МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ПОЛІВ ТА МОНІТОРИНГ ГЕОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ З ВИКОРИСТАННЯ ДРОНІВ (БПЛА)

Yu. Vikhot, Vitaly Fourman, A. Bubniak, S. Kril, I. Bubniak, M. Oliinyk

Анотація


У статті показані переваги та можливості використання дронів для геофізичних досліджень, моделювання фізичних полів та моніторингу геологічних процесів. Дрони, які здатні інтегрувати геофізичні та інші датчики (радіометричні, мультиспектральні, теплові, інфрачервоні тощо), стають потужним і ефективним інструментом для геофізичних та геологічних спостережень та моніторингу.

Наведено деякі приклади використання дронів для детального вивчення геологічних об’єктів таких, як ерозійні ділянки, геологічні відслонення значних розмірів у долині річки, що є важкодоступними для вивчення і розміщені на схилах. Побудована 3D-модель рельєфу ерозійної ділянки. Моніторинг змін деградації земель у цій зоні дослідження протягом певного періоду часу (щорічно, сезонно тощо) буде корисним для прогнозування. Досліджене відслонення міоценових відкладів на схилі для виділення нашарування гірських порід та аналізу схилових процесів у важкодоступних місцях. Побудована 3D-модель геологічного відслонення долини ріки Сукіль для визначення геологічної структуру гірських порід. Усі дані отримані з дрона Phantom 4 та опрацьовані програмними забезпеченнями Agisoft, QGIS.

Дрони зі спеціальними геофізичними датчиками (наприклад, магнітними) або подібні дрони, до яких можна прикріпити ці датчики, можуть виявляти аномалії вздовж досліджуваних ділянок. Ці дані важливі для моделювання фізичних полів і моніторингу їх змін.

Залежно від можливостей і наявності тих чи інших датчиків, дрони можна використовувати для знімання різного призначення, пов’язаних з магнітною картографією, вивченням прихованих корисних копалин, площ карстових і затоплених територій тощо.

Просторові та 3D-дані дрона, оброблені за допомогою спеціального програмного забезпечення, сприяють моніторингу небезпечних геологічних процесів, пошуку мінеральних ресурсів у важкодоступних місцях, а також дослідженню глибинної будови Землі. Крім того, використання дронів робить методологію особливо привабливою для негайного реагування на катастрофу (сейсмічна, вулканічна, гідрогеологічна, небезпека зсуву тощо), оскільки дозволяє збирати оптичні дані у недоступних або небезпечних районах.

Ключові слова: дрон, безпілотний літальний апарат (БПЛА), дрон з фіксованим крилом, геофізика, геологія, геофізичні датчики, геологічний моніторинг, моделювання.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


[1] Bento M. N. Unmanned aerial vehicles: An overview / Inside GNSS. - 2008. - Vol. 3. - No. 3. - P. 54-61.

[2] AA.VV. The Future of Unmanned Aerial Vehicles in Europe, Civilian and Military Market Outlook - 2013-2021. - 2012. - P. 209.

[3] Gupta S. G.Review of Unmanned Aircraft System (UAS) / S. G. Gupta, M. M. Ghonge, and P. M. Jawandhiya // International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology. -2013. - Vol. 2. - No. 4. - P. 1646-1658.

[4] Whitehead K. Remote sensing of the environment with small unmanned aircraft systems (UASs), part 1: a review of progress and challenges / K. Whitehead, C. H. Hugenholtz // Journal of Unmanned Veh. Syst. - 2014. - Vol. 2. - No. 3. - P. 69-85; 10.1139/juvs-2014-0006.

[5] Remote sensing of the environment with small unmanned aircraft systems (UASs), part 2: scientific and commercial applications / K. Whitehead, C. H. Hugenholtz, S. Myshak, O. Brown, A. LeClair, A. Tamminga, T. E. Barchyn, B. Moorman, and B. Eaton // Journal of Unmanned Veh. Syst. - 2014. - Vol. 2. - No. 3. - P. 86-102; 10.1139/juvs-2014-0007.

[6] Singhal G. Unmanned aerial vehicle classification applications andchallenges: A review / G. Singhal, B. Bansod, and L. Mathew // Preprints. - 2018. - 2018110601.

[7] A. Noorwali, M. A. Javed, and M. Z. Khan. Efficient UAV Communications: Recent Trends and Challenges / A. Noorwali, M. A. Javed, and M. Z. Khan // Cmc-Computers Materials & Continua. - 2021. - Vol 67. - No. 1. - P. 463-476.

