专利名称：一种航空测量地磁场强度装置及方法
技术领域：
本发明属于磁法测量技术领域，具体涉及一种承载高精度测量地磁场强度的装置及方法，实现地质找矿、勘查和环境工程勘察的飞行载体。
背景技术：
目前在陆地上用地球物理方法磁法探测地下矿藏分布及解决地质问题时，一般采用航空测量和地面测量。航空测量通常用载人固定翼飞机或直升机携带测量人员和设备进行航磁测量，其具有滞空时间长、可携带大型设备、测量效率高、测网规则、信息量大的优点，在区域调查、成矿带勘查中发挥了重要作用，为区域地质构造研究、成矿预测提供了丰富资料，尤其是在找铁磁性矿藏时发挥了特别重要的作用，但对探测的地下目标体(矿体、地质构造等)而言，飞行高度越高，距目标体越远，探测目标体的能力越差。目前航磁飞行高度从几十米到几百米，飞行高度较高；空中飞行速度决定分辨测量目标体规模大小的能力，飞行速度越快，分辨能力越差，飞行速度越慢分辨能力越强，一般航磁固定翼飞机飞行速度大于^K)Km/h，即使是目前已使用的动力三角翼飞行器速度也大于70Km/h，速度较快，现有的航磁测量，由于航速快、飞行高、线距大，资料主要用于了解区域地质构造和对资源进行预测，预测结果必须依靠地面磁法的检查，才能有效利用。一般正规飞机起降需要正规机场，机动性差，同时飞机严格受民用航空、军事管制，飞行需要申请批准，手续繁琐严格，且飞行员需要专门航空驾校多年培训，同时载人航磁测量中人身安全是至关重要的问题，近年来航磁测量安全事故时有发生。地面测量即测量人员携带设备根据任务要求进行大中小比例尺的地面行进测量，实现地面高精度磁法测量，测量方法有静止定点测量和运动测量。地面高精度磁测相对航磁测量距目标体近，其测量精度高；静止定点测量时仪器测量探头速度为OKm/h，运动测量时一般速度不超过6Km/h，测量分辨率高。但地面高精度磁测工作效率低，在高寒山区、地形切割剧烈地区，如新疆西天山、西昆仑、阿尔金等地区海拔高度一般在3500—6000m，相对高差1000 m以上，地面高精度磁法测量难以有效开展，而航磁安全飞行高度大于500m，测量结果精度低、分辨率差。
发明内容
就是为了解决上述现有技术中存在的航空磁法测量探测目标体的精度低和地面高精度磁测效率低的问题，本发明的目的在于提供一种超低空、低速、高精度的航空磁测装置及方法，能很好结合航空磁测和地面磁测的优点，解决它们的缺点。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种航空测量地磁场强度装置，包括航模直升机、磁力仪和飞行控制系统，所述航模直升机包括机体、云台装置，所述磁力仪安装在所述的云台装置上，所述飞行控制系统包括机载部分和地面站部分，所述飞行控制系统机载部分安装在航模直升机机体上，所述飞行控制系统机载部分与地面站部分通过无线电连接，所述飞行控制系统机载部分将航模直升机的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪磁测数据实时传递给地面站部分，所述地面站部分根据接收到的数据对所述航模直升机飞行高度和路线进行控制，来实现所述磁力仪进行地磁场强度数据采集。优选地，所述飞行控制系统地面站通过自动或手动对所述航模直升机进行控制。一种测量地磁场强度的方法，包括以下步骤
(1)在所述地面站中设定所述航模直升机测量线路或测量点坐标，设定飞行速度
和高度；
(2)在航模直升机行进和机载的磁力仪进行测量时，飞行控制系统机载部分将航模直升机的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪磁测数据实时传递给地面站部分，所述地面站部分根据接收到的数据对所述航模直升机飞行高度和路线进行控制，保证磁力仪对地磁场强度数据的采集。优选地，所述磁力仪采用磁法运动测量或静止点测。本发明的有益效果该超低空高精度航磁测量装置具有超低空飞行高度(O-IOOOm)和低速、悬停(0-90Km/h)的飞行控制能力、低成本、高安全、运载方便，整个装置体积小，重量轻，起降无需机场及辅助设备，无需飞行员等优点，同时，该装置测量飞行高度可小于3米，测量飞行速度可为OKm/h，其飞行测量的低高度和低速度使地磁场测量数据达到的精度和分辨率，是目前固定翼飞机，包括三角翼和载人直升机航磁测量无法达到的，本系统可以替代大、中比例尺的地面高精度磁法测量，是地质找矿、勘查和环境工程勘察快速评价的有效手段，其工作精度能达到地面高精度磁测要求，而工作效率是地面高精度磁测的10倍以上。
