一種航空測量地磁場強度裝置及方法
2023-10-26 05:28:07
專利名稱：一種航空測量地磁場強度裝置及方法
技術領域：
本發明屬於磁法測量技術領域，具體涉及一種承載高精度測量地磁場強度的裝置及方法，實現地質找礦、勘查和環境工程勘察的飛行載體。
背景技術：
目前在陸地上用地球物理方法磁法探測地下礦藏分布及解決地質問題時，一般採用航空測量和地面測量。航空測量通常用載人固定翼飛機或直升機攜帶測量人員和設備進行航磁測量，其具有滯空時間長、可攜帶大型設備、測量效率高、測網規則、信息量大的優點，在區域調查、成礦帶勘查中發揮了重要作用，為區域地質構造研究、成礦預測提供了豐富資料，尤其是在找鐵磁性礦藏時發揮了特別重要的作用，但對探測的地下目標體(礦體、地質構造等)而言，飛行高度越高，距目標體越遠，探測目標體的能力越差。目前航磁飛行高度從幾十米到幾百米，飛行高度較高；空中飛行速度決定分辨測量目標體規模大小的能力，飛行速度越快，分辨能力越差，飛行速度越慢分辨能力越強，一般航磁固定翼飛機飛行速度大於^K)Km/h，即使是目前已使用的動力三角翼飛行器速度也大於70Km/h，速度較快，現有的航磁測量，由於航速快、飛行高、線距大，資料主要用於了解區域地質構造和對資源進行預測，預測結果必須依靠地面磁法的檢查，才能有效利用。一般正規飛機起降需要正規機場，機動性差，同時飛機嚴格受民用航空、軍事管制，飛行需要申請批准，手續繁瑣嚴格，且飛行員需要專門航空駕校多年培訓，同時載人航磁測量中人身安全是至關重要的問題，近年來航磁測量安全事故時有發生。地面測量即測量人員攜帶設備根據任務要求進行大中小比例尺的地面行進測量，實現地面高精度磁法測量，測量方法有靜止定點測量和運動測量。地面高精度磁測相對航磁測量距目標體近，其測量精度高；靜止定點測量時儀器測量探頭速度為OKm/h，運動測量時一般速度不超過6Km/h，測量解析度高。但地面高精度磁測工作效率低，在高寒山區、地形切割劇烈地區，如新疆西天山、西崑侖、阿爾金等地區海拔高度一般在3500—6000m，相對高差1000 m以上，地面高精度磁法測量難以有效開展，而航磁安全飛行高度大於500m，測量結果精度低、解析度差。
發明內容
就是為了解決上述現有技術中存在的航空磁法測量探測目標體的精度低和地面高精度磁測效率低的問題，本發明的目的在於提供一種超低空、低速、高精度的航空磁測裝置及方法，能很好結合航空磁測和地面磁測的優點，解決它們的缺點。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案一種航空測量地磁場強度裝置，包括航模直升機、磁力儀和飛行控制系統，所述航模直升機包括機體、雲臺裝置，所述磁力儀安裝在所述的雲臺裝置上，所述飛行控制系統包括機載部分和地面站部分，所述飛行控制系統機載部分安裝在航模直升機機體上，所述飛行控制系統機載部分與地面站部分通過無線電連接，所述飛行控制系統機載部分將航模直升機的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀磁測數據實時傳遞給地面站部分，所述地面站部分根據接收到的數據對所述航模直升機飛行高度和路線進行控制，來實現所述磁力儀進行地磁場強度數據採集。優選地，所述飛行控制系統地面站通過自動或手動對所述航模直升機進行控制。一種測量地磁場強度的方法，包括以下步驟
(1)在所述地面站中設定所述航模直升機測量線路或測量點坐標，設定飛行速度
和高度；
(2)在航模直升機行進和機載的磁力儀進行測量時，飛行控制系統機載部分將航模直升機的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀磁測數據實時傳遞給地面站部分，所述地面站部分根據接收到的數據對所述航模直升機飛行高度和路線進行控制，保證磁力儀對地磁場強度數據的採集。優選地，所述磁力儀採用磁法運動測量或靜止點測。本發明的有益效果該超低空高精度航磁測量裝置具有超低空飛行高度(O-IOOOm)和低速、懸停(0-90Km/h)的飛行控制能力、低成本、高安全、運載方便，整個裝置體積小，重量輕，起降無需機場及輔助設備，無需飛行員等優點，同時，該裝置測量飛行高度可小於3米，測量飛行速度可為OKm/h，其飛行測量的低高度和低速度使地磁場測量數據達到的精度和解析度，是目前固定翼飛機，包括三角翼和載人直升機航磁測量無法達到的，本系統可以替代大、中比例尺的地面高精度磁法測量，是地質找礦、勘查和環境工程勘察快速評價的有效手段，其工作精度能達到地面高精度磁測要求，而工作效率是地面高精度磁測的10倍以上。
