DB63∕T 1933-2021 无人机航空磁测技术规范(青海省).pdf
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1、ICS 07.060 CCS D 14 备案号: DB63 青海省地方标准 DB 63/T 19332021 无人机航空磁测技术规范 2021 - 06 - 30 发布 2021 - 10 - 01 实施 青海省市场监督管理局 发 布 DB63/T 19332021 I 目 次 前言 . II 引言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 总则 . 2 5 技术设计 . 2 6 系统设备 . 7 7 野外测量工作 . 10 8 数据处理与图件编制 . 14 9 资料推断解释 . 16 10 成果报告编写与提交 . 18 附录 A (资料性) 无人机
2、航空磁测工作设计编写提纲. 20 附录 B (资料性) 无人机航空磁测记录表. 23 附录 C (规范性) 国际地磁参考场(IGRF)及地磁正常场校正. 31 参考文献 . 38 DB63/T 19332021 II 前 言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 本文件由青海省自然资源厅提出并归口。 本文件起草单位:青海省地质测绘地理信息院、青海省第三地质勘查院、北京桔灯地球物理勘探股份有限公司。 本文件主要起草人:潘彤、马立华、孟军海、殷兴青、马金忠、熊文博、李战业、黄申硕、马龙、丛晓明、陈丰田。 本文件由青海省自然资源厅监督实施
3、。 DB63/T 19332021 III 引 言 近年来无人机航空磁测已经成为航空物探领域的重要技术分支之一。该方法以无人机为搭载平台,具有高效、灵活、低风险,以及高数据准确性、低噪声水平、高空间分辨率等优点,已经在我国能源、金属与非金属矿产资源勘查等多个领域得到了广泛应用并发挥了重要作用。我国无人机航磁技术是在航空磁测技术规范(DZ/T 0142-2010)发布后才开始进入快速研究、研发与应用阶段的,为规范该方法在当前及今后一定时期内的应用, 进一步提高工作质量和应用水平, 广泛征求了能源、 地质、 水文、工程、交通、航空物探等有关高校、科研和生产部门的意见,结合青藏高原高海拔高寒特点,依
4、据目前航空磁测技术水平,编制了本标准。 DB63/T 19332021 1 无人机航空磁测技术规范 1 范围 本文件规定了无人机航空磁测的技术设计、 系统设备、 测量飞行与野外工作、 数据处理与图件编制、资料推断解释与图件编制、成果报告编写与提交等方面的技术要求。 本文件适用于基础地质调查,能源、矿产地质勘查和水文、工程、环境地质勘查中硬架安装方式的无人机航空磁测工作,其他目的的无人机航空磁测工作可参考使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中, 注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的
5、修改单)适用于本文件。 GB/T 14499 地球物理勘查技术符号 DZ/T 0071 地面高精度磁测技术规程 DZ/T 0142-2010 航空磁测技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 无人机 unmannedaerial vehicle(UAV) 由遥控设备或自备程序控制装置操纵,带任务载荷的不载人航空器。 3.2 无人机航空磁测系统UAV aeromagnetic system 以无人机为搭载平台、以航空磁力仪为测量设备的地磁场强度模量值获取系统。 3.3 无人机航空磁测 UAV aeromagnetic total field survey 使用无人机航空磁测
6、系统测量地磁场强度模量值的航空磁测。 3.4 控制站 control station 用于实现任务规划、链路控制、飞行控制、航空磁测系统控制、航迹显示、参数显示和航空磁测系统信息显示,以及记录和分发等功能的设备。设置在地面的控制站称为地面控制站。 3.5 数据链 data link 实现控制站与无人机(包括机载航空磁测设备)之间数据收发和跟踪定位的设备。控制站到无人机的上行链路传输遥控指令或数据,无人机到控制站的下行链路传输遥测数据和航空磁测系统信息。 DB63/T 19332021 2 3.6 飞行仿真 flight simulation 无人机驾驶员在地面利用仿真模拟器进行的仿真模拟测试手
