RU2673505C1 - Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose - Google Patents
Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose Download PDFInfo
- Publication number
- RU2673505C1 RU2673505C1 RU2017118724A RU2017118724A RU2673505C1 RU 2673505 C1 RU2673505 C1 RU 2673505C1 RU 2017118724 A RU2017118724 A RU 2017118724A RU 2017118724 A RU2017118724 A RU 2017118724A RU 2673505 C1 RU2673505 C1 RU 2673505C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- gamma
- survey
- vegetation
- flight
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/02—Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for surface logging, e.g. from aircraft
- G01V5/025—Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for surface logging, e.g. from aircraft specially adapted for use from aircraft
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизики, геохимии и дистанционных зондирований Земли и может быть использовано для геологического картирования, поисков и разведки месторождений радиоактивных, редких, цветных и благородных металлов, а также геоэкологического мониторинга.The invention relates to the field of geophysics, geochemistry and remote sensing of the Earth and can be used for geological mapping, searches and exploration of deposits of radioactive, rare, non-ferrous and noble metals, as well as geoecological monitoring.
Известны способы гамма-спектрометрической геофизической съемки на базе вертолетов, таких как Ми-8 или самолетов АН-2, АН-3, АН-26, Cessna 208В и др. (Титаева Н.А. Ядерная геохимия // Издательство Московского университета, Москва, 2000 г., 336 стр. , УДК: 550.40, ISBN: 5-211-02564-4). Способы включают измерения потоков радиоактивного излучения с помощью приборов для регистрации и определения энергии гамма-квантов - гамма-спектрометров, установленных на воздушном судне. При этом в связи с высокими скоростями движения самолетов и вертолетов и большими высотами полета в составе авиационных гамма-спектрометров применяются значительные по объему и массе детекторы гамма-излучения в десятки и сотни литров объема. Недостатки данных способов общеизвестны (Титаева Н.А. Ядерная геохимия // Издательство Московского университета, Москва, 2000 г., 336 стр., УДК: 550.40, ISBN: 5-211-02564-4), наиболее эффективно применение традиционных аэрогаммаспектрометрических методов на территориях, характеризующихся сглаженными формами рельефа, сухим климатом, широкими ореолами рассеяния урана. В районах с плохой обнаженностью коренных горных пород, густым лесным покровом, а также в горных районах с сильно расчлененным рельефом традиционные аэрогаммаспектрометрические методы недостаточно эффективны (неKnown methods for gamma-spectrometric geophysical surveys based on helicopters such as Mi-8 or AN-2, AN-3, AN-26, Cessna 208V and others (Titaeva N.A. Nuclear geochemistry // Moscow University Press, Moscow , 2000, 336 pp., UDC: 550.40, ISBN: 5-211-02564-4). The methods include measuring the radiation flux using instruments for recording and determining the energy of gamma rays - gamma spectrometers mounted on an aircraft. Moreover, due to the high speeds of aircraft and helicopters and high flight altitudes, gamma-ray detectors of significant tens and hundreds of liters of volume are used as part of aviation gamma spectrometers. The disadvantages of these methods are well known (Titaeva N.A. Nuclear geochemistry // Publishing house of Moscow University, Moscow, 2000, 336 pp., UDC: 550.40, ISBN: 5-211-02564-4), the most effective use of traditional airborne gamma spectrometric methods territories characterized by smoothed landforms, a dry climate, wide halos of uranium dispersion. In areas with poor exposure of bedrock, dense forest cover, as well as in mountainous areas with a strongly dissected relief, traditional airborne gamma spectrometric methods are not effective enough (not
обеспечивают точного обнаружения и картирования всех аномалий, что определяет эффективность решения геологических задач, характеризуются высокими рисками для экипажа и финансовыми затратами) по следующим причинам: растительность вносит искажения в гамма-поле поверхности земли, поскольку проницаемость воздуха и биомассы растительности различна; в горных районах всегда существует опасность полетов, кроме того в этих условиях невозможно соблюдать постоянство высоты полетов, а это приводит к дополнительным погрешностям, поскольку гамма-поле затухает с высотой; в связи с высокой скоростью движения и необходимостью осреднения данных возникают как пропуски аномалий от небольших объектов, так и ложные аномалии; обычные самолеты и вертолеты, такие как Ан-2, при аэрогамммаспектрометрической съемке летают на высотах 50-75 метров, где гамма-поле уже ослаблено на величину до 25 раз и аномалии от небольших объектов уже затухли на региональном фоне; в традиционных методах невозможно произвести зависание летательного аппарата для накопления спектра гамма-излучения в точке, в горных районах съемка ведется не по регулярной сети, покрывающей всю территорию с заданным шагом между точками измерения, а по криволинейным маршрутам, проходящим по горизонталям рельефа. В связи с этим традиционный метод в первую очередь подходит для региональных работ, но не для детальных съемок и разведки полезных ископаемых в условиях сложного рельефа. Кроме того, для работы самолета или вертолета необходимы специально оборудованные взлетно-посадочные полосы, которых в непосредственной близости от места выполнения съемки может не оказаться. Использование для этих целей удаленных взлетно-посадочных полос вызывает непроизводительные затраты летного времени и тем самым ведет к значительному удорожанию аэрогаммаспектрометрических работ. В связи с этим (вышеизложенным), разработка новых иусовершенствование существующих способов аэрогаммаспектрометрической съемки геологического назначения остается актуальной задачей.provide accurate detection and mapping of all anomalies, which determines the effectiveness of solving geological problems, are characterized by high risks for the crew and financial costs) for the following reasons: vegetation introduces distortions in the gamma field of the earth's surface, since the permeability of air and vegetation biomass is different; in mountainous areas, there is always a danger of flying, in addition, under these conditions it is impossible to maintain a constant flight altitude, and this leads to additional errors, since the gamma field decays with height; due to the high speed of movement and the need for data averaging, both omissions of anomalies from small objects and false anomalies arise; conventional airplanes and helicopters, such as the An-2, fly aerial gamma-ray spectrometric surveys at heights of 50-75 meters, where the gamma-field is already attenuated by up to 25 times and anomalies from small objects have already died out against a regional background; in traditional methods, it is impossible to freeze an aircraft to accumulate the gamma-ray spectrum at a point; in mountainous areas, surveying is not carried out over a regular network covering the entire territory with a given step between measurement points, but along curvilinear routes passing along the horizontal terrain. In this regard, the traditional method is primarily suitable for regional work, but not for detailed surveys and mineral exploration in difficult terrain. In addition, for the operation of an airplane or helicopter, specially equipped runways are required, which may not be in the immediate vicinity of the shooting location. The use of remote runways for these purposes causes unproductive expenses of flight time and thereby leads to a significant increase in the cost of airborne gamma spectrometric operations. In this regard (as stated above), the development of new and improvement of the existing methods of airborne gamma spectrometric survey of geological purpose remains an urgent task.