圖1為本發明中航空測量磁測裝置結構示意圖；圖2為本發明中圖1的側視圖中1航模直升機，2雲臺裝置，3飛行控制系統機載部分，4磁力儀，5磁力儀探頭。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。如題1、2所示，一種航空測量地磁場強度裝置，包括航模直升機1、磁力儀4和飛行控制系統，所述航模直升機1包括機體、雲臺裝置2，所述磁力儀4安裝在所述的雲臺裝置2上，所述飛行控制系統包括機載部分和地面站部分，所述飛行控制系統機載部分3安裝在航模直升機1機體上，所述飛行控制系統機載部分3與地面站部分通過無線電連接，所述飛行控制系統機載部分3將航模直升機1的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀4磁測數據實時傳遞給地面站部分，所述地面站部分根據接收到的數據對所述航模直升機1飛行高度和路線進行控制，來實現所述磁力儀4進行地磁場強度數據採集。本發明中所述地面站控制系統通過自動或手動對所述航模直升機1進行控制。本發明中磁力儀探頭5所處的雲臺裝置2具有自動調平功能，以保證磁力儀探頭5處於水平狀態工作。一種測量地磁場強度的方法，包括以下步驟
(1)在所述地面站中設定所述航模直升機1測量線路或測量點坐標，設定飛行速度和高度；
(2)在航模直升機1的磁力儀4進行測量時，飛行控制系統機載部分3將航模直升機1的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀4磁測數據實時傳遞給地面站部分，所述地面站部分根據接收到的數據對所述航模直升機1飛行高度和路線進行控制，保證磁力儀4對地磁場強度數據的採集。本發明中所述磁力儀4採用磁法運動測量或靜止點測。其中，航空測量地磁場強度裝置在測量地磁場強度的過程中，地面站對航模直升機1飛行狀態的監控部分起著重要的作用，飛行控制系統機載部分3與地面站部分通過無線電連接，地面站完成航模直升機1傳感器的數據接收、顯示和保存，實現了機載飛行控制系統和地面控制系統的實時通信，航模直升機1能按照預先在地面站設定的飛行航線飛行或者當航模直升機1在飛行過程中需要改變航線，只需要在地面站中進行航線的修改便可實現自主飛行、懸停，從而測量地磁場強度。另外，地面站可以通過自動或手動的方式對航模直升機1進行控制，實現自主飛行，確保直升機穩定的飛行狀態及安全性、且易於操作人員操作。該磁測裝置工作方法首先，在地面站中設定磁法測量線路或測量點坐標，設定飛行速度和高度，在設定的線路或點上進行磁法運動測量或靜止點測。如果是靜止點測，當航模直升機1到達預定點時進行懸定(速度為0 Km/h)磁測，在磁測過程中飛行控制系統機載部分3將航模直升機1的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀4磁測數據實時傳遞給地面站部分，地面站部分根據接收到的數據對航模直升機1飛行高度和路線進行控制，來實現磁力儀4進行地磁場強度數據採集，根據採集的地磁場強度數據分析地質及環境信息，優選地，航模直升機1的懸定高度設定為an左右，此時磁法測量工作狀態與地面高精度磁法測量完全一致，所得地磁場強度與地面高精度結果一致，同時在地形等級為1-2級時測量效率是地面測量效率的10倍以上，地形等級為3級以上時測量效率是地面測量效率的20倍以上。