7、段。 4 总则 4.1 通过开展无人机航空磁测工作获取高质量的航空磁测数据,根据岩(矿)石磁性差异并结合地质、矿产、物探、化探、钻探和遥感等资料,对航空磁测结果进行定性和定量的综合推断解释,用于基础地质调查、矿产资源勘查、油气资源调查、地质灾害调查、环境监测等方面研究。 4.2 无人机航磁测量可分为地球磁场总强度绝对值测量(T)、地球磁场相对测量(T)和地球磁场梯度测量,目前无人机航空磁测工作主要采用地球磁场总强度绝对值测量(T)。 4.3 用于航空磁测的无人机系统应配备远程测控系统,具备自主飞行能力;具备 4 级风力(8 m/s)气象条件下安全飞行的能力。 4.4 无人机航磁测量应使用灵敏度
8、优于0.01 nT 的航磁测量系统,以获取高质量的航磁测量数据。 4.5 磁探头采用硬架方式安装时应进行无人机磁场补偿,补偿精度应满足测量精度要求。 4.6 测控站架设位置应满足无人机远程测控的通视要求;飞行测量前应进行航空磁测系统静态测试、测线规划、飞行仿真、放飞检查等工作,以保证飞行安全和测量质量。 5 技术设计 5.1 资料收集与踏勘 5.1.1 资料收集与分析 编写技术设计前,应充分收集下列与工作任务有关的资料,并进行分析研究,为测区范围的确定与布置、测线规划、地面测控站和磁日变基站选址等工作提供依据,主要包括: a) 测区、 邻区或其他条件相似地区与目的任务相关的地质、 物探、 化探
9、、 遥感、 矿产勘查等资料; b) 测区地形地貌、高大障碍物分布情况、交通、气象和人文等资料; c) 测区内可用于航迹规划和飞行仿真的数字高程模型数据; d) 其他资料。 5.1.2 现场踏勘 技术设计编制前,宜前往工作区进行现场踏勘,对以下内容进行概略了解,主要包括: a) 测量区域空域管理相关部门、空中禁区、作业机场、夜航条件、无人机作业保障条件; b) 测区交通条件、测控站布置条件、气候变化及生活保障等; c) 根据已知资料了解、采集危险点坐标。 5.2 测区范围确定 5.2.1 测区选择原则 无人机航空磁测测区选择要保证其完整性,专属性矿产、油气根据特性分别选择,测区选择时应遵循以下原
10、则: a) 区域性和综合性无人机航空磁测测区,应保证构造单元和异常的完整性; b) 专属性矿产无人机航空磁测测区, 应选择在与目标矿产有关的成矿远景区带内, 应包括部分邻近典型已知矿床; c) 油气无人机航空磁测测区,应选在寻找油气资源的远景区内。 5.2.2 测区范围确定原则 无人机航空磁测测区范围的确定应根据工作任务及工作量,结合地形地貌、测控方法、通视情况等综合确定,并保持边界尽量规则,范围确定时应遵循以下原则: a) 应根据工作任务及工作量要求, 结合测区的地质、 矿产及以往的物化遥工作程度等因素综合确定; b) 测区范围应大于解决的地质任务所涉及的范围; DB63/T 1933202
11、1 3 c) 测区范围应结合地形地貌、限制飞行区域分布情况、危险点及无人机机动性能情况综合确定; d) 测区范围应结合测控方法、测控站布置、通视及覆盖情况确定; e) 测区边界应尽量规则,与相邻高精度或同精度测量的测区重复 2 条3 条测线距的宽度;测线两端应与相邻高精度或同精度测量的测区原则上重复 1 km2 km。以保证相邻测区工作成果的拼接完整性。 5.3 测区分区及分区范围 5.3.1 测线长度大于无人机系统测控半径或无人机作业半径时,可将测区合理划分为若干个分区。 5.3.2 测区地形情况差异较大时,可根据地形切割程度合理划分分区。 5.3.3 可根据一个测区的不同区段地质构造走向或
12、多数已知矿带走向的变化情况合理划分分区。 5.3.4 应根据以上分区原则统一规划分区,分区形态应尽量规则减少的角点数,以提高测量效率。 5.4 测网布置 5.4.1 测量比例尺 5.4.1.1 测量比例尺一般根据工作任务、探测对象大小、测区地形条件、无人机飞行性能、飞行高度和技术设备情况,以及经济上的合理性等因素,综合分析测量的预期效果后确定。 5.4.1.2 无人机航空磁测的测量比例尺与测量任务类型有关,其对应关系参见表 1。 5.4.1.3 根据不同测量任务要求,应综合考虑测区自然地理、地质、地球物理、无人机、测量仪器和测量方法等因素,以突出测量效果为目的,合理选择测量比例尺。 表1 测量
13、任务与比例尺对照表 测量任务 测量比例尺范围 区域性和综合性航空磁测 150000 专属性航空磁测 11000012000 以勘查油气为主的航空磁测 125000150000 5.4.2 测线间距 5.4.2.1 测线间距和测量比例尺相关,其对应的具体关系如表 2。 表2 测线间距与测量比例尺对照表 测量比例尺 测线间距(m) 12000 20 15000 50 110000 100 125000 250 150000 500 5.4.2.2 对局部成矿有利地段或有意义的地区,可加密测线测量。 5.4.2.3 局部重要目标体走向平行于主测线方向时,可加密控制线以提高异常分辨能力。 5.4.2.
