КОМПЛЕКС ДЛЯ БЕСПИЛОТНОЙ АЭРОМАГНИТОРАЗВЕДКИ

Полезная модель относится к геофизике, а именно к устройствам для аэромагниторазведки, и может быть использована при поисках и разведке полезных ископаемых и геологическом картировании.
В настоящее время перспективы обнаружения месторождений полезных ископаемых зачастую связаны с исследованиями районов, характеризующихся сложными природно-ландшафтными условиями. При этом возникает проблема осуществления поисковых и разведочных работ в условиях сложно проходимого рельефа. Применение пешеходной магниторазведки, которая позволяет получать наиболее точные данные, в таких ландшафтно-морфологических условиях практически невозможно. Использование беспилотных самолетов или дирижаблей на таких объектах также невозможно, поскольку они не могут эффективно маневрировать в условиях горных районов, бороться с ветром, летать по строгой сети профилей, как это необходимо для получения кондиционных геофизических данных. Известно, что для максимального качества (точности) данных геологическая разведка должна выполняться на минимальных высотах, с учетом рельефа и растительности, измерения должны выполняться по сети геометрически правильных профилей. Известные устройства для аэромагниторазведки этого не позволяют осуществить и, следовательно, используя их, невозможно получать качественные (точные) данные. Поэтому разработка устройств, позволяющих получать точные данные, проводить качественную и при этом экономически эффективную геологическую разведку - поиск и разведку полезных ископаемых и геологическое картирование - остается актуальной задачей.
Известен беспилотный самолет «Gamma» производства ООО НПП «АВАКС-ГеоСервис» (http://uav-siberia.com/gamma, дата просмотра 22.06.2016 г.), который имеет шасси и, по данным производителя, может комплектоваться магнитометром. В данном устройстве, в качестве беспилотного летательного аппарата используется самолет с размахом крыльев около 4 метров соответственно, взлет и посадка осуществляются по самолетному типу (т.е. требуется взлетно-посадочная полоса), крейсерская скорость составляет 140 км/ч, минимальная высота полета 500 м. Его полеты на низкой высоте в условиях горных областей невозможны, он не может бороться с ветром, летать по прямоугольной сети профилей с учетом точной модели рельефа, садиться и взлетать в сложных природно-ландшафтных условиях, его стоимость (и, соответственно, закладываемый риск потери аппарата) делает нерентабельной работы стоимостью менее нескольких миллионов рублей. Комплекс не может быть использован в удаленных и труднодоступных районах, куда невозможен подъезд автотранспорта, поскольку конструкция не является портативной или полупортативной. Данный аппарат реализует режим съемки и качество данных, близких к классическим аэромагнитным методам, выполняемым с самолетов АН-2 или вертолетов МИ-8, а это недостаточно точные данные. Контрастность аномалий магнитного поля падает с увеличением высоты измерений, в связи с чем данное устройство непригодно для крупномасштабных геологических работ. Таким образом, данное устройство не позволяет качественно проводить поиски и разведку месторождений полезных ископаемых методом магниторазведки в труднодоступных районах, в условиях горного рельефа, кроме того, полученные данные недостаточно точны в связи с высокой высотой и особенностями полета (не может летать по прямоугольной сети профилей с учетом точной модели рельефа и т.д.). Также использование данного устройства дорого.
Задача, на которую направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении геологической (получение точных, качественных данных) и экономической эффективности геофизических исследований, расширении арсенала технических средств в данной области.
