無人機在地質調查中應用前景探討

王燚　葉春林　楊蕻

【摘 要】隨著科技不斷發展，無人機逐漸應用于各個行業，但是地質調查中仍然使用非常原始的走路爬山來收集數據，用無人機來替代原始低效的數據收集方法勢在必行。本文將無人機在地質調查的應用發展劃分為4個階段，現階段已基本實現第1階段的發展目標，而要完全用無人機替代人工調查還需要若干年。為滿足野外地質調查的需求，必然需要對無人機進行再次開發，需要開發系統包括飛行設備、通訊系統、車載設備和軟件系統。

【關鍵詞】無人機；地質調查

The application of uav in geological survey is discussed

WANG Yi YE Chun-lin YANG Hong

（Sichuan geological survey institute， chengdu， sichuan 610000，China）

【Abstract】With the continuous development of science and technology， UAVs are gradually applied to various industries， but the geological survey still uses very primitive walking to collect data， and it is imperative to use UAV instead of the original inefficient data collection method. This paper will be unmanned aerial vehicles in the application of geological survey development is divided into four stages， at this stage has been basically the first phase of the development goals， but to completely replace the manual with UAV still need several years. In order to meet the needs of field geological survey， it is necessary to re-develop the UAV， the need to develop the system， including flight equipment， communication systems， automotive equipment and software systems.

【Key words】Unmanned aerial vehicle（UAV）；Geological survey

1 無人機和地質調查的現狀

1.1 地質調查的現狀

隨著我國地質調查工作逐漸向需求驅動型轉變，基礎地質調查工作以促進社會經濟發展和人民生活質量提高為基點，以國家需求為主導、社會需要為動力，不斷向資源、環境、工程等領域發展。目前，我國基礎地質調查評價工作基本上形成了以區域地質調查為核心，區域物化遙調查為主導，農業地質調查全面展開，海洋地質調查城市地質調查逐步興起的格局。

截止2010年我國區域地質調查已實現1：20萬和1：25萬中小比例尺的陸域可測面積全覆蓋，自開展國土資源大調查以來1：5萬區域地質調查的工作重點逐漸向全國重要成礦區帶和重要經濟區傾斜。

1.2 無人機的發展現狀

無人機，全稱為“無人駕駛飛機（UAV）”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，或者由車載計算機完全地或間歇地自主地操作[1]。2010年以前，中國民用無人機市場規模小，增長速度慢，主要應用于災害救援、地圖測繪等市場。2011年以后，以大疆為代表的中國消費級民用無人機市場迅速崛起。近年來，無人機在航拍、物流等領域被廣泛應用，無人機送貨和熱門真人秀采用無人機進行航拍，使得民用無人機被廣泛關注。中國消費級無人機已處于國際前列，在市場份額、研發制造能力、應用廣度深度方面均具有一定優勢。但是與消費級無人機市場一片火熱不同，國內專業級無人機市場尚未出現爆發性增長[2]。

1.3 地質調查存在問題

地質調查主要包括地質填圖、區域物探調查、區域化探調查、區域水工環境地質調查等工作。以地質填圖為例，現階段我國主要開展1：5萬區域填圖，填圖區域很多位于青藏高原等高原山區，上高坡陡，工作難度極大，而現階段主要采用人工收集資料，技術員大多數的時間就是爬山，工作效率極低，浪費了大量的人力資源。并且在青藏高原上存在許多6000m以上用人工方式極難到達的地方。

1.4 應用前景分析

無人機可以極大提高地質調查工作效率，節約大量技術員的時間和精力，將節約的時間和精力用在更為重要的科技研究上。并且，無人機具有極強的可塑性和可提升性。可塑性主要體現在無人機可以按照人的要求進行改造，可以隨時調整無人機的設計，使得其更加適用于地質調查的需求；可提升性主要是隨著科技的發展，可不斷提高無人機的性能，還可以搭載更加先進的科技設備。