14、4 根据具体条件,可分区布设不同间距的测线。无特殊情况,同一个测区不宜多于两种测量比例尺。 5.4.3 测线布置 5.4.3.1 测线方向应垂直于或基本垂直于测区内的主要地质构造走向或探测目标的总体走向。 5.4.3.2 一个测区尽量使用一个折中的测线方向。当一个测区内主要地质构造走向或勘查目标的总体走向有较大变化时,可分区设计不同方向测线。 5.4.3.3 在测区内,对局部成矿有利地段或有意义的地区,可加密测线测量。 DB63/T 19332021 4 5.4.3.4 在测区内,可根据具体条件,分区布设不同间距的测线,同一个测区不宜多于两种测量比例尺。 5.4.4 控制线布置 5.4.4.1
15、 要求布置垂直于测线方向的控制线,主要用于联系和调整测线的磁场水平,检查全测区的测量质量,研究不同走向异常的变化。 5.4.4.2 控制线宜选择在磁场相对平静和地形平缓地段,并且与测线上的离地飞行高度尽量接近。每条测线要求有两条控制线穿过。 5.4.4.3 控制线的间距应根据工作任务要求和测区自身特点制定,一般选择为测线间距的 10 倍30倍。 5.4.4.4 为起到有效的控制作用,控制线两端宜向测区外延 3 条5 条测线距。 5.4.4.5 当测区布置两组正交测线,且正交测线满足控制线使用要求时,可不专门安排控制线测量。 5.5 飞行高度 5.5.1 飞行高度应在综合分析测区测量目标、地表高
16、程数据、影像解译资料、踏勘结果及无人机的飞行性能等各种因素后通过航迹规划方法给出,经飞行仿真验证后确定。 5.5.2 在不同地形条件下,设计平均离地飞行高度时,可参照表 3。测线平均离地飞行高度的上限原则上不应超过主测线间距的/2 倍。 表3 不同地形条件下的平均飞行高度 平均飞行高度(m) 测量比例尺 平原地区 (高差100m/km) 丘陵地区 (高差200m/km) 低山区 (高差400m/km) 山区 (高差600m/km) 高山区 (高差600m/km) 110000 50100 90150 100175 125000 50125 90150 100175 150000 70140 9
17、0170 100250 150350 1100000 80170 100225 120300 180425 500700 1250000 100280 150425 200560 300950 5001000 5.5.3 在地形特别复杂的地区,如果确定能够实现预定的航空磁测目标要求,可根据地形条件、气象条件及无人机机动性能,设定不同飞行高度分区区块,按实际允许的安全高度飞行;但应在保证飞行安全的前提下,尽量降低飞行高度,同时要避免相邻架次或测线的飞行高度差别过大。 5.5.4 区域性、综合性和专属性矿产无人机航空磁测时,在保证飞行安全的前提下,应按设定的离地高度随地形起伏飞行;油气航空磁测时,
18、应按海拔高度水平飞行或按离地高度缓起伏飞行。 5.5.5 在水域上空飞行测量时,应按实际允许的安全高度平飞;高差大于 600 m 且梯度大于无人机爬升率或下滑率时,应按海拔高度缓起伏飞行。 5.5.6 当测区内地面磁性人文干扰较多时,为减少其影响,可适当抬高平均离地飞行高度,也可通过飞行试验确定合理的离地飞行高度。 5.5.7 可以根据航迹规划及飞行仿真验证结果,统计平均飞行高度和超高比例。飞行高度及超高部分应在设计书中明确规定,超高百分比不大于 1%。 5.5.8 测量离地飞行高度的测量误差应小于实际离地高度的 10%。 5.6 航高规划 5.6.1 无人机航空磁测在确定测网平面坐标后,为保
19、障飞行安全和控制飞行质量,应对飞行高度进行航迹规划。 DB63/T 19332021 5 5.6.2 无人机航空磁测航迹规划应以数字高程模型数据、危险点三维坐标和所用无人机飞控参数信息为基础,规避飞行安全隐患,实现无人机离地高度随地形起伏飞行。 5.6.3 无人机航空磁测航迹规划应保证无人机安全越障,最大限度避免人为干扰,通过航高规划使无人机能按设定高度依地形起伏飞行,航迹规划应遵循以下原则: a) 保证无人机能够安全越障, 在测线任意一点均可安全退出测线, 在通讯链路故障时能安全返航; b) 宜实现测线按设定程序和参数全自主飞行,避免人为干扰,保证无人机飞行高度可预期; c) 通过航高规划使
