Articole

  • Articol complet
  • Cifre și date
  • Referințe
  • Citații
  • Valori
  • Licențierea
  • Reimprimări și permisiuni
  • PDF

Abstract

1. Introducere

Stocurile de depozite ușor descoperite au fost în mare parte epuizate. Perspectivele de extindere a bazei de resurse minerale conduc la studii asupra siturilor blocate localizate în zone neexplorate cu condiții naturale și peisagistice complexe (Figura 1). Acești factori fac dificilă și foarte costisitoare orice misiune tradițională geofizică de teren și alte tipuri de sondaje. Cu toate acestea, este obligatoriu să se aplice metodele mai eficiente pentru a permite explorarea unor astfel de zone nu numai rapid și ieftin, ci și în detalii suficiente (conform clasificării rusești la scări de 1: 10.000 sau mai mari). Una dintre cele mai universale metode de prospecțiune geofizică este sondajul magnetic. Datorită atenuării anomaliilor câmpului magnetic cu altitudine și relief accidentat, o prospecție aeromagnetică clasică nu este în măsură să furnizeze un sondaj detaliat la scară largă. Îmbunătățirea tehnică a metodelor clasice de prospecțiune geofizică nu rezolvă problema esențială a cercetării rentabile și operaționale a zonelor de perspectivă. Prin urmare, este necesară o abordare complet nouă pentru sarcinile de lucru geologice și geofizice.

articolul

Publicat online:

Figura 1. Condiții de mediu tipice zonei de studiu: (a) 1 septembrie, (b) 10 septembrie, (c) 20 septembrie, (d) fragment de hartă topografică.

Figura 1. Condiții de mediu tipice zonei de studiu: (a) 1 septembrie, (b) 10 septembrie, (c) 20 septembrie, (d) fragment de hartă topografică.

Acuratețea și corectitudinea unui sondaj magnetic pot fi îmbunătățite prin reducerea în continuare a altitudinii de măsurare care necesită zborul cu o înălțime constantă deasupra terenului și o viteză de zbor mai mică (precum și alte metode, cum ar fi spectrometria gamma în aer și scanarea LiDAR). În ultimii ani, autorii au dezvoltat o metodă complexă de teledetecție la mică altitudine, care ar fi la fel de eficiente în orice condiții morfologice și peisagistice și ar rezolva aceleași probleme geologice ca și sondajele tradiționale la sol. Baza acestor tehnologii complexe de teledetecție sunt metodele geofizice. O tehnologie de supraveghere magnetică numită SibGIS UAS (sistem aerian fără pilot), începută în 2014, a fost încercată și testată mai întâi (Parshin 2015; Parshin și colab. 2016). În această lucrare, autorii au prezentat date aeromagnetice dobândite de versiunea modernă a SibGIS UAS în comparație cu cercetarea magnetică a solului în mai multe zone ale sincroniei Bodaibinsky (Siberia de Est, Rusia, posibile zăcăminte de minereu de aur).

Cercetările magnetice au fost efectuate în primele etape ale prospecției geologice a zonei neexplorate geologic. Dar datele geologice la scară mai detaliată (> 1: 200.000) nu sunt încă disponibile pentru zona de studiu. În ceea ce privește restricțiile legale, autorii nu au dreptul de a pune la dispoziția publicului întregul domeniu al datelor obținute. Cu toate acestea, proprietarii de licențe de subsol au permis publicarea unor extrase de sondaje în surse publice.

2. Software și hardware

Tehnologia SibGIS UAS este acum disponibilă pentru scări de 1: 10.000 sau mai mari și este optimă pentru a fi utilizată în timpul evaluării prospectului și al sondajului de explorare la site-uri de licențe individuale de câteva sute de kilometri pătrați. Aceste scale ale sondei magnetometrice sunt cele mai populare în practica rusă de evaluare a prospectelor și cercetare de explorare a mineralelor minereu, în special a aurului. Deoarece efectul maxim al tehnologiei de supraveghere magnetică UAS poate fi realizat în condiții naturale și peisagistice complexe, ar trebui să se țină seama de riscurile potențiale de pierdere sau deteriorare a echipamentelor. Astfel, numai componentele cu costuri reduse, întreținerea ușoară și fiabilitatea ridicată pot asigura o eficiență economică sporită pentru tehnologie. Costul unei unități airmobile complet proiectate este, prin urmare, comparabil cu cel al unui magnetometru portabil modern.

Zborul la altitudine foarte mică cu draparea precisă a suprafeței terenului (cerut de obiectivele și condițiile naturale specifice zonelor studiate), fiabilitatea și transportul ușor necesită cea mai potrivită schemă multirotoră a UAV. Avantajele și dezavantajele diferitelor scheme ale UAV pentru sondajul geofizic sunt descrise în lucrările lui Kroll (2013). Dezavantajele aeronavelor cu aripi fixe sunt descrise în secțiunea anterioară. Elicopterele existente pe benzină, care oferă o greutate semnificativă la decolare, sunt prea mari, prea scumpe și destul de complexe pentru întreținere pentru orice expediție geologică lungă.

