《山东无人机无半航空瞬变电磁探测技术规程编制说明》

山东地方标准

《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程》

编制说明

二〇二五年十一月

一、工作简况

1.1任务来源

本任务的编制来自山东省市场监督管理局2024年第1批地方标准制修订

计划项目。为贯彻《国家标准化发展纲要》，根据《山东省人民政府关于贯彻<

国家标准化发展纲要>推进标准化创新发展的实施意见》（鲁政发〔2022〕6号）

部署，在充分论证的基础上，省市场监督管理局下达了《湿地资源调查技术规

范》等18项地方标准计划项目，本任务是第3项《无人机半航空瞬变电磁探

测技术规程》。

1.2起草单位和主要起草人信息

本标准由山东大学牵头，山东省物化探勘查院共同参与起草工作。首先成

立了标准编制工作组，制定了标准编写方案，明确任务职责，确定工作技术路

线，开展标准研制工作，具体标准编制工作由山东大学、山东省物化探勘查院

相关人员配合。

1.2.1起草单位情况

山东大学岩土与结构工程研究中心成立于2001年，拥有大型地下洞室群

教育部工程研究中心、山东省隧道与地下工程灾害防控工程实验室和山东省地

下工程水害防治工程技术研究中心等省部级科研平台。现有科研人员40人，

博士后、博士、硕士研究生300余人。其中中国工程院院士1人，国家杰青2

人，长江学者3人，百千万工程领军人才1人，万人计划科技创新领军人才3

人，国家四青人才4人。科研团队入选教育部创新团队、科技部重点领域创新

团队及全国黄大年式教师团队。中心现有四个特色研究方向：地下工程不良地

质超前预报理论与技术；地下工程突水突泥机理及治理技术；大型地质力学模

型试验系统研发与应用；大型地下洞室群围岩稳定性分析与支护优化。研究成

果广泛应用于交通、水电及矿山工程，取得显著经济效益和社会效益。获得国

家科技进步二等奖7项，国家技术发明二等奖1项，省部级一等奖14项，发

明专利300余项（国际专利12项）。山东大学自2012年开始，在半航空瞬变

电磁理论研究、技术方法、硬件装备、软件开发等方面开展了深入的研究，基

1

于大量的工程应用积累了较为丰富的理论研究成果和实践经验，并在2025年，

依托半航空瞬变电磁探测研究成果在新一轮找矿突破战略行动中实现"双突破"，

半航空瞬变电磁探测技术已被列入《新一轮找矿突破战略行动先进适用勘查技

术清单》（2025年版），研发的半航空瞬变电磁探测装备已在新一轮找矿突破

战略行动中被列为《首批找矿装备推广清单》，并于2024年12月作为编制单

位，发布了国内首部半航空瞬变电磁探测技术规程《公路隧道半航空瞬变电磁

探测技术规程》。因此，山东大学在半航空瞬变电磁探测技术推广和技术标准

编制等方面具有“首发优势”和坚实工作基础，同时，对推动我省乃至全国范

围内的无人机半航空瞬变电磁探测技术研究和应用推广工作起到了重要的引领

示范作用。

山东省物化探勘查院是山东省地矿局下属事业单位，是山东省内唯一一家

专业地球物理、地球化学综合性地质勘查队伍，国家自然科学基金依托单位。

具备地球物理勘查、地球化学勘查、区域地质调查、固体矿产勘查、液体矿产

勘查、水文地质工程地质环境地质勘查、地质实验测试等专业能力。持有地质

灾害防治工程（设计、勘查、评估、监理）、测绘航空摄影、摄影测量与遥感、

界限与不动产测绘、地理信息系统工程等甲（壹）级资质。拥有完善的质量管

理体系、环境管理体系、职业健康安全管理体系、信息安全管理体系。现有在

职职工482人，技术人员309人，具有高级职称175人，二级研究员1人，享

受国务院政府特殊津贴专家1人，自然资源部高层次科技创新人才工程—领军

人才1人，山东省突出贡献中青年专家1人，中国地质学会“银锤奖”1人，

“金罗盘奖”1人，“山东省五一劳动奖章”5人。近十年来，获得省部级以上

各类科技成果奖项22项，发表核心及以上期刊论文110余篇，授权发明专利

40余项、实用新型专利160余项、计算机软件著作权50余项等，主导及参与

完成国家职业技能标准1项、地方标准及团体标准10项。

1.2.2主要起草人信息

本标准负责起草单位：山东大学

本标准参与起草单位：山东省物化探勘查院

本标准主要起草人：孙怀凤（项目负责人）、张诺亚、柳尚斌、赵法强、

2

刘锐、郭朋、郑梓强、刘玉超、卢绪山、周正、赵岐、许伟强、王用鑫、黄志

友、谢贵城、李斌、罗斌儒。

1.3起草单位和主要起草人任务分工

本标准编制分工：

1）山东大学：编制总负责，制定工作大纲和编制大纲；负责整个项目的

技术及组织协调工作，调研半航空瞬变电磁法国内外研究现状、技术应用，负

责编制半航空瞬变电磁法术语和定义、总体要求、技术设计、数据质量评价、

绿色勘查与安全管理、附录；

2）山东省物化探勘查院：协助制定工作大纲和编制大纲，编制半航空瞬

变电磁法仪器设备、野外数据采集、数据处理与资料解释、数据预处理、成果

报告。

各项目成员编制分工如下：

学历/职务/

姓名性别专业特长工作单位项目责任分工

职称

项目负责，负责标准

岩土工程与地球物

孙怀凤男博士、教授山东大学大纲制定与总体撰写

理交叉

与统稿工作。

协助制定工作大纲和

编制大纲，编制无人

岩土工程与地球物机半航空瞬变电磁探

张诺亚女博士山东大学

理交叉测飞行与野外工作、

数据处理与资料解

释。

负责标准第一章范

围、第二章规范性引

岩土工程与地球物

柳尚斌男博士山东大学用文件、第三章术语

理交叉

