地图制作

海上水下物探数据收集后还需进行相应的数据分析和地图制作，通过对数据进行可视化分析，使得无人机收集数据能够及时得到利用。常用的物探数据技术处理主要是对其进行可视化处理，利用仪器设备获取物探数据并形成地质条件报告，同时可对物探发现的异常点位进行处理，分析结果可能对应的异常地质情况，在生成的地图中标出。同时可以利用云平台对物探数据展开分析，数据计算人员使用相应的数据处理软件，利用其数据处理功能和数据分享功能，形成相关在线信息。

（二）无人机维护和管理的关键技术

在借助民用无人机开展海上水下物探技术的同时，需要结合无人机的技术特点开展好维护和管理。首先，无人机的核心系统主要由监测巡视类飞控系统、导航系统和动力系统、数据链系统等几部分组成，巡视飞控系统主要负责完成无人机的驾驶、启动、任务执行和返场回收，而导航系统则为无人机提供导航和地图数据，动力系统主要为其提供动能支持，当前无人机的动力以电能为主。而数据链条系统则负责传输无人机获取的数据，其充分运用了GPS 跟踪、图像跟踪和超声波探测等技术，这些核心技术也是无人机开展海上水下物探技术的关键。为了提高起物探效率，必须做好无人机日常维护和管理，结合物探对象和检测环境制定物探方案，为无人机提供可持续的电能并及时回收，可通过在线数据传输及时将无人机获取的图像、视频、音频等数据及时回传。同时要做好无人机的定位和导航管理，运用GPS/IMU 等组合完成导航定位，并避免外界的不良干扰。

（三）资源节约、环境友好和社会效益的评价

相比于传统的物探方式，无人机物探能够快速掌握物探区域的基本情况，有效节约了资金和人力成本，且通过搭载的专业仪器设备收集到的数据更能全面地反应海上水下的物探情况，为后期的数据分析和解释提供更加丰富的数据素材。同时，无人机海上水下物探技术处于持续发展阶段，利用无人机建立航空物探平台能够在发挥无人机原有技术优势的基础上进一步对航空物探技术进行创新改造，无人机能够多次使用，以电能为主要动力，相较于传统的物探方式，电话对自然环境的破坏和污染程度较低，能够取得可持续的发展效应。当前我国的物探技术正在飞速发展，以无人机为代表的海上水下航空物探技术快速发展，有助于为海洋地质条件勘测、油气资源勘探和污染情况检测提供技术支持，为经济发展和环境保护做出更大的贡献。

五、结论

在开展海上水下物探工作时，由于探测环境十分复杂，对相关的设备和探测技术的要求都非常高，且海面环境的探测难度和危险系数都非常高，因此必须要结合探测对象选择恰当的探测方式，而无人机物探技术作为航空物探技术的代表之一，其能够作为智能搭载平台执行相应的航空物探任务，且物探的精准度和工作效率有保障，因此民用无人机在当前海上水下物探中的应用越来越广泛，已经成为航空物探技术发展的新趋势之一。实践证明，发展无人机海上水下物探具有广泛的应用前景，应当在充分了解无人机的技术特性的基础上进行应用性改装，在确保安全飞行的基础不断提高获取数据的准确性，以更好地服务于相关的物探项目。