Известен способ аэрогаммаспектрометрической съемки для мониторинга радиационной обстановки, который включает установку гамма-спектрометра на беспилотный бензиновый вертолет Yamaha R1 (Yukihisa Sanada, Tatsuo Torii. Aerial radiation monitoring around the Fukushima Daiichi nuclear power plant using an unmanned helicopter. Journal of Environmental Radioactivity 139, 2015. P. 294-299). Такой способ аэрогаммаспектрометрической съемки использовался японскими специалистами при мониторинге радиационной обстановки на АЭС Фукусима. Однако этот комплекс не позволяет осуществлять аэрогаммаспектрометрическую съемку геологического назначения (т.к. примененный японскими специалистами детектор способен фиксировать только узкий спектр одного изотопа высокоэнергетического искусственного гамма-излучения).A known airborne gamma spectrometric survey method for monitoring the radiation environment, which includes installing a gamma spectrometer on a Yamaha R1 unmanned gas helicopter (Yukihisa Sanada, Tatsuo Torii. Aerial radiation monitoring around the Fukushima Daiichi nuclear power plant using an unmanned helicopter. Journal of Environmental Radioactivity 139, 2015 P. 294-299). This method of airborne gamma-ray spectrometry was used by Japanese specialists in monitoring the radiation situation at Fukushima nuclear power plants. However, this complex does not allow airborne gamma-ray spectrometric survey of geological purpose (since the detector used by Japanese specialists is capable of recording only a narrow spectrum of one isotope of high-energy artificial gamma radiation).
Известен способ аэрогаммаспектрометрической съемки для оценки радиационного загрязнения, в частности зоны Чернобыльской АЭС (Забулонов Ю.Л., Буртняк В.М., Золкин И.О. Аэрогаммаспектрометрическое обследование в Чернобыльской зоне отчуждения на базе БПЛА типа октокоптер // Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ) No5(99), 2015. С. 163-167). При осуществлении этого способа применен гамма-спектрометр, фиксирующий одну энергетическую линию гамма-излучения - цезия 137 с возможностью пересчета в единицы эквивалентной дозы, который установлен на мультироторном БПЛА. Однако данный способ невозможно использовать в сколько-нибудь сложных природно-ландшафтных условиях, для решения геологических задач и при съемке сколько-нибудь значимых по площади или удаленных площадей, поскольку онThere is a method of airborne gamma spectrometric survey to assess radiation pollution, in particular of the Chernobyl NPP zone (Zabulonov Yu.L., Burtnyak V.M., Zolkin I.O. Airborne gamma spectrometric examination in the Chernobyl exclusion zone based on an octocopter UAV // Questions of atomic science and technology (VANT) No5 (99), 2015.S. 163-167). When implementing this method, a gamma spectrometer was used to fix one energy line of gamma radiation - cesium 137 with the possibility of conversion into units of the equivalent dose, which is installed on a multi-rotor UAV. However, this method cannot be used in any difficult natural landscape conditions, for solving geological problems and when shooting any area that is significant in area or remote areas, since
характеризуется следующими недостатками применительно к решению геологических задач:characterized by the following disadvantages in relation to the solution of geological problems:
1) Фиксация геологически не значимого изотопа.1) Fixation of a geologically insignificant isotope.
2) В методике съемке отсутствует этап подготовки цифровой модели местности и подготовка полетного задания в соответствии с ней (только полеты по прямым). Маршруты съемки не имеют топологически правильного характера, профили разных полетов не параллельны друг другу, поскольку точки устанавливаются визуально, в результате съемка не закрывает площадь исследований регулярной сетью измерений, как этого требует съемка геологического назначения. В связи с этим авторы пытались программно интерполировать нерегулярные данные на искомую регулярную сеть, что для кондиционной съемки геологического назначения методически недопустимо.2) There is no stage in the preparation of the digital terrain model and preparation of the flight task in accordance with it (only direct flights). The survey routes are not topologically correct, the profiles of different flights are not parallel to each other, since the points are set visually, as a result, the survey does not cover the study area with a regular network of measurements, as required by geological surveying. In this regard, the authors tried to programmatically interpolate irregular data onto the desired regular network, which is methodologically unacceptable for airborne geological surveys.