和定义的撰写与修

改。

负责标准第八章数据

学士、高级山东省物化质量评价、第九章数

赵法强男地球物理

工程师探勘查院据预处理、附录E的

撰写与修改。

负责标准第六章仪器

岩土工程与地球物

刘锐男博士山东大学设备、附录C的撰写

理交叉

与修改。

协助制定工作大纲和

编制大纲，编制无人

学士、高级山东省物化

郭朋男地球物理机半航空瞬变电磁探

工程师探勘查院

测仪器设备检查与测

试、数据预处理等。

3

负责第八章数据质量

岩土工程与地球物评价、第九章数据预

郑梓强男硕士山东大学

理交叉处理、附录E的撰写

与修改。

测控技术与仪器、负责第十二章成果报

硕士、工程

刘玉超男岩土工程与地球物山东大学告、附录G的撰写与

师

理交叉修改。

负责第五章技术设

岩土工程与地球物博士、副研

卢绪山男山东大学计、附录A、附录B

理交叉究员

的撰写与修改。

负责第十章数据处理

岩土工程与地球物

周正男硕士山东大学与资料解释、附录F

理交叉

的撰写与修改。

负责第十一章绿色勘

岩土工程与地球物查与安全管理、附录

赵岐男硕士山东大学

理交叉A和附录F的撰写与

修改。

岩土工程与地球物负责附录A和附录C

许伟强男硕士山东大学

理交叉的撰写与修改。

岩土工程与地球物硕士、助理负责第五章技术设计

王用鑫男山东大学

理交叉工程师的撰写与修改。

负责附录B和第七章

岩土工程与地球物学士，助理

黄志友男山东大学野外数据采集的撰写

理交叉工程师

与修改。

负责第七章野外数据

岩土工程与地球物

谢贵城男助理工程师山东大学采集、附录D的撰写

理交叉

与修改。

负责标准第四章总体

学士、高级山东省物化

李斌男测绘工程要求和5.7的撰写与

工程师探勘查院

修改。

负责标准第十一章绿

岩土工程与地球物

罗斌儒男硕士山东大学色勘查与安全管理的

理交叉

撰写与修改。

1.4起草总则

无人机半航空瞬变电磁适用于地质勘查工程，可克服复杂地形限制，有效

缩短岩土工程勘察、水文地质勘察、环境地质勘察以及工程质量评价的工作周

期，提高探测的质量，降低工程建设成本，尤其适用于缺乏物探与钻探数据的

勘察区域。

在山东开展无人机半航空瞬变电磁探测工作除应符合本规范的规定外，还

应符合国家现行有关标准与规定。

4

1.5起草过程

1.5.1成立标准编写组，召开编写组第一次工作会议

本标准根据各单位承担内容、编制任务等成立标准编写组，并组织编写组

召开了第一次工作会议，主要形成了以下内容：

1.主编单位筹建编写组，明确主编人员和参编人员的职责和分工。

2.建立编写单位内部审查制度。

3.学习有关政策法规和标准化制度文件。

4.研究起草标准工作大纲和编制大纲。

5.形成第一次工作会会议纪要。

1.5.2收集整理文献资料

本标准起草人员的前期研究工作分为资料调查与研究、工程案例及数据收

集检验、总结完善3个步骤进行：1、调研了国内外大量的半航空瞬变电磁探

测的基础理论研究、数据处理方法、正反演算法、工程实际案例和相关的标准

及研究成果；2、搜集了国内及山东地区半航空瞬变电磁探测项目的案例及数

据资料；3、对搜集到的理论研究资料和工程案例资料进行分类整理和研究，

为下一步的规范研究提供必要的指导和技术支撑。标准编制工作组收集了半航

空瞬变电磁法应用的相关标准及文献资料。主要有：

GB/T14499地球物理勘查技术符号

GB/T18314全球导航卫星系统（GNSS）测量规范

CH/Z3001-2010无人机航摄安全作业基本要求

DZ/T0069地球物理勘查图图式图例及色标标准

DZ/T0280-2015可控源音频大地电磁法技术规程

DZ/T0405-2022无人机航空磁测数据采集技术要求

DZ/T0374绿色地质勘查工作规范

DB37/T4307绿色勘查规范

[1]殷长春.航空电磁理论与勘查技术[M].北京：科学出版社.2018.

[2]陈成栋.半航空瞬变电磁数据采集设计和数据校正研究[D].山东大学,

2021.

5

[3]ChenC,SunH.Characteristicanalysisandoptimalsurveyarea

definitionforsemi-airbornetransientelectromagnetics[J].

JournalofAppliedGeophysics,2020,180:104134.

[4]SunH,ChenC,YangY,etal.Motionnoiseremoveforsecondary-

fieldsemi-airbornetransientelectromagneticdata[J].Journal

ofAppliedGeophysics,2022,202:104676.

[5]SunH,ZhangN,LiD,etal.Thefirstsemi-airbornetransient

electromagneticsurveyfortunnelinvestigationinverycomplex

terrainareas[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,

2023,132:104893.

[6]张莹莹,李貅,姚伟华,等.多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻

率定义[J].地球物理学报,2015,58(08):2745-2758.