Данная задача решается за счет того, что конструктивные особенности предлагаемого комплекс позволяют выполнять измерения на минимально возможной в конкретных ландшафтных условиях высоте, в широком диапазоне скоростей полета от 2 до 30 км/ч и с обтеканием рельефа, что обеспечивает качество (точность, правильность) данных, сравнимое с пешеходной магниторазведкой.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый комплекс состоит из беспилотного мультироторного летательного аппарата (БПЛА) сверхлегкого класса и измерительного прибора - магнитометра, которые соединены между собой. БПЛА имеет 4-8 двигателей, оснащен стандартной для мультироторной схемы логикой (двигатели, регуляторы вращения двигателей, аккумуляторная батарея, полетный контроллер с GPS). Магнитометр прикреплен к раме БПЛА с применением виброгасящей прослойки (например, резиновых колец) и включает блок управления, состоящий из магнитоизмерительного преобразователя и контроллера управления, выносной датчик и складной подвес. Датчик соединен с блоком управления с помощью складного подвеса, обеспечивающего возможность нахождения датчика под рамой на расстоянии длины шасси БПЛА (когда аппарат находится на земле) и при его удалении на некоторое расстояние от рамы, необходимое и достаточное для минимизации влияния на измерения электромагнитных полей от работающих двигателей БПЛА (когда комплекс находится в воздухе). Необходимая для этого длина подвеса зависит от размеров БПЛА. Складной подвес выполнен из немагнитного материала, может быть жестким, телескопическим или эластичным. Датчик жестко соединен с подвесом. Также датчик соединен с блоком управления магнитометра сигнальным кабелем (проводами), который может быть совмещен (объединен) с подвесом. Контроллер управления обеспечивает возможности записи в автоматическом режиме и хранения в памяти измеренных значений магнитной индукции и времени измерения. Рама, подвес, лучи, шасси выполнены из немагнитного материала.
Таким образом, материал, конструкция и длина подвеса, особенности соединения датчика с подвесом, материалы, из которых изготовлены рама, лучи, шасси, особенности соединения рамы БПЛА и магнитометра обеспечивают минимизацию вращения и колебания датчика, а также минимизацию помех от БПЛА на измерения (данные), получаемые датчиком. Эти конструктивные особенности предлагаемого комплекса позволяют получать качественные данные (точно фиксировать аномальную составляющую магнитного поля Земли).
Кроме того, возможности предлагаемого комплекса летать на более низких высотах по геометрически правильным профилям с обтеканием рельефа (до десяти метров над землей), не менять ориентацию датчика в пространстве (комплекс может лететь любой стороной), взлетать и садиться без подготовки места, отсутствие необходимости в аэродромной инфраструктуре также дают возможность осуществлять более точную съемку, в том числе и в районах, характеризующихся сложными природно-ландшафтными условиями, и получать более качественные данные (детальность, точность, высокая плотность, позволяющая обнаруживать меньший размер аномалии), по сравнению с аэрогеофизическими комплексами на летательных аппаратах более тяжелых классов, в первую очередь, самолетного типа.
Также предлагаемый комплекс имеет более низкую стоимость как самого комплекса, так и нормо-часа его работы, по сравнению с аэрогеофизическими комплексами самолетного типа, повышенную производительность, по сравнению с комплексами для пешеходной магниторазведки, возможность выполнять съемку в условиях недостаточной проходимости рельефа, высокую экономическую эффективность за счет отсутствия необходимости в большом количестве обслуживающего персонала.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого комплекса для беспилотной аэромагниторазведки.
На фиг. 2 представлен фрагмент данных геологической съемки, где верхний профиль (1) получен с помощью предлагаемого комплекса, а нижний (2) - с помощью наземной пешеходной съемки магнитометром MMPOS.
На фиг. 3 представлены фрагмент аэрокосмической геологической карты и Х- и Z-трансформанты вектора намагниченности, отражающие объект - тело габбро (данные получены с помощью предлагаемого комплекса для беспилотной аэромагниторазведки).
Комплекс включает мультироторный (4-8 двигателей) беспилотный летательный аппарат, состоящий из рамы 1 (см. приложение к описанию заявки, фиг. 1) с лучами 2, двигателей 3 с винтами 4, регуляторов вращения двигателей 5, полетного контроллера 6 с GPS-антенной 7 (система спутникового позиционирования), и устройства для измерения геомагнитного поля - магнитометра 8, который соединен с рамой 1 с применением виброгасящей прослойки и состоит из блока управления 11, включающего магнитоизмерительный преобразователь и контроллер магнитометра, выносного датчика 9 и складного подвеса 10, который одним концом прикреплен к блоку управления 11, а к другому его концу жестко (без возможности движения, вращения) прикреплен датчик 9. Снаружи или внутри подвеса 10 проходят провода (кабель) от датчика 9 к блоку управления 11 магнитометра 8. Кроме того, сигнальный кабель может быть совмещен (объединен) с подвесом, т.е. кабель может быть подвесом (подвес - кабелем). БПЛА также имеет шасси 12 и аккумуляторную батарею 13.