3) Малое время полета аппарата - десять минут полетного времени (причем в условиях ровной территории), что не позволяет выполнять геологическую съемку в реальных условиях как по экономическим, так и по методическим причинам. Также малое время полета исключает возможность зависания для более точного измерения спектра (что несущественно для технологии геоэкологического назначения, поскольку нет необходимости в важнейшей позиции геологической съемки - расчете изотопных соотношений, измеряется всего один изотоп).3) The small flight time of the device is ten minutes of flight time (moreover, in a flat area), which does not allow for geological surveying in real conditions for both economic and methodological reasons. Also, the short flight time excludes the possibility of hovering for a more accurate measurement of the spectrum (which is not essential for the technology of geoecological purpose, since there is no need for the most important position of geological survey - the calculation of isotopic ratios, only one isotope is measured).
4) Указано, что на результат измерений существенно повлияла неоднородность биомассы растительности, причем учесть ее влияние авторам статьи не удалось.4) It is indicated that the heterogeneous biomass of vegetation significantly affected the measurement result, and the authors of the article failed to take its influence into account.
Известен способ аэрогаммаспектрометрической съемки, включающий измерение потока радиоактивного излучения с помощью основного и дополнительного детекторов, установленных на воздушном судне, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительное измерение производят сA known method of airborne gamma spectrometric survey, including measuring the radiation flux using the primary and secondary detectors mounted on an aircraft, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurements, an additional measurement is performed with
помощью незаэкранированного детектора в точке, расположенной по вертикали на высоте, отличной от высоты основного детектора на фиксированном расстоянии, и определяют величину поправки за атмосферный радон по формуле (АС №854166, опубл. 10.01.2000, Бюл. №1). Способ включает измерения потоков радиоактивного излучения с помощью детекторов, установленных на воздушном судне. Для реализации этого метода используют устройство, устанавливаемое на борту воздушного судна, состоящее из блока детектирования гамма-излучения, амплитудного анализатора, вычислительного блока и регистратора. Блок детектирования состоит из основного и дополнительного детекторов, что позволяет измерить интенсивность гамма-излучения на различных расстояниях от поверхности Земли и с учетом принятой математической модели при помощи счетно-решающего устройства измерить концентрацию радионуклидов в горных породах. Однако данный способ имеет недостатки, характерные для традиционных аэрогаммаспектрометрических методов: высокая скорость полета, большая высота полета, невозможность зависания, сложность в выдерживании постоянной высоты полета, невозможность внесения поправок за биомассу растительности, что снижает эффективность съемки (т.е. точность и правильности измерений величины гамма-поля); зависимость от инфраструктуры, риск для экипажа в условиях сильно пересеченного рельефа, экономическая неэффективность при исследовании отдельных лицензионных участков в связи со значительными затратами на летные часы большой авиации и высокой стоимостью мобилизации.using an unshielded detector at a point located vertically at a height different from the height of the main detector at a fixed distance, and determine the magnitude of the correction for atmospheric radon by the formula (AS No. 854166, publ. 10.01.2000, Bull. No. 1). The method includes measuring the radiation flux using detectors mounted on an aircraft. To implement this method, use is made of a device installed on board an aircraft, consisting of a gamma radiation detection unit, an amplitude analyzer, a computing unit, and a recorder. The detection unit consists of the main and additional detectors, which allows you to measure the intensity of gamma radiation at various distances from the Earth’s surface and, taking into account the accepted mathematical model, measure the concentration of radionuclides in rocks using a calculating-decisive device. However, this method has disadvantages characteristic of traditional airborne gamma-spectrometric methods: high flight speed, high flight altitude, impossibility of hovering, difficulty in maintaining a constant flight altitude, inability to make corrections for the biomass of vegetation, which reduces the efficiency of shooting (i.e., accuracy and accuracy of measurements gamma field magnitude); Dependence on infrastructure, risk for the crew in conditions of very rugged terrain, economic inefficiency in the study of individual license areas due to the significant costs of flight hours of large aviation and the high cost of mobilization.
Таким образом, задача состоит в разработке способа получения гамма-спектрометрических данных геологического назначения, повышении эффективности (точности и правильности измерений величины гамма-поля, расширении диапазона условий применения)Thus, the task is to develop a method for obtaining gamma-spectrometric data for geological purposes, increase efficiency (accuracy and accuracy of measurements of gamma-field magnitude, expanding the range of application conditions)
аэрогаммаспектрометрической съемки на площадях, в том числе со сложной проходимостью рельефа.airborne gamma spectrometric surveys on areas, including those with difficult terrain patency.
Техническим результатом изобретения является повышение точности, детальности, информативности и достоверности аэргаммаспектрометрической съемки (получение детальных данных, отражающих структуру гамма-поля, создаваемого горными породами и рудами близ поверхности земли), сокращение затрат на выполнение гамма-спектрометрической съемки.The technical result of the invention is to increase the accuracy, detail, information and reliability of airgamm spectrometric surveys (obtaining detailed data reflecting the structure of the gamma field created by rocks and ores near the surface of the earth), reducing the cost of performing gamma spectrometric surveys.