图1为本发明中航空测量磁测装置结构示意图；图2为本发明中图1的侧视图中1航模直升机，2云台装置，3飞行控制系统机载部分，4磁力仪，5磁力仪探头。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。如题1、2所示，一种航空测量地磁场强度装置，包括航模直升机1、磁力仪4和飞行控制系统，所述航模直升机1包括机体、云台装置2，所述磁力仪4安装在所述的云台装置2上，所述飞行控制系统包括机载部分和地面站部分，所述飞行控制系统机载部分3安装在航模直升机1机体上，所述飞行控制系统机载部分3与地面站部分通过无线电连接，所述飞行控制系统机载部分3将航模直升机1的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪4磁测数据实时传递给地面站部分，所述地面站部分根据接收到的数据对所述航模直升机1飞行高度和路线进行控制，来实现所述磁力仪4进行地磁场强度数据采集。本发明中所述地面站控制系统通过自动或手动对所述航模直升机1进行控制。本发明中磁力仪探头5所处的云台装置2具有自动调平功能，以保证磁力仪探头5处于水平状态工作。一种测量地磁场强度的方法，包括以下步骤
(1)在所述地面站中设定所述航模直升机1测量线路或测量点坐标，设定飞行速度和高度；
(2)在航模直升机1的磁力仪4进行测量时，飞行控制系统机载部分3将航模直升机1的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪4磁测数据实时传递给地面站部分，所述地面站部分根据接收到的数据对所述航模直升机1飞行高度和路线进行控制，保证磁力仪4对地磁场强度数据的采集。本发明中所述磁力仪4采用磁法运动测量或静止点测。其中，航空测量地磁场强度装置在测量地磁场强度的过程中，地面站对航模直升机1飞行状态的监控部分起着重要的作用，飞行控制系统机载部分3与地面站部分通过无线电连接，地面站完成航模直升机1传感器的数据接收、显示和保存，实现了机载飞行控制系统和地面控制系统的实时通信，航模直升机1能按照预先在地面站设定的飞行航线飞行或者当航模直升机1在飞行过程中需要改变航线，只需要在地面站中进行航线的修改便可实现自主飞行、悬停，从而测量地磁场强度。另外，地面站可以通过自动或手动的方式对航模直升机1进行控制，实现自主飞行，确保直升机稳定的飞行状态及安全性、且易于操作人员操作。该磁测装置工作方法首先，在地面站中设定磁法测量线路或测量点坐标，设定飞行速度和高度，在设定的线路或点上进行磁法运动测量或静止点测。如果是静止点测，当航模直升机1到达预定点时进行悬定(速度为0 Km/h)磁测，在磁测过程中飞行控制系统机载部分3将航模直升机1的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪4磁测数据实时传递给地面站部分，地面站部分根据接收到的数据对航模直升机1飞行高度和路线进行控制，来实现磁力仪4进行地磁场强度数据采集，根据采集的地磁场强度数据分析地质及环境信息，优选地，航模直升机1的悬定高度设定为an左右，此时磁法测量工作状态与地面高精度磁法测量完全一致，所得地磁场强度与地面高精度结果一致，同时在地形等级为1-2级时测量效率是地面测量效率的10倍以上，地形等级为3级以上时测量效率是地面测量效率的20倍以上。