1.5.3研讨确定标准主体内容

标准编制工作组在对收集的资料进行整理研究之后，召开了标准编制会议，

对标准的整体框架结构进行了研究，并对标准的关键性内容进行了初步探讨。

经过研究，于2024年5月，将标准的主体内容确定为术语和定义、总则、半

航空瞬变电磁探测涉及的探测方案设计、仪器设备、野外数据采集、数据质量

评价、数据预处理、数据处理与资料解释、绿色勘查与安全管理、成果报告以

及附录等内容。

1.5.4开展立项、编制初稿

为确保本标准的编写工作有序开展，编写工作组在前期大量的研究工作的

基础上，于2024年6月～7月，总结研究以往工作成果，开展标准编制立项，

逐级向地质矿产标准化分技术委员会、省自然资源标准化技术委员会、省自然

资源厅及省市场监督管理局提交立项审查材料，等待地方标准立项审查批复结

果。于2024年8～9月，确定标准立项审查通过后，组织成立标准初稿起草工

作组。在进行成果汇总及综合研究的基础上，系统归纳和总结拟编制《无人机

半航空瞬变电磁探测技术规程》所涉及的总则、半航空瞬变电磁探测涉及的探

测方案设计、仪器设备、野外数据采集、数据质量评价、数据预处理、数据处

6

理与资料解释、绿色勘查与安全管理及成果报告等主要技术内容。完成地方标

准《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程（征求意见稿）》的起草编制。

1.5.5开展征求意见，完善形成送审稿

为确保本标准的可行性和适用性，于2024年10月～2024年12月，通过

召开专家咨询会与面向全国各相关单位（15家以上）发布山东省地方标准

《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程（征求意见稿）》等方式，广泛征求意

见，按照收回反馈意见进行充分汇总讨论，制定修改计划，并在此基础上对规

程进行修改，形成山东省地方标准《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程（送

审稿）》及标准编制说明。面向全国37家单位进行征求意见工作，征求意见单

位涵盖专业标委会、行业协会、专业学会、科研机构、高等院校、地质矿产和

施工等企业和单位以及有关行业部门代表，共收到25家单位回函意见，超过

2/3的单位进行了意见回复，共收到189条意见，见附件1。针对上述意见，

编写组对标准文本与编制说明进行了认真地修改与完善，形成送审稿，征求意

见汇总表见附件1，征求意见回函与未回函单位名单见附件2。

1.5.6标委会技术审查初审

2025年4月22日，山东省自然资源标准化委员会地质矿产分技术委员会

在济南组织召开了《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程》（2024-T-03）山东

省地方标准专家审查会议，山东省市场监管局对审查会议进行监督指导。来自

山东省地质学会、山东省第一地质矿产勘查院、山东省地球物理学会、山东省

煤田地质局、核工业航测遥感中心、山东省煤田地质规划勘察研究院、济南大

学、山东科技大学、山东省标准化研究院等单位的9名专家组成了审查委员会

（见附表1）。审查委员会听取了标准编制情况汇报，对标准文本进行了逐章、

逐条审查，对标准编制说明等进行了审查。最终形成12条审查意见，编写组

根据审查意见逐条逐句对标准文本与编制说明进行了修订与完善。

1.5.7标委会技术审查终审

2025年10月22日，山东省自然资源标准化委员会在济南组织召开《无

人机半航空瞬变电磁探测技术规程》（立项编号：2024-T-03）山东省地方标准

