Vector aeromagnetic survey using UAV: capabilities, disadvantages and prospects

Abstract

Работа выполнена студентом 2 курса магистратуры СПбГУ по направлению “Геофизика”. Целью работы стал анализ новой методики съемки с использованием БПЛА — векторной беспилотной аэромагниторазведки. Её особенностью является измерение трех компонент магнитного поля, а не модульное измерение, как это обычно применялось ранее. Модульная съемка не позволяет восстанавливать вектор остаточного намагничения тела, что может искажать геометрию источника поля. Это особенно проявлено на участках с сильной остаточной намагниченностью. Векторная съемка в свою очередь способна решить эту проблему. Технологическое развитие и миниатюризация векторных феррозондовых магнитометров позволяет проводить векторные измерения на легком беспилотном носителе. Тем не менее, использование векторной модификации требует строгого учета положения каждого измерителя в пространстве, что усложняет методику измерений и тем самым увеличивает конечную стоимость измерений. В ходе работы проанализированы выводы исследователей прошлых лет, изучена литература по физико-математическим основам векторной и модульной съемки, продемонстрирован математический аппарат для трехмерной инверсии по модульным и векторным данным, рассмотрены достоинства и недостатки каждой из модификаций съемки. В процессе работы выделены два типа векторных магнитометров — СКВИД и феррозондовый — каждому из которых посвящено описание преимуществ и недостатков. Рассмотрены различные виды беспилотников, как популярных в практике (самолетного типа и мультикоптеры), так и экзотических типа дирижабля. Также описаны модификации крепления коптеров к беспилотникам. Личным вкладом в работу являются моделирование сред с телами простой формы и решение обратных задач по ним, а также создание программы с новой методикой восстановления положения источника поля сферы по векторному измерению вдоль профилей. Также получены модели с восстановлением источника поля по деконволюции Эйлера. В хоте анализа собственной программы восстановления источника получены выводы о сильном влиянии ориентировки остаточной намагниченности на результат восстановления. Также в ходе работы применена обратка измеренных векторных данных по тестовому участку северной Финляндии близ озера Инариярви. В ходе работы получены карты экстраполированных аномальных значений компонент поля, а также аномальные значения склонения и наклонения, что невозможно получить при модульной съемке. В ходе работы получены выводы о высокой перспективности развития технологии векторной беспилотной аэромагниторазведки, а также о ее недостатках, связанных с повышенными требованиями к геопозиционированию. Изначальные данные, предоставляемые векторной съемкой, позволяют вычленять новые параметры поля. Тем не менее, следствием становится утроение работы на стадии обработки данных.

The work was performed by a 2nd year student of the SPbU magistracy in the field of training “Geophysics”. The aim of the work was to analyze the new method of magnetic survey using UAVs - vector unmanned aeromagnetic survey. Its feature is the measurement of the three components of the magnetic field, not the Module dimension, as previously used. Module survey does not allow restoring the residual magnetization vector of the body, which can distort the geometry of the field source. This is especially manifested in areas with strong residual magnetization. Vector survey, in turn, is able to solve this problem. Technological development and miniaturization of vector fluxgate magnetometers allows vector measurements on a light UAV. Nevertheless, the use of vector modification requires strict accounting for the position of each meter in space, which complicates the measurement methodology and thereby increases the final cost of measurements. In the course of the work, the conclusions of researchers of past years were analyzed, literature on the physical and mathematical foundations of vector and module survey was studied, a mathematical apparatus for three-dimensional inversion according to module and vector data was demonstrated, and the advantages and disadvantages of each of the modifications of the shooting were considered. In the process, two types of vector magnetometers were identified - SQUID and fluxgate - each of which is devoted to a description of the advantages and disadvantages. Various types of drones are considered, both popular in practice (aircraft type and multicopter) and exotic type of airships. The modifications of fastening of copter to drones are also described. Personal contribution to the work is the modeling of media with simple form bodies and solving reverse tasks for them, as well as creating a program with a new methodology for restoring the position of the field on vector measurement along the profiles. Also obtained models with the restoration of the source by Euler deconvolution. In the same analysis of your own source restoration program, conclusions were obtained about the strong impact of orientation of residual magnetization on the result of recovery. Also, in the course of the work, a return of measured vector data was applied to the test site of Northern Finland near Lake Inariyarvi. In the course of the work, maps of extrapolated abnormal values of the field component were obtained, as well as abnormalities of declination and inclination, which cannot be obtained by module survey. In the course of the work, conclusions were obtained about the high prospects for the development of technology of vector unmanned aeromagnetic survey, as well as its deficiencies associated with increased requirements for geoposition registration. The initial data provided by vector shooting allow you to extract new field parameters. Nevertheless, the consequence is the triple of work at the data processing stage.