Pentru topografie, creăm două UAV-uri multirotor și software-ul pentru misiuni de zbor și prelucrarea datelor. În ciuda faptului că dronele aeriene sunt realizate direct de către autori și sunt produse non-seriale, designul lor hardware cuprinde numărul maxim de componente disponibile pe piața liberă pe resurse web asiatice care să permită o întreținere ridicată.

În primul rând, UAV-ul „greu” este un copter cu șase sau opt rotori echipat cu un magnetometru care măsoară modulul vectorului câmpului geomagnetic total (Figura 2). Designul său a fost dezvoltat pentru a reduce interferențele magnetice ale platformei de zbor, incluzând mai multe niveluri de izolare a vibrațiilor, soluții de amenajare care minimizează interferențele de la liniile de alimentare la motoarele electrice și decalajele senzorului magnetometru montate, care vizează prevenirea rotației acesteia, indiferent de flexibilitate.

Publicat online:

Figura 2. Multicopter „greu” cu magnetometru în zbor.

Figura 2. Multicopter „greu” cu magnetometru în zbor.

Magnetometrul cuantic Overhauser este utilizat în prezent ca canal magnetometric cu precizie absolută în termen de 1 nT atunci când măsoară o dată pe secundă și măsurarea frecvenței maxime 8 Hz. Acest magnetometru este realizat conform specificațiilor de proiectare care au fost dezvoltate în urma rezultatelor testului 2014-2015 pentru diferite tipuri și construcții de magnetometre. În proiectarea sa, am folosit componente hardware ale popularului magnetometru rusesc MMPOS-1 (de la Laboratorul de Magnetometrie Cuantică de la Universitatea Tehnică de Stat din Ural), care furnizează precizie metrologică a sondajului cu stații de bază magnetice răspândite.

Greutatea la decolare a unui magnetometru UAV „greu” poate ajunge până la 15 kg cu mai multe baterii LiPo de 16.000 mAh instalate. Durata zborului este de 20-30 min pe baterie. Orice greutate unitară redusă va crește timpul de zbor, dar prioritățile noastre sunt durabilitatea, mentenabilitatea și fiabilitatea. Utilizarea UAV multirotor relativ mai mare permite să zboare eficient împotriva vântului și zăpezii datorită greutății sale mari și capacității sale ridicate, și apoi permite să păstreze o traiectorie de zbor stabilă și o viteză constantă, care este necesară pentru a obține date de topografie geofizice de înaltă calitate. Eșantionul video stabil înregistrat în zbor poate fi găsit în Google Drive de la Parshin (2017). Din videoclip, puteți constata că masa și viteza semnificative ale UAV-urilor permit stabilizarea senzorului în zbor și prevenirea deplasării acestuia.

Pentru transport ușor, pachetul nostru este pliabil și poate fi așezat în geantă de transport (rucsac). Deci, doi bărbați pot transporta setul complet de echipamente (UAV, un generator de benzină, un laptop, o stație la sol, mai multe baterii și încărcătoare) și pot efectua la o distanță considerabilă de infrastructură, pe care nu ar putea trece niciun camion.

Modul manual de control al UAV înseamnă că operatorul trebuie să țină pasul manual cu altitudinea scăzută și constantă, ceea ce face supravegherea imposibilă în zonele muntoase complexe și, de asemenea, nu este permisă direct de manualul rus de explorare aeromagnetică actual. Prin urmare, într-un zbor automat, măsurătorile sunt luate în mod automat în modul automat și stocate în memorie, precum și coordonatele înregistrate prin intermediul sistemului de poziționare GNSS care acceptă GLONASS/GPS/Beidou. Scanerul LiDAR poate fi instalat ca o sarcină suplimentară pentru a obține un model de teren digital de înaltă precizie (DTM), care ulterior permite inversarea mai precisă a datelor de sondaj magnetic. Viteza de zbor variază de obicei între 7 și 10 m/s. Când bateria se descarcă, avionul se întoarce la bază pentru înlocuirea bateriei și actualizarea misiunii de zbor. Modul de funcționare continuă are nevoie de mai multe baterii LiPo și generatoare de benzină pentru reîncărcarea bateriei.

Pilotul automat necesită rezolvarea problemei creării rapide a misiunilor de zbor corecte bazate pe topografie, care este necesară pentru implementarea practică a sondajului calitativ pe suprafețe mari în relief accidentat. Draparea topografiei suprafeței la o altitudine mică posibilă maximă este aspectul cheie în dezvoltarea tehnologiei magnetometrice ca un înlocuitor potențial pentru inspecțiile la sol, deoarece intensitatea câmpului magnetic se schimbă semnificativ cu altitudinea. Deci, anomaliile foarte frecvente cauzate de obiecte geologice de dimensiuni mici se atenuează mult mai repede decât anomaliile din structurile mari. Pentru a înregistra anomalii de dimensiuni mici sau amplitudine, care sunt semnificative din punct de vedere geologic, am căutat să realizăm zboruri la altitudini de cel mult 5 m deasupra vegetației. Pentru a realiza zborul automat propus, trebuie să abordăm trei probleme principale.