Технический результат достигается тем, что производятся измерения потока радиоактивного излучения по линиям U, Th, K40, а также интегральной интенсивности гамма-излучения (радиометрический канал) с помощью детектора (гамма-спектрометра), который установлен на беспилотном летательном аппарате (БПЛА), при этом съемка производится при движении БПЛА на автопилоте по предварительно подготовленному и соответствующему постоянной высоте над рельефом (от 3 метров) полетному заданию, скорость движения БПЛА может изменяться от 0 (для набора гамма-спектра с большей экспозицией) до 20 м/с, измерения гамма-поля производятся непрерывно в автоматическом режиме, и сопровождаются мультиспектральной съемкой, обеспечивающей вычисление характеристик биомассы растительности для последующего внесения соответствующей поправки в значения гамма-поля. Вместо мультиспектрального фотоаппарата можно использовать лидарный (лазерный) сканер. Также оценку биомассы растительности можно осуществлять по внешним источникам мультиспектральной информации (космические дистанционные зондирования или съемка с другого летательного аппарата), соответствующим моменту выполнения съемки.The technical result is achieved by measuring the radiation flux along the lines U, Th, K 40 , as well as the integrated intensity of gamma radiation (radiometric channel) using a detector (gamma spectrometer), which is installed on an unmanned aerial vehicle (UAV), while shooting is performed when the UAV moves on autopilot according to a previously prepared and corresponding constant altitude flight over the terrain (from 3 meters), the UAV speed can vary from 0 (for a gamma spec ktra with a higher exposure) up to 20 m / s, gamma-field measurements are made continuously in automatic mode, and are accompanied by a multispectral survey, which provides calculation of the biomass characteristics of vegetation for the subsequent introduction of the corresponding correction into the gamma-field values. Instead of a multispectral camera, you can use a lidar (laser) scanner. Also, the biomass of vegetation can be estimated using external sources of multispectral information (space remote sensing or surveying from another aircraft) corresponding to the moment the survey was completed.
Пространственная привязка точек измерений осуществляется средствами спутниковой навигационной системы. Данные измерений в интегральном канале («счеты») передаются по радиоканалу на наземную станциюThe spatial reference of the measurement points is carried out by means of a satellite navigation system. Measurement data in the integrated channel (“abacus”) is transmitted over the air to the ground station
оператора вместе с данными телеметрии, в результате чего при обнаружении аномалии оператор имеет возможность на время остановить полет БПЛА («зависнуть») для накопления спектров в точке и точного расчета изотопных отношений и концентраций U, Th, K40. Для повышения точности полета и пространственной привязки измерений применяется система RTK (кинематики реального времени).operator along with telemetry data, as a result of which, when an anomaly is detected, the operator has the opportunity to temporarily stop the UAV flight (“hover”) to accumulate spectra at a point and accurately calculate isotopic ratios and concentrations of U, Th, K 40 . To improve flight accuracy and spatial reference measurements used RTK system (real-time kinematics).
Гамма-спектрометр оснащен детектором из CsI, или из NaI, или из сцинтелляционной пластмассы, или германия, или кремния.The gamma spectrometer is equipped with a detector from CsI, or from NaI, or from scintellation plastic, or germanium, or silicon.
В настоящее время нет способов аэрогаммаспектрометрической съемки геологического назначения, при которой бы использовался мультироторный БПЛА (или гамма-спектрометр был бы прикреплен к мультироторному БПЛА), при этом съемку осуществляли (полеты производили) по заранее созданному и согласованному с рельефом местности полетному заданию, измерения выполняли по энергетическим линиям всех геологически значимых изотопов, была бы реализована возможность зависания для накопления спектра, реализованы методы внесения поправки «за растительность» в данные измерений, повышена точность позиционирования БПЛА.At present, there are no methods for airborne gamma-spectrometric surveying of geological purpose that would use a multi-rotor UAV (or a gamma-spectrometer would be attached to a multi-rotor UAV), while the survey was carried out (flights were made) according to a flight task previously created and coordinated with the terrain, measurements were performed along the energy lines of all geologically significant isotopes, the possibility of hovering for spectrum accumulation would be realized, the methods of amending “for the plant” would be implemented spine "in the measurement data, enhanced positioning accuracy of the UAV.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».Thus, the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."
Проведенный анализ патентной и научно-технической литературы показал, что предлагаемый способ отличается не только от прототипа, но и от других решений в данной и смежных областях. Так автором не найдены способы гамма-спектрометрической съемки геологического назначения, которые включали бы предлагаемые режимы. А именно предлагаемые режимы позволяют достичь заявленный технический результат - повысить точность, правильность, информативность и достоверность съемки, сократить затраты на выполнение гамма-спектрометрической съемки. Так, применение БПЛА, на который крепится гамма-спектрометр, обеспечивает наилучшую точностьThe analysis of patent and scientific and technical literature showed that the proposed method differs not only from the prototype, but also from other solutions in this and related fields. So the author did not find methods for gamma-spectrometric surveying of geological purpose, which would include the proposed modes. Namely, the proposed modes make it possible to achieve the claimed technical result - to increase the accuracy, correctness, information content and reliability of the survey, reduce the cost of performing gamma-ray spectrometric surveys. Thus, the use of UAVs, on which a gamma spectrometer is mounted, provides the best accuracy
пилотирования в условиях сложного рельефа, возможность вертикально взлетать и садиться с небольших площадок, возможность складывания для переноски, небольшую собственную массу и значительную массу полезной нагрузки, что снижает затраты на мобилизацию и логистику, упрощает применение разработанного способа в удаленных от инфраструктуры районах по сравнению с традиционными аэрогаммаметодами. Кроме того, беспилотный летательный аппарат эффективно борется с ветром, что обеспечивает получение данных по геометрически правильным сетям даже в неблагоприятных погодных условиях.piloting in difficult terrain, the ability to take off and land vertically from small sites, the possibility of folding for carrying, a small net weight and a significant payload mass, which reduces mobilization and logistics costs, simplifies the application of the developed method in areas remote from the infrastructure compared to traditional aerogammametodami. In addition, the unmanned aerial vehicle effectively fights with the wind, which ensures the receipt of data on geometrically correct networks even in adverse weather conditions.
