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Drohnen-EM

Mithilfe eines Drohnen-gestützten Elektromagnetik-Systems können größere Flächen vermessen und dreidimensionale Leitfähigkeits-Modelle des Untergrunds erstellt werden. Das dabei eingesetzte, in DESMEX entwickelte, semi-airborne Verfahren kann dabei größere Tiefen und bessere laterale Auflösung erreichen als klassische Hubschrauber-Elektromagnetik.

System

Das Grundprinzip wird mit dem Begriff "semi-airborne" bezeichnet: Ein Flugobjekt zeichnet während des Fluges quasikontinuierlich magnetische Felder in der Luft auf. Anders als bei klassischen Airborne-Befliegungen wird die Quelle nicht mitgeführt, sondern am Boden in Form eines geerdeten Dipols (Strom I in rot) realisiert. Aufgrund des Magnetfelds (B in blau) werden in leitfähigen Strukturen Induktionsströme induziert (J in rot), die wiederum ein sekundäres Magnetfeld (Bs in blau) erzeugen, aus welchem dann die dreidimensionale Leitfähigkeitsverteilung rekonstruiert wird. Aufgrund der stärkeren Quelle und größeren Abstände können deutlich höhere Erkundungstiefen von bis zu 1km erreicht werden. Dieses Konzept wird im Projekt DESMEX entwickelt und eingesetzt (DEXMEX II und DESMEXreal).

Als Alternative zum logistisch aufwändigen Hubschrauber werden zunehmend Drohnen eingesetzt, die mobiler einsetzbar sind und aufgrund der geringeren Fluggeschwindigkeit einen größeren Detailgrad bieten. Als Erkundungsziele rücken außer Erzlagerstätten auch Versalzungszonen im Norddeutschen Raum in den Fokus. Besondere Schwierigkeiten sind neben dem elektromagnetischen Noise der Drohne auch die Erfassung hoher Frequenzen für geringere Eindringtiefen.

Stoll et al. (2020) stellt das Gesamtsystem des Octocopters X825 mitsamt abgestimmter Sensorik vor. Magnetfelder werden durch eine Induktionsspule (Metronix SHFT02e) und ein Fluxgate-Magnetometer (Bartington) an einer Pendel-Aufhängung gemessen und durch eine ADU08e (Metronix) aufgezeichnet. Die Erfassung der Lagedaten erfolgt durch eine IMU von XSens.

Referenzen

  • Becken, M., Nittinger, C., Smirnova, M., Steuer, A., Martin, T., Petersen, H., Meyer, U., Matzander, U., Friedrichs, B., Rochlitz, R., Günther, T., Mörbe, W., Yogeshwar, P., Tezkan, B., Schiffler, M. & Stolz, R. (2020): DESMEX: A novel system development for semi-airborne electromagnetic exploration, Geophysics, 85(6), E239-E253, doi:10.1190/geo2019-0336.1.
  • Günther, T., Ronczka, M., Kotowski, P., Rochlitz, R. & Müller-Petke, M. (2021): New drone-based semi-airborne electromagnetics for mapping saltwater-freshwater interfaces, Ext. Abstr. Near Surface Geosciences, Bordeaux, France.
  • Stoll, J.B., Kordes, T., Noellenburg, R. (2020): Semi-Airborne Electromagnetics Using a Multicopter. FastTIMES 25(3), 106-113.
  • Rücker, C., Günther, T., Wagner, F.M. (2017): pyGIMLi: An open-source library for modelling and inversion in geophysics, Computers & Geosciences 109, 106-123, doi:10.1016/j.cageo.2017.07.011.
  • Werthmüller, D. (2017), An open-source full 3D electromagnetic modeler for 1D VTI media in Python: empymod: Geophysics, 82(6), WB9–WB19; DOI: 10.1190/geo2016-0626.1.