6.5　利用無(wú)人飛行器進(jìn)行航空地球物理探測(cè)

無(wú)人飛行器又稱(chēng)為無(wú)人航空器系統(tǒng)（Unmanned Airborne Vehicle，UAV；Unmanned Aircraft Systems，UAS），飛機(jī)發(fā)明后不久，就有UAV。20世紀(jì)50～60年代美國(guó)將UAV用于軍事偵察，到20世紀(jì)末，美國(guó)等國(guó)家廣泛應(yīng)用UAV執(zhí)行各種軍事任務(wù)，隨后UAV開(kāi)始作民用。現(xiàn)在有32個(gè)國(guó)家開(kāi)發(fā)和制造大約250種類(lèi)型的UAV。20世紀(jì)80年代起，美國(guó)一些研究機(jī)構(gòu)就研發(fā)利用UAV進(jìn)行地球物理探測(cè)的技術(shù)（磁測(cè)和甚低頻VLF測(cè)量）。

6.5.1 實(shí)際運(yùn)用

21世紀(jì)起始，有幾家公司利用UAV做航空磁測(cè)商業(yè)飛行［36～37］。加拿大Fugro Airborne Surveys公司2003年與設(shè)計(jì)制造UAV的美國(guó)Insitu公司（小而有名，現(xiàn)已并入波音公司）合作，制成航磁UAV系統(tǒng)——GeoRanger。2005年在試驗(yàn)地飛行幾百測(cè)線公里，與以往的航磁結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證取得成功之后，在加拿大魁北克加佩斯附近的圣勞倫斯灣海面上進(jìn)行了首次商業(yè)飛行，共完成13 000測(cè)線公里。Fugro公司計(jì)劃于2006年使用GeoRanger在加拿大和澳大利亞飛行100 000測(cè)線公里，見(jiàn)圖67及圖68。該公司的技術(shù)人員還申請(qǐng)了專(zhuān)利（PCT/CA2005/001557）。

圖6-7　加拿大Fugro公司的GEORANGER無(wú)人航空磁測(cè)飛機(jī)^［37］

圖6-8　加拿大Fugro公司GEORANGER的地面控制站^［37］

萬(wàn)能飛翔地球物理公司（Universal Wing Geophysics Corporation）2007年在加拿大三個(gè)地區(qū)使用UAV共完成28 100測(cè)線公里的磁測(cè)工作。英國(guó)Magsurvey Ltd.公司經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，制成Prion（UAV），裝載銫光泵磁力儀做磁測(cè)。加拿大山德?tīng)柕厍蛭锢砉荆⊿anders Geophysics Ltd.，SGL）與渥太華卡列頓大學(xué)（Carleton University）合作制成新型的搭載磁力儀的UAV，命名為GeoSurvⅡ。GeoSurvⅡ樣機(jī)長(zhǎng)3.8m，翼展4.8m，最大起飛質(zhì)量70kg，磁力儀安裝在翼尖。要求飛行高度10m，時(shí)速110km，留空4h。還要求可爬升到2500m高度，以便測(cè)量UAV自身的磁場(chǎng)特征而不受地下的影響。按計(jì)劃GeoSurvⅡ在2008年進(jìn)行試驗(yàn)飛行，同時(shí)還要研究解決障礙物探測(cè)和避撞等問(wèn)題。

6.5.2　應(yīng)用前景

從飛行高度來(lái)看，有的UAV可以飛得很低，可以在離地面20m以下的高度做起伏飛行；有的UAV可以飛得很高，在20～30km的高空飛行。在高、低兩端，有人駕駛的飛機(jī)不能執(zhí)行任務(wù)，全靠UAV。對(duì)于地球物理探測(cè)來(lái)說(shuō)，在其他的高度上，與有人駕駛的飛機(jī)相比，UAV也有它的優(yōu)越性。在幾十、幾百甚至幾千米高度上采用UAV進(jìn)行地球物理探測(cè)是我們應(yīng)該積極、認(rèn)真考慮的問(wèn)題。英國(guó)巴納德微系統(tǒng)公司（Barnard Microsystems Limited）的巴納德博士，在與FUGRO、SGL等實(shí)力雄厚的航空物探公司的專(zhuān)家們探討之后，對(duì)于運(yùn)用UAV進(jìn)行地球物理探測(cè)問(wèn)題，提出了全面、詳盡的見(jiàn)解［38～39］。

小型的UAV可配備導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS）、激光掃描高度計(jì)并用計(jì)算機(jī)控制，可以在20m以下貼地飛行，能夠獲得精確的高分辨率數(shù)據(jù)，可以代替費(fèi)力費(fèi)錢(qián)的地面磁測(cè)，還有希望代替地面重力測(cè)量。小型的UAV只需要一小塊平地即可操作，不需要飛機(jī)場(chǎng)；油耗少、留空時(shí)間長(zhǎng)，可在夜間飛行，因此單位測(cè)線公里的成本低。由于成本低，可以在同一地區(qū)多次觀測(cè)，提高數(shù)據(jù)的精度和可靠性，并且可以在不同時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，探測(cè)物理場(chǎng)隨時(shí)間的變化，提供4維（4D）資料。UAV對(duì)環(huán)境影響小（排放少、噪音低）。根據(jù)目前的實(shí)際情況，利用小型的UAV做航空磁測(cè)是切實(shí)可行的。MagSurvey Ltd.公司的Prion（UAV）、FUGRO AIRBORNE SURVEYS公司的航磁GeoRanger以及Sanders Geophysics Ltd.公司正在研發(fā)的GeoSurv II，起飛質(zhì)量只有幾十千克，載荷幾千克。配備質(zhì)量輕的銫、鉀光泵磁力儀、磁通門(mén)磁力儀和其他配套儀器。我國(guó)也有這一類(lèi)小型無(wú)人飛機(jī)，還有氦光泵磁力儀，應(yīng)該可以做得很輕，制作磁通門(mén)磁力儀的技術(shù)也很成熟，與國(guó)產(chǎn)的小型UAV結(jié)合，可組成中國(guó)的航磁UAV。

目前利用小型UAV作航空重力測(cè)量還不太可能?，F(xiàn)有的航空重力儀，質(zhì)量100～150kg。航空重力梯度儀更重，為300～400kg，小型UAV搭載不動(dòng)。但是新型重力梯度儀的出現(xiàn)，值得注意。意大利比薩大學(xué)物理系的Bertolini教授等正在研制一種在常溫下工作的輕便單軸重力梯度儀，位置（位移）轉(zhuǎn)換器是一個(gè)藍(lán)寶石微波介電諧振器，已做成實(shí)驗(yàn)室原型，質(zhì)量2kg，準(zhǔn)備進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)。他們?cè)O(shè)想將這種重力梯度儀用于地面和航空重力測(cè)量［40～41］。

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