Использованный в предлагаемом способе спектрометрический измерительный модуль (гамма-спектрометр) обеспечивает регистрацию по линиям U (по Ra), Th, K40 и интегральную интенсивность гамма-излучения (радиометрический режим - счет гамма-квантов, попадающих на детектор в единицу времени, интервал осреднения устанавливается оператором). Спектр пишется непрерывно и может быть разделен на части и проанализирован на этапе постобработки. Спектрометр присоединен к раме БПЛА с использованием виброразвязывающих устройств (например, резиновые кольца, эластичные прокладки и т.п.), что позволяет уменьшить вибрационные помехи и повысить точность измерений.The spectrometric measuring module (gamma spectrometer) used in the proposed method provides registration along the lines U (along Ra), Th, K 40 and the integrated intensity of gamma radiation (radiometric mode - counting gamma rays incident on the detector per unit time, averaging interval set by the operator). The spectrum is written continuously and can be divided into parts and analyzed at the post-processing stage. The spectrometer is attached to the UAV frame using vibration isolating devices (for example, rubber rings, elastic gaskets, etc.), which allows to reduce vibration interference and improve measurement accuracy.
При выполнении съемки по предлагаемому способу используется мультироторный БПЛА, который имеет возможность по команде оператора со станции управления через радиомодем или в соответствии с полетным заданием зависнуть на точке измерений для накопления спектра, как это делается при наземной съемке (наиболее точной), где оператор останавливается на каждой точке спектрометрических измерений. Важной проблемой аэрогаммаспектрометрической съемки является необходимость длительных измерений на одной точке для точного измерения концентраций каждого изучаемого изотопа.When performing a survey using the proposed method, a multi-rotor UAV is used, which, upon command of an operator from a control station through a radio modem or in accordance with a flight task, can hover at the measurement point for spectrum accumulation, as is done with ground-based survey (the most accurate), where the operator stops at each point of spectrometric measurements. An important problem of airborne gamma-ray spectrometric surveying is the need for long-term measurements at one point to accurately measure the concentrations of each studied isotope.
Классические аэрометоды не имеют такой возможности и статистическая представительность съемки обеспечивается большой массой и объемом детектора.Classical aerial methods do not have such an opportunity and the statistical representativeness of the survey is ensured by the large mass and volume of the detector.
Предлагаемый способ включает предварительное построение цифровой модели местности и создание на ее основе полетных заданий, включающих не только угловые точки маршрутов, полет между которыми выполняется по прямой, а состоящих из большого массива точек с указанными для каждой точки высотами и режимом прохождения, что позволяет выполнять полет и измерения на постоянной высоте над рельефом даже в условиях сильно пересеченной местности, что, как было указано, является проблемой для классических АГСМ-методов.The proposed method includes the preliminary construction of a digital terrain model and the creation on its basis of flight tasks, including not only the corner points of the routes, the flight between which is carried out in a straight line, but consisting of a large array of points with the heights indicated for each point and the flight mode, which allows you to fly and measurements at a constant height above the relief, even in conditions of very rough terrain, which, as was indicated, is a problem for classical AGSM methods.
Мультироторный БПЛА обеспечивает широкий диапазон скоростей и высот полета в зависимости от задачи и масштаба съемки. При этом скорость полета БПЛА в любом случае в разы выше скорости оператора при выполнении наземной съемки, особенно в условиях сложного рельефа, что повышает производительность по сравнению с традиционной наземной съемкой. Традиционная аэросъемка в горных районах ведется криволинейными маршрутами по горизонталям рельефа, в связи с чем, в принципе, не позволяет получать регулярные данные высокой детальности.The multi-rotor UAV provides a wide range of flight speeds and altitudes depending on the task and the shooting scale. In this case, the UAV flight speed in any case is several times higher than the operator’s speed when performing ground surveys, especially in difficult terrain, which increases productivity compared to traditional ground surveys. Traditional aerial photography in mountainous areas is carried out by curved routes along the horizontal terrain, and therefore, in principle, it does not allow obtaining regular high-detail data.
БПЛА также оснащен мультиспектральной камерой, позволяющей выполнять съемку в диапазонах электромагнитного спектра, обеспечивающих расчет индексов для оценки биомассы растительности. Вместо мультиспектрального фотоаппарата может быть использован лазерный (HDAR) сканер или данные спутниковой мультиспектральной съемки на соответствующий период времени. Учет биомассы растительности позволяет внести поправку за поглощение ей гамма-излучения для каждой точки измерений, что существенно повышает точность съемки по сравнению с известными методами, в которых этаThe UAV is also equipped with a multispectral camera that allows you to shoot in the ranges of the electromagnetic spectrum, providing the calculation of indices for assessing the biomass of vegetation. Instead of a multispectral camera, a laser (HDAR) scanner or satellite multispectral imaging data for an appropriate period of time can be used. Accounting for the biomass of vegetation allows you to make a correction for the absorption of gamma radiation for each measurement point, which significantly increases the accuracy of the survey compared to known methods in which this
проблема принципиально не решена, и, в совокупности с низкой высотой измерений в первые метры или десятки метров, приблизить точность измерений к наземной.the problem has not been fundamentally resolved, and, combined with the low measurement height of a few meters or tens of meters, bring the measurement accuracy closer to ground.
Кроме того, для выполнения крупномасштабных съемок возможно применения системы RTK (кинематики реального времени), обеспечивающей точность выполнения полетного задания БПЛА в первые сантиметры в плане и по высоте.In addition, to carry out large-scale surveys, it is possible to use the RTK system (real-time kinematics), which ensures the accuracy of the UAV flight mission in the first centimeters in plan and in height.