當在設定高度ail左右進行磁法運動測量時，飛行速度較低(如20 Km/h)時儀器設定4秒測量一次，即近20m測量一個數據，此為1 :5000磁法工作比例尺點距，按正常地面高精度磁測工作進度，在地形等級為1-2級情況下20 Km的1 :5000磁法工作量要一臺班兩個工作日能完成，該磁測裝置工作方法工作效率是地面測量的16倍以上，如果地形等級為3級以上時測量效率是地面測量效率的30倍以上，如果載荷磁力儀4低速飛行過程中每秒測量多次，在較高測量效率下，測量將獲得高解析度信息豐富的地磁場資料。當進行更小比例尺磁測時，直升機飛行高度和速度還可增大，工作效率將比地面工作效率更高，所採集地磁場信息也更豐富。綜上所述，本發明中航空測量地磁場強度裝置克服航空測量和地面高精度磁測的缺點，實現超低空飛行磁測精度與地面高精度磁測精度相當，用該磁測方法替代地面高精度磁測方法，以達到快速、經濟、精確完成高精度磁法勘查的目的。特別在以下環境條件下，更能發揮其優勢人工難以作業的大江大湖、沼澤、海灘淺海、森林、高寒山區、地形切割劇烈地區(如新疆西天山、西崑侖、阿爾金等地區海拔高度一般在3500—6000m，相對高差1000m以上，地面高精度磁法測量難以有效開展，航磁安全飛行高度大於500m，測量結果精度低、解析度差)，以及地面幹擾嚴重的危機礦山接替資源勘查區。飛行控制系統機載部分3中預置式GPS導航系統(空中)，GPS差分定位(地面)，可使直升機在預定路線上飛行，使測量目標無偏差。利用地面站通信系統可以將飛行器上測量的數據實時傳輸到地面(同時在磁力儀4主機中也存儲備份)，還能由地面人員對飛行距離、測量方式進行指揮。
最後應說明的是以上所述僅為說明本發明的實施方式，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種航空測量地磁場強度裝置，其特徵在於包括航模直升機、磁力儀和飛行控制系統，所述航模直升機包括機體、雲臺裝置，所述磁力儀安裝在所述的雲臺裝置上，所述飛行控制系統包括機載部分和地面站部分，所述飛行控制系統機載部分安裝在航模直升機機體上，所述飛行控制系統機載部分與地面站部分通過無線電連接，所述飛行控制系統機載部分將航模直升機的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀磁測數據實時傳遞給地面站部分，所述地面站部分根據接收到的數據對所述航模直升機飛行高度和路線進行控制，來實現所述磁力儀進行地磁場強度數據採集。
2.根據權利要求1所述的航空測量地磁場強度裝置，其特徵在於所述地面站部分通過自動或手動對所述航模直升機進行控制。
3.一種使用權利要求1所述的裝置進行測量地磁場強度的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)在所述地面站中設定所述航模直升機測量線路或測量點坐標，設定飛行速度和高度；(2)在航模直升機的磁力儀進行測量時，飛行控制系統機載部分將航模直升機的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀磁測數據實時傳遞給地面站部分，所述地面站部分根據接收到的數據對所述航模直升機飛行高度和路線進行控制，保證磁力儀對地磁場強度數據的採集。
4.根據權利要求3所述的測量方法，其特徵在於所述磁力儀採用磁法運動測量或靜止點測。
全文摘要
一種航空測量地磁場強度裝置及方法，包括航模直升機、磁力儀和飛行控制系統；飛行控制系統包括機載部分和地面站部分；飛行控制系統機載部分安裝在航模直升機機體上；飛行控制系統機載部分與地面站部分通過無線電連接，飛行控制系統將航模直升機的飛行狀態數據、地形地貌攝像數據、磁力儀磁測數據實時傳遞給地面站控制系統，地面站控制系統根據接收到的以上數據對所述航模直升機飛行高度和路線進行控制，來實現所述磁力儀進行地磁場強度數據採集。該超低空高精度磁法測量裝置具有超低空飛行高度和低速、懸停的飛行控制能力、低成本、高安全、運載方便，整個裝置體積小，起降無需機場及輔助設備，無需飛行員等優點。
文檔編號G01V3/40GK102385071SQ201110328490
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者劉劍, 楊鏡明 申請人:劉劍, 楊鏡明