[8] Hassanalian M. Classifications, applications, and design challenges of drones: A review / M. Hassanalian, A. Abdessattar // Progress in Aerospace Sciences. - 2017. - Vol 9. - P. 99-131.

[9] Hassanalian M. Design, manufacturing, and flight testing of a fixed wing micro air vehicle with Zimmerman planform / M. Hassanalian, A. Abdessattar // Meccanica. - 2017. -Vol. 52. - P.1265-1282.

[10] Floreano D. Science, technology and the future of small autonomous drones / D. Floreano, R. Wood // Nature. - 2015. - Vol. 521. - P. 460-466.

[11] Brown R. G. Introduction to random signals and applied Kalman filtering: with MATLAB exercises / R. G. Brown, P. Y. Hwang // J Wiley & Sons. - 2012.

[12] Drones Direct. [Online]. Available: https://www.dronesdirect.co.uk/st/commercial-drones

[13] Leica Aibot Aerial Data Capture Platform. Leica Geosystems. Available: https://leica-geosystems.com/products/uav-systems/copter

[14] Niedzielski T. Applications of unmanned aerial vehicles in geosciences: introduction / T. Niedzielski // Pure and Applied Geophysics. - 2018. - Vol. 175. - No. 9. - P. 3141-3144.

[15] Structure-from-Motion'photogrammetry: A low-cost, effective tool for geoscience applications / M. J. Westoby, J. Brasington, N. F. Glasser, M.J. Hambrey, and J.M. Reynolds // Geomorphology. - 2012. - Vol. 179. - P. 300-314.

[16] Saputra A. The application of structure from motion (SfM) to identify the geological structure and outcrop studies / A. Saputra, T. Rahardianto, and C. Gomez // In AIP Conference Proceedings. - 2017. - Vol. 1857. - No. - 1. - P. 030001.

[17] Application of multispectral LiDAR to automated virtual outcrop geology / P. Hartzell, C. Glennie, K. Biber, S. Khan // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. - 2014. - Vol. 88. - P.147-155.

[18] Agisoft Metashape. [Online]. Available: https://www.agisoft.com/downloads/installer/

[19] Zhang X. H. The Application of Agisoft Photoscan in UAV Aerial Photographic Image Data Processing. / X. H. Zhang, S. L. Zhao, F. T. Chen // Value Engineering. -2013. - 20. - P. 230-231.

[20] Ground-based and UAV-Based photogrammetry: A multi-scale, high-resolution mapping tool for structural geology and paleoseismology / S. P. Bemis, S. Micklethwaite, D. Turner, M. R. James, S. Akciz, S. T. Thiele, H. A. Bangash // Journal of Structural Geology. - 2014. - Vol. 69. - P. 163-178.

[21] Hatch M. Environmental geophysics: Using drones to create base maps / M. Hatch // Preview, 2016. - Vol. 185. - P. 31-32.

[22] Hatch M. Environmental geophysics: Developments in miniaturisation technology / M. Hatch // Preview, 2017. - vol. 189. - P. 32-33.

[23] Fluxgate vector magnetometers: A multisensor device for ground, UAV, and airborne magnetic surveys / B. Gavazzi, P. Le Maire, M. Munschy, A. Dechamp // The Leading Edge. - 2016. -Vol. 35. - No. 9. - P. 795-797.

[24] Aeromagnetic surveying with a rotary-wing unmanned aircraft system: A case study from a zinc deposit in Nash Creek, New Brunswick, Canada / M. Cunningham, C. Samson, A. Wood, and I. Cook // Pure and Applied Geophysics. - 2018. - Vol. 175. - No. 9. - P. 3145-3158.

[25] Prystai А. UAV application for geophysical research / А. Prystai, B. Ladanivkyy // Geofiz. Zhurnal. - 2017. - 39(2). - P.109-125; https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v39i2.2017.97378

[26] SENSY. Magnetometer & Survey Solutions. [Online]. Available: https://sensysmagnetometer.com/products

[27] Langhammer J. Detection and mapping of the geomorphic effects of flooding using UAV photogrammetry / J. Langhammer, T. Vackova // Pure and Applied Geophysics. - 2018. - Vol. 175. - No. 9. - P. 3223-3245.




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.17.5

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.