Предлагаемый способ может быть использован при выполнении поисковых, оценочных, разведочных и научно-исследовательских геологических работ, при геологическом картировании, геоэкологическом мониторинге.The proposed method can be used when performing prospecting, evaluating, exploration and research geological works, with geological mapping, geoecological monitoring.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».Thus, the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".
Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:
1. Выполняется подготовка географически привязанной цифровой модели изучаемой местности средствами любых информационных технологий на основе картографической информации, соответствующей выполняемой аэрогаммаспектрометрической съемке по масштабу.1. The preparation of a geographically attached digital model of the study area is carried out using any information technology based on cartographic information corresponding to the performed gamma-spectrometric survey in scale.
2. Средствами геоинформационных технологий, или специального программного обеспечения, совместимого с полетным контроллером БПЛА, осуществляется подготовка полетного задания, представляющего особой массив точек, находящихся на постоянной высоте над землей, с установленными режимами и скоростями прохождения БПЛА каждой точки. Точки полетного задания формируют регулярную сеть профилей и пикетов съемки.2. By means of geographic information technologies, or special software compatible with the UAV flight controller, a flight task is prepared, which represents a special array of points located at a constant height above the ground, with established modes and UAV passage speeds of each point. Flight mission points form a regular network of survey profiles and pickets.
3. Производится аэрогаммаспектрометрическая съемка: полетное задание загружается в полетный контроллер БПЛА и под его управлением БПЛА осуществляет взлет и движение на автопилоте.3. Airborne gamma-spectrometric survey is performed: the flight mission is loaded into the UAV flight controller and under its control the UAV takes off and moves on autopilot.
Измерения, установленным на БПЛА гамма-спектрометром, производятся непрерывно в автоматическом режиме. Запись спектра излучений каждого изотопа производится постоянно. Время осреднения счетов в интегральном канале устанавливает оператор по результатам опытно-методических работ на каждом объекте в зависимости от геологической ситуации и скорости полета. Данные интегрального канала (счеты) передаются по радиоканалу на наземную станцию оператора, который имеет возможность следить за интенсивностью гамма-излучения. При обнаружении значительных изменений оператор по радиоканалу передает БПЛА команду остановиться (зависнуть) на 0.5-2 минуты, в результате чего производится накопление более статистически представительного спектра гамма-излучения в данной точке, что в дальнейшем позволяет более точно вычислить соотношения изотопов U/Th, Th/K40 и т.п. и более обоснованно геологически интерпретировать результаты съемки (установить природу аномалии). После завершения полетного задания БПЛА возвращается на автопилоте на точку взлета. Оператор имеет возможность в любой момент забрать управление на себя и при необходимости выполнить часть маршрута или маневр вручную.The measurements installed on the UAV with a gamma spectrometer are made continuously in automatic mode. The emission spectrum of each isotope is recorded continuously. The time for averaging accounts in the integrated channel is set by the operator based on the results of experimental and methodological work at each object, depending on the geological situation and flight speed. Integral channel data (scores) are transmitted over the air to an operator’s ground station, which has the ability to monitor gamma radiation intensity. If significant changes are detected, the operator sends the UAV a command to stop (hover) for 0.5-2 minutes via the radio channel, as a result of which a more statistically representative gamma-ray spectrum is accumulated at this point, which later makes it possible to more accurately calculate the ratios of isotopes U / Th, Th / K 40 , etc. and more reasonably geologically interpret the survey results (establish the nature of the anomaly). After completing the flight mission, the UAV returns on autopilot to the take-off point. The operator has the opportunity at any time to take control over himself and, if necessary, perform part of the route or maneuver manually.
4. Параллельно с гамма-спектрометрическим измерениями в автоматическом режиме непрерывно или через равные интервалы времени производится мультиспектральная фотографическая или лазерная (лидарная) съемка поверхности, покрывающая весь участок съемки. Мультиспектральная съемка ведется в ближнем инфракрасном, красном, при необходимости синем и "red edge" каналах электромагнитного излучения, как наиболее подходящих для вычисления биомассы растительности.4. In parallel with gamma-spectrometric measurements in automatic mode, continuously or at equal time intervals, a multispectral photographic or laser (lidar) survey of the surface is carried out, covering the entire survey area. Multispectral shooting is carried out in the near infrared, red, if necessary blue and "red edge" channels of electromagnetic radiation, as the most suitable for calculating the biomass of vegetation.
5. Мультиспектральная съемка может не производиться, если на период аэрогаммасъемки имеются мультиспектральные спутниковые или аэроданные по тем же каналам и с необходимым пространственным5. Multispectral survey may not be performed if for the period of aerial surveys there are multispectral satellite or aerodata via the same channels and with the necessary spatial
разрешением (зависящим от масштаба аэрогаммаспектрометрической съемки).resolution (depending on the scale of the airborne gamma spectrometric survey).
6. Производится импорт измеренных данных из памяти гамма-спектрометра и их обработка, внесение обычных поправок за высоту полета и остаточный фон.6. The measured data are imported from the gamma spectrometer memory and processed, the usual corrections are made for the flight altitude and residual background.