2 無人機在地質調查中應用發展的階段性分析

當下，無人機正如火如荼應用于各個行業，在地質調查行業也有所涉及。比如，2016年7月22-25日中國地質調查局在海拔5050m的西藏雙湖縣贊宗錯地區實施了無人機服務區域地質調查的實驗性飛行[3]。但是，要將無人機真正應用于地質調查的路還很長，本文將無人機在地質調查的應用發展劃分為四個階段，詳細列述如下：

第一階段，通過航拍的方法，對航拍圖像進行遙感解譯，按照實際要求對地質現象進行詳細評價，要求可搭載傳感器，在空中獲取數據，并且現階段已基本實現該功能，endprint

第二階段，預計用3-8年時間實現無人機著陸，并且可以近距離數據采集和撿樣的功能。

第三階段，要能夠達到普通地質人員的水平，包括記錄、照相、采樣等。需要開發高級采樣系統、陸地自由行動系統、照相等數據采集系統，高級控制系統和高效數據傳輸系統。優點是基本上可以替代現階段地質調查人員爬山的工作；缺點是沒有實現地質調查的高效和便捷。預計開發時間需要8-20年。

第四階段，可以實現普通地質人員無法實現的功能。能搭載高科技緊密儀器，可隨時對采集到的信息進行綜合分析；無人機操控能級極強，可自由采集需要的數據；可隨時利用大數據功能對采集的數據分析。不僅可以替代現階段地質調查工作，還可以搭載高科技的技術產品，使地質工作實現高效和便捷，預計需要10-30年時間。

3 無人機功能開發

為了滿足野外地質調查的需求，需要對無人機進行再次開發，開發系統包括飛行設備、通訊系統、車載設備和軟件系統，要求各系統之間可以完美配合和鏈接。

3.1 飛行設備

飛行設備包括飛行系統、著陸系統、陸地行動系統、數據采集系統、樣品采集系統和其他高精密儀器。其中飛行系統的關鍵性能指標為飛行穩定性、飛行高度、載核量、電池續航能力、導航精度、巡航速度、起降方式等[4]；著陸系統要求能夠在各種復雜地形中隨時著陸，著陸之后還能夠完成數據采集任務；陸地行動系統要能在著陸之后具有一定的行動能力，才能更好的采集數據；數據采集系統，主要包括GPS定位系統、照相、遙感、顯微鏡及其他數據采集設備；樣品采集系統要求能夠在著陸之后按照需求隨時采集需要的樣品；隨著科技的發展將來在無人機上面可以搭載一些高科技的設備，使得無人機具有的能力遠遠超過人的能力，具有人類無法替代的作用。

3.2 通訊系統

無人機通訊系統主要包括兩大類，數據同步傳輸系統和降落后數據下載系統，兩者之間可以相輔相成，同步傳輸系統用于無人機實時操控和簡答數據傳輸，降落后數據下載系統用于傳輸采集到的數據。通訊系統可采用4G、5G網絡或者采用車載發射器對無人機進行遠程控制，實現無人機自由操控和數據采集的目的。

3.3 車載設備

無人機還需要一輛汽車對其進行遠程操控，該汽車要求具有無人機停靠、數據傳輸、無人機控制以及其他能力。

3.4 軟件系統

軟件系統是無人機的核心，可以在無人機中加入升級改裝后的數值地質調查系統（DGSS），除此之外，還需要開發一套無人機操控軟件，以及大數據分析軟件。

4 結語

科技逐漸發展，各行各業日新月異，新機器新設備逐漸增多，但是地質調查還在使用最原始的走路和爬山的方式進行，改變勢在必行。近幾年隨著無人機應用的廣泛開展，將無人機應用于地質調查是一個很好的選擇，不僅可以解放地質技術員的雙腳，極大的提高工作效率，還可以搭載許多先進設備，使其具有遠超于人的能力。

【參考文獻】

[1]ICAOs circular 328 AN/190：Unmanned Aircraft Systems

[2]易官智庫.中國民用無人機市場專題研究報告，2015.

[3]中國地質調查局資源所.西藏班公湖—怒江成礦帶1：5萬區域地質調查無人機試飛成功.黃金科學技術，2016，4（24）：136.

[4]晏磊，等.無人機航空遙感系統關鍵技術研究[J].武漢大學學報：工學版，2004，37（6）：67-70.endprint