当在设定高度ail左右进行磁法运动测量时，飞行速度较低(如20 Km/h)时仪器设定4秒测量一次，即近20m测量一个数据，此为1 :5000磁法工作比例尺点距，按正常地面高精度磁测工作进度，在地形等级为1-2级情况下20 Km的1 :5000磁法工作量要一台班两个工作日能完成，该磁测装置工作方法工作效率是地面测量的16倍以上，如果地形等级为3级以上时测量效率是地面测量效率的30倍以上，如果载荷磁力仪4低速飞行过程中每秒测量多次，在较高测量效率下，测量将获得高分辨率信息丰富的地磁场资料。当进行更小比例尺磁测时，直升机飞行高度和速度还可增大，工作效率将比地面工作效率更高，所采集地磁场信息也更丰富。综上所述，本发明中航空测量地磁场强度装置克服航空测量和地面高精度磁测的缺点，实现超低空飞行磁测精度与地面高精度磁测精度相当，用该磁测方法替代地面高精度磁测方法，以达到快速、经济、精确完成高精度磁法勘查的目的。特别在以下环境条件下，更能发挥其优势人工难以作业的大江大湖、沼泽、海滩浅海、森林、高寒山区、地形切割剧烈地区(如新疆西天山、西昆仑、阿尔金等地区海拔高度一般在3500—6000m，相对高差1000m以上，地面高精度磁法测量难以有效开展，航磁安全飞行高度大于500m，测量结果精度低、分辨率差)，以及地面干扰严重的危机矿山接替资源勘查区。飞行控制系统机载部分3中预置式GPS导航系统(空中)，GPS差分定位(地面)，可使直升机在预定路线上飞行，使测量目标无偏差。利用地面站通信系统可以将飞行器上测量的数据实时传输到地面(同时在磁力仪4主机中也存储备份)，还能由地面人员对飞行距离、测量方式进行指挥。
最后应说明的是以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种航空测量地磁场强度装置，其特征在于包括航模直升机、磁力仪和飞行控制系统，所述航模直升机包括机体、云台装置，所述磁力仪安装在所述的云台装置上，所述飞行控制系统包括机载部分和地面站部分，所述飞行控制系统机载部分安装在航模直升机机体上，所述飞行控制系统机载部分与地面站部分通过无线电连接，所述飞行控制系统机载部分将航模直升机的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪磁测数据实时传递给地面站部分，所述地面站部分根据接收到的数据对所述航模直升机飞行高度和路线进行控制，来实现所述磁力仪进行地磁场强度数据采集。
2.根据权利要求1所述的航空测量地磁场强度装置，其特征在于所述地面站部分通过自动或手动对所述航模直升机进行控制。
3.一种使用权利要求1所述的装置进行测量地磁场强度的方法，其特征在于包括以下步骤(1)在所述地面站中设定所述航模直升机测量线路或测量点坐标，设定飞行速度和高度；(2)在航模直升机的磁力仪进行测量时，飞行控制系统机载部分将航模直升机的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪磁测数据实时传递给地面站部分，所述地面站部分根据接收到的数据对所述航模直升机飞行高度和路线进行控制，保证磁力仪对地磁场强度数据的采集。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于所述磁力仪采用磁法运动测量或静止点测。
全文摘要
一种航空测量地磁场强度装置及方法，包括航模直升机、磁力仪和飞行控制系统；飞行控制系统包括机载部分和地面站部分；飞行控制系统机载部分安装在航模直升机机体上；飞行控制系统机载部分与地面站部分通过无线电连接，飞行控制系统将航模直升机的飞行状态数据、地形地貌摄像数据、磁力仪磁测数据实时传递给地面站控制系统，地面站控制系统根据接收到的以上数据对所述航模直升机飞行高度和路线进行控制，来实现所述磁力仪进行地磁场强度数据采集。该超低空高精度磁法测量装置具有超低空飞行高度和低速、悬停的飞行控制能力、低成本、高安全、运载方便，整个装置体积小，起降无需机场及辅助设备，无需飞行员等优点。
文档编号G01V3/40GK102385071SQ201110328490
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘剑, 杨镜明 申请人:刘剑, 杨镜明