7. На основе мультиспектральных данных по известным методикам (например, NDVI - Вегетационные индексы // http://gis-lab.info/qa/vi.himl доступ на 10.05.17) вычисляется индекс биомассы растительности для каждой точки изучаемой территории. В соответствии с построенной картой распределения биомассы растительности, пропорционально биомассе в каждую точку измерений вносится поправка за разницу в прохождении гамма-излучения через растительность и воздух, что позволяет скомпенсировать влияние растительности и привести результаты измерений к большей сходимости с близповерхностными (наземными) измерениями гамма-поля.7. Based on multispectral data using known methods (for example, NDVI - Vegetation Indices // http://gis-lab.info/qa/vi.himl access on 05/10/17), the vegetation biomass index for each point of the study area is calculated. In accordance with the constructed biomass distribution map of vegetation, in proportion to the biomass, a correction is made at each measurement point for the difference in the passage of gamma radiation through vegetation and air, which allows you to compensate for the effect of vegetation and bring the measurement results to a greater convergence with near-surface (ground) gamma-field measurements .
8. Биомасса растительности также может быть напрямую оценена по результатам лазерной (лидарной) съемки (Тайга под присмотром лидара // https://scfh.ru/papers/tayga-pod-prismotrom-lidara/?sphrase_id=1151984 доступ на 10.05.2017).8. The biomass of vegetation can also be directly estimated by the results of laser (lidar) surveys (Taiga under the supervision of a lidar // https://scfh.ru/papers/tayga-pod-prismotrom-lidara/?sphrase_id=1151984 access on 05/10/2017 )
9. Производится картирование распределения измеренных величин (интегральной интенсивности гамма-излучения и содержаний каждого изотопа) и их рассчитанных трансформант (изотопные соотношения).9. The distribution of the measured values (the integrated intensity of gamma radiation and the contents of each isotope) and their calculated transformants (isotopic ratios) are mapped.
Пример 1. Предлагаемый способ был использован при проведении аэрогаммаспектрометрической съемки геологического назначения.Example 1. The proposed method was used when conducting airborne gamma spectrometric survey of geological purpose.
На фиг. 1 (см приложение к описанию заявки) представлены результаты гамма-спектрометрической съемки (а) - предлагаемым способом и (б) - пешеходной съемки наиболее распространенным в отечественной геологической практике поисковым радиометром СРП-68, который измеряет суммарную интенсивность гамма-поля (соответствуетIn FIG. 1 (see the appendix to the description of the application) presents the results of gamma-spectrometric surveys (a) - by the proposed method and (b) - pedestrian surveys of the most common search radiometer SRP-68 in domestic geological practice, which measures the total gamma field intensity (corresponds to
интегральному каналу разработанного комплекса). Из рисунков следует, что измеренная характеристика гамма-поля не имеет сколько-нибудь геологически значимых отличий, оба метода фиксируют одни и те же объекты, в том весьма четко (и с высоким сходством между наземной съемкой и предлагаемым способом) проявляются небольшие по амплитуде и площади детали геологической обстановки (площадью до нескольких десятков метров). Известно, что объекты такого размера (площадью до первых сотен квадратных метров) при традиционных аэрогаммаспектрометрических считаются условно точечными источниками излучения (Бабаянц П.С., Керцман В.М., Левин Ф.Д. Возможности высотной аэрогамма - спектрометрии при решении картировочных и поисковых задач // Современные аэрогеофизические методы и технологии, 2009, вып. 1, т. 1, с. 49-70), то есть их выделение и детально картирование, как это показано в примере 1, традиционными аэрогаммаспектромтерическими методами невозможно. Это позволяет утверждать о достижении заявленного технического результата - повышение точности, детальности, информативности данных аэрогаммаспектрометрческой съемки до достижения высокой сходимости с данными наземной (близкой к поверхности земли) съемки. При этом можно отметить, что высокоточное позиционирование БПЛА и привязка измерений с помощью технологии RTK позволила сформировать геометрически правильную сеть измерений, в то время как сеть пикетов наземной съемки, хоть и соответствует существующим инструкциям по точности привязки, все же не является абсолютно регулярной, как по причине проходимости рельефа, так и из-за привязки точек наблюдений обычным спутниковым навигатором Garmin (как это обычно и выполняется в практике геологических работ). Съемка БПЛА-комплексом выполнена за 3 часа, наземная съемка - за два рабочих дня, при том, что ландшафтные условия данного модельного участкаintegrated channel of the developed complex). From the figures it follows that the measured characteristic of the gamma field does not have any geologically significant differences, both methods fix the same objects, which are very clear (and with a high similarity between the ground survey and the proposed method) are small in amplitude and area details of the geological situation (up to several tens of meters). It is known that objects of this size (up to the first hundred square meters) with traditional airborne gamma spectrometric are considered conditionally point sources of radiation (Babayants P.S., Kertsman V.M., Levin F.D. Possibilities of high-altitude airgamma-spectrometry for solving mapping and search tasks // Modern airborne geophysical methods and technologies, 2009, issue 1, v. 1, pp. 49-70), that is, their selection and detailed mapping, as shown in example 1, using traditional airborne gamma spectrometric methods is impossible. This allows us to confirm the achievement of the claimed technical result - improving the accuracy, detail, and information content of airborne gamma-ray spectrometric surveys to achieve high convergence with ground-based (close to the earth's surface) survey data. At the same time, it can be noted that the high-precision UAV positioning and measurement linking using RTK technology made it possible to form a geometrically correct measurement network, while the network of ground-based pickets, although it complies with the existing instructions on the accuracy of the reference, is still not absolutely regular, as in because of the terrain and because of the attachment of observation points to a conventional Garmin satellite navigator (as is usually done in the practice of geological work). UAV-complex survey was completed in 3 hours, ground-based survey - in two business days, despite the fact that the landscape conditions of this model site
довольно простые (степь), пешеходная проходимость, за исключением небольших фрагментов площади (невысокие деревца), хорошая.fairly simple (steppe), pedestrian traffic, with the exception of small fragments of the area (low trees), good.