Складной подвес 10 может быть жестким, телескопическим либо эластичным.
Рама с лучами, подвес, шасси выполнены из немагнитного материала (алюминий, углепластик, карбон и т.п.).
К раме (несущий каркас) 1 с лучами 2 прикреплены 4-8 двигателей 3 с воздушными винтами 4, связанные с двигателями 3 регуляторы вращения двигателей 5, полетный контроллер 6, связанный с GPS-антенной 7, шасси 12, аккумуляторная батарея 13, которая связана с двигателями 3.
Устройство работает следующим образом. Стационарно БПЛА стоит на земле на шасси 12, подвес 10 сложен и датчик 9 касается земли. Комплекс выполняет полет под управлением системы автопилотирования либо оператора. При взлете подвес 10 распрямляется и датчик 9 магнитометра 8 опускается вниз на длину подвеса 10. Во время полета в автоматическом режиме выполняется запись значений геомагнитного поля и времени их измерения в память блока управления 11 (контроллера управления) магнитометра 8, а полетный контроллер 6 осуществляет запись в память координат и времени. Сопоставление координат и времени, полученных с GPS, и времени записи точки измерения контроллера управления магнитометра позволяет пространственно привязать точку измерения.
Пример 1. Апробация предлагаемого комплекса производилась на территории Курминского района (Приольхонье, Иркутская обл.), в пределах которого известно значительное количество рудопроявлений, некоторые из которых детально исследованы в рамках НИР и геологических практик студентов Иркутского национального исследовательского технического университета. Имеется ряд модельных территорий, которые были детально исследованы методами пешеходной магниторазведки, что позволяет оценить сходимость между данными, полученными с помощью наземной магниторазведки, и данными, полученными с помощью предлагаемого комплекса для беспилотной аэромагниторазведки. На фиг. 2 приведен фрагмент данных съемки аномального магнитного поля участка «Спорный» (полет предлагаемого комплекса для аэромагниторазведки осуществлялся перпендикулярно складчатости), где верхний профиль (1) получен с помощью предлагаемого комплекса, а нижний (2) - наземная съемка (измерения dT) магнитометром MMPOS (пешеходная магниторазведка). Наблюдается высокая сходимость между данными высокоточной пешеходной съемки магнитометрами MMPOS и результатами, полученными с помощью предлагаемого комплекса.
Пример 2. На фиг. 3 приведен фрагмент аэрокосмической геологической карты Приольхонья, на которой отмечен габброидный массив А), а также рассчитанные по данным, полученным с помощью предлагаемого комплекса, трансформанты магнитного поля этого участка Б), В), которые явно указывают на присутствие объекта с выраженными магнитными свойствами, соответствующего по форме и размерам субвериткальному аномалеобразующему объекту (телу габбро).
Таким образом, предлагаемый комплекс позволяет точно фиксировать аномальную составляющую магнитного поля Земли, вызванную сколько-нибудь значимыми рудными объектами. Данный комплекс может быть использован для решения поисково-оценочных задач на рудные полезные ископаемые, а также других задач, связанных с поисками и исследованиями объектов-источников аномалий магнитного поля Земли. Предлагаемое техническое решение позволяет получать данные, близкие по качеству (точности) к данным пешеходной магниторазведки. Кроме того, использование предлагаемого комплекса позволяет значительно повысить геологическую (повышение качества данных - детальность, точность, высокая плотность, позволяющая обнаруживать меньший размер аномалии) и экономическую (снизить стоимость) эффективность беспилотной аэромагниторазведки.