20、无人机能按设定高度依地形起伏飞行, 保证相邻测线飞行高度平滑过渡, 避免过大高度变化,保证测网交叉点处飞行高度的一致性; d) 保证平均飞行高度满足 5.5 的相关规定。 5.6.4 航迹规划结果应通过飞行航迹仿真软件进行评估,验证规划的可行性和正确性。 5.7 飞行速度与采样率 5.7.1 航空磁测应选择低空性能好的无人机。当测量系统的数据采样率不高时,应尽量采用低速飞行。 5.7.2 数据采集密度主要受航空磁力仪系统的带宽、采样率和测量比例尺的制约。可按式 (1) 计算最低采样率 n(次每秒): SPn. (1) 式中: 作业无人机的最大速度,单位为米每秒(m/s) ; S探测对象的最窄异
21、常宽度,单位为米(m); P要求在异常上最少采样点数(次) ,每个异常至少应由 3 个采样点组成。 无人机航空磁测选用每秒 10 次的采样率较合适。原则上,采样间距应小于或等于按测量比例尺制图时图上 1mm 代表的距离数,但最低采样率不应小于每秒 2 次。 5.8 导航定位及精度 5.8.1 导航定位方法 无人机航空磁测应使用满足定位要求的卫星导航定位系统或组合导航定位系统实现导航定位。 5.8.2 导航定位精度及偏航距 5.8.2.1 所用导航定位系统静态定位精度(均方差)应优于2m。动态定位精度根据工作比例尺按表4 设置。 表4 不同测量比例尺定位精度(均方差) 测量比例尺 定位精度(m)
22、 110000 2.0 125000 5.0 150000 10.0 5.8.2.2 导航精度以每条测线实际飞行的航迹偏离预定测线位置的距离(即偏航距)来衡量。偏航距应小于30m 或不大于 1/5 主测线线距。不同比例尺的最大偏航距规定见表 5。 表5 不同比例尺测量偏航距 测量比例尺 偏航距(m) 110000 1/3测线距 125000 80 m 150000 150 m DB63/T 19332021 6 5.8.2.3 对连续偏航大于偏航距要求,长度大于测量比例尺成图长度 10 cm 的测线,应进行补测。补测测线两端与合格测线重复长度不得少于 2km,并且补测测线两端应与控制线相交。
23、5.9 磁日变观测 5.9.1 在航空磁测中磁日变引入的误差较大,测量期间应同时进行磁日变观测。 5.9.2 采集磁日变数据并用于对航空磁测原始数据校正,确定磁场基值,监视磁暴与磁扰发生及其对航磁测量的影响。 5.9.3 当磁测均方差误差为 2 nT5 nT 时,日变站的控制范围不应大于 50 km, 海洋调查可以放宽至300 km500 km,测区较大时,应采用多个磁日变站同步观测。 5.9.4 磁日变站址应选择在磁场平静、磁梯度小、人文干扰小、地形平坦开阔地段,要求以探头为中心进行十字剖面观测,在半径 2 m 及高差 0.5 m 范围内,磁场变化不超过设计均方误差值的 1/2。探头位置和高
24、度确定后,应保持不变,探头位置与仪器主体之间的距离应大于 2 m,探头与建筑物或其它人文干扰之间的距离均应大于 30 m。 5.9.5 日变观测用磁力仪,应使用与航空磁力仪同等测量精度的磁力仪。 5.9.6 明确磁日变观测采样率、记录方式和噪声水平。日变观测最低采样率不应小于每秒 1 次。 5.9.7 提出磁日变校正方法;采用多台站磁日变测量时,应明确磁日变归算和校正方法。 5.9.8 磁暴期间,不得进行航空磁测。当进行高精度航磁测量时,磁日变记录连续出现梯度变化大于1 nT/min 时,应密切注意其变化;当连续出现梯度大于 5 nT/3 min 的非线性变化时,应停止飞行或事后补飞。 5.9
25、.9 应设定磁测仪器校正点,用于了解一天或一段工作时间内仪器性能是否正常,校正点应位于磁场梯度较小处,附近没有可移动磁性干扰物,设于观测路线上或其他便与使用的地方,并应设立标志,每次对校正点时的点位和高度尽可能一致,每个闭合单元的观测应始于校正点,终于校正点。 5.9.10 按照 5.9.4 选定的日变观测站可兼做基点使用,使用前进行 24 小时连续日变观测,了解仪器性能和短周期日变特征,可选择地磁场变化平稳段,即 2 h 内地磁场平均值变化不超过 2 nT 的时间段,求取平均值作为基站 T0值。 5.10 数据收录与内容 5.10.1 数据收录形式 无人机航空磁测数据采集以数字收录为准,应按
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