Таким образом, предлагаемый способ позволяют получать данные по качеству, сопоставимому с наземными съемками, со значительным повышением экономической эффективности работ.Thus, the proposed method allows to obtain data on quality comparable to ground surveys, with a significant increase in the economic efficiency of the work.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118724A RU2673505C1 (en) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118724A RU2673505C1 (en) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2673505C1 true RU2673505C1 (en) | 2018-11-27 |
Family
ID=64556566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017118724A RU2673505C1 (en) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2673505C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197822U1 (en) * | 2019-01-28 | 2020-06-01 | Краевое Государственное Бюджетное Учреждение Профессионального Образования Красноярский Политехнический Техникум | UNMANNED MULTIROTOR FLIGHT VEHICLE FOR MONITORING VEGETABLE STATE |
| RU2736956C1 (en) * | 2020-01-09 | 2020-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Геоинформационные технологии - Сибирь" | Aeroelectric prospecting method using lightweight unmanned aerial vehicle |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU854166A1 (en) * | 1979-02-28 | 2000-01-10 | Научно-Производственное Объединение "Геофизика" | METHOD OF AEROGAMMA-SPECTROMETRIC SHOOTING |
| KR20160147577A (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-23 | (주) 뉴케어 | Radiation Monitoring Apparatus |
| RU2620333C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-05-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of administration of aircraft radiation surveys with the use of a helicopter-free helicopter of a helicopter type |
| RU2620449C2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-05-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining location of point gamma-ray source on ground |
-
2017
- 2017-05-29 RU RU2017118724A patent/RU2673505C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU854166A1 (en) * | 1979-02-28 | 2000-01-10 | Научно-Производственное Объединение "Геофизика" | METHOD OF AEROGAMMA-SPECTROMETRIC SHOOTING |
| KR20160147577A (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-23 | (주) 뉴케어 | Radiation Monitoring Apparatus |
| RU2620449C2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-05-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining location of point gamma-ray source on ground |
| RU2620333C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-05-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of administration of aircraft radiation surveys with the use of a helicopter-free helicopter of a helicopter type |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197822U1 (en) * | 2019-01-28 | 2020-06-01 | Краевое Государственное Бюджетное Учреждение Профессионального Образования Красноярский Политехнический Техникум | UNMANNED MULTIROTOR FLIGHT VEHICLE FOR MONITORING VEGETABLE STATE |
| RU2736956C1 (en) * | 2020-01-09 | 2020-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Геоинформационные технологии - Сибирь" | Aeroelectric prospecting method using lightweight unmanned aerial vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lyons et al. | Aerial measuring system in Japan | |
| Connor et al. | Radiological mapping of post-disaster nuclear environments using fixed-wing unmanned aerial systems: A study from chornobyl | |
| Chen et al. | In-flight performance of the Advanced Radiation Detector for UAV Operations (ARDUO) | |
| de Barros Camara et al. | Magnetic airborne survey–geophysical flight | |
| RU2673505C1 (en) | Method of aerogammaspetrometricy of geological purpose | |
| Rodionov et al. | Helicopter-borne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey in the western part of Austvågøya, Lofoten archipelago, Nordland | |
| Beamish et al. | TellusSW: airborne geophysical data and processing report | |
| Mrope et al. | Helicopter-borne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey in Trøndelag area, Trøndelag County | |
| RU2779707C1 (en) | Method for multifunctional aerial photography based on unmanned aircraft for planning and monitoring seismic surveys and a multifunctional hardware and software package for its implementation | |
| Dadon et al. | Radioactive contamination estimation by airborne survey based NaI detectors | |
| Wasiolek et al. | Aerial Measuring System (AMS)/Israel Atomic Energy Commission (IAEC) Joint Comparison Study Report | |
| Stampolidis et al. | Helicopter-borne magnetic and radiometric geophysical at Drangedal, Telemark County | |
| Wasiolek et al. | AMS/NRCan Joint Survey Report: Aerial Campaign | |
| Ofstad et al. | Helicopter-borne magnetic, electro-magnetic and radiometric geophysical survey in Byglandsfjorden area, Agder County | |
| Rodionov et al. | Helicopterborne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey at Northern Senja in 2012, 2013 and 2014, Troms County | |
| Iliev | Calibration of а system for air-borne gamma spectrometry survey and mapping implementation | |
| Kristiansen et al. | Helicopter-borne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey in Okstindan and Røsvatnet area, Nordland county | |
| Wasiolek | IMPLEMENTATION PLAN FOR THE AMS AND NRPA JOINT SURVEY | |
| Stampolidis et al. | Helicopter-borne magnetic and radiometric geophysical survey at Gratangen and Sørreisa, Troms county | |
| Ofstad | Helicopter-borne magnetic and radiometric geophysical survey in Romsdalsfjorden, Møre og Romsdal | |
| Ofstad | Helicopter-borne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey in Raudsand area, Nesset municipality, Møre og Romsdal county | |
| Stampolidis et al. | Helicopter-borne magnetic and radiometric geophysical survey in the Kviteseid-Notodden-Ulefoss area, Telemark County | |
| Ofstad | Helicopter-borne magnetic and radiometric geophysical survey in Dividalen, Målselv municipality, Troms County | |
| Ofstad et al. | Helicopter-borne magnetic and radiometric geophysical survey at Kviteseid, Nissedal, Fyresdal and Dalen, Telemark county | |
| Rodionov et al. | Helicopter-borne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey in the Hjartdal-Rjukan-Flesberg area, Telemark and Buskerud |