专家审查会议，山东省市场监督管理局对审查会议进行监督指导。来自山东省

7

地质矿产勘查开发局、山东省地质学会等单位共9名专家组成审查委员会（见

附表2）。审查委员会听取了标准编制情况汇报，对标准文本进行了逐章、逐

条审查，对标准编制说明等进行了审查。审查委员会对提交审查会的标准材料

进行审查，提出了标准适用范围修改、规范性引用文件增加、技术参数指标调

整等方面意见；标准起草组根据审查意见对标准文本等进行了仔细修改与完善，

审查委员会对修改内容确认无误。会议一致同意该标准通过审查。

拟于2025年12月前根据技术审查意见修改完善形成报批稿上报山东省市

场监督管理局。

二、地方标准制定目的和意义

2.1无人机半航空瞬变电磁探测技术优势和应用领域（先进性）

电磁法是地球物理探测的一个重要分支，其通过观测天然场源或人工场源

激发的电磁响应，实现对地电结构信息的提取。然而，传统电磁法的发射和接

收装备均位于地表，工作效率低，特别是在沙漠、戈壁、山地和湿地等复杂区

域难以开展工作。全航空电磁法采用空中发射空中接收，观测效率高，但通常

受到平台搭载能力的限制，使得发射装置功率有限。半航空瞬变电磁法(Semi-

airbornetransientelectromagneticmethod,SAEM)通常采用高功率发射装

置在地面发射，而将接收端搭载于飞行平台上(Liuetal.,2019;Wuetal.,

2019e;李貅等，2021)，实现探测深度和工作效率之间的平衡，成为近些年来

地球物理勘察研究的热点方向。半航空瞬变电磁法的工作原理如图1所示。

图1无人机半航空瞬变电磁探测原理示意图

8

技术优势：相较于传统的物探、钻探以及航空电磁法，半航空瞬变电磁法

具有以下技术优势：①适用于复杂地形区域、②灵敏度高、③探测深度大、④

一次性覆盖面积广、⑤成本低廉、⑥人力投入低，特别适用于复杂地形（森林、

沼泽、山区、沙漠等无人区）的地球物理勘察作业。

应用领域：半航空瞬变电磁法以其优越的技术优势已在诸多领域获得广泛

应用。主要包括：基础地质调查、海水入侵调查、地下水调查、矿产资源勘查、

地灾勘察、环境勘测、城市地质、工程建设等。半航空瞬变电磁法技术应用前

景十分广阔，发展潜力巨大，对推动自然资源勘查和保护、生态环境保护、重

大工程建设、中西部基础设施建设和发展具有重要意义。

2.2无人机半航空瞬变电磁探测技术发展和技术标准现状（紧迫性）

①技术发展现状：半航空瞬变电磁法最初是由Nabighian提出。1991至

1993年期间，被率先应用于澳大利亚干旱地区导电覆盖层下的深部地质情况

调查工作中，之后加拿大的Fugro公司于1997年研制了首套商用半航空时间

域电磁系统，即TerraAir系统。同期，Elliot(1998)研制了时间域半航空

FLAIRTEM系统。Nittinger和Cherevatova等在DESMEX项目中提出了一种新

型的利用地面电偶源进行信号发射，使用直升机搭载三轴线圈和磁通门进行电

磁数据采集的半航空频率域电磁勘探系统，并于2018年在德国

Saxothuringian的古代锑开采区进行了勘探实验。

嵇艳鞠等利用BP神经网络对电性源半航空瞬变电磁数据进行电阻率反演

成像研究，李貅等研究了电性源半航空瞬变电磁逆合成孔径成像方法，张莹莹

等定义了单辐射场源以及多辐射场源电性源半航空瞬变电磁全域视电阻率，并

根据等效导电平面原理，讨论了多场源下半航空瞬变电磁法的快速成像方法，

戚志鹏等提出了接地导线源半航空瞬变电磁y分量磁场的全域视电阻率定义。

在2014年举办的EMIW会议上，孙怀凤重点介绍了基于飞艇的半航空瞬变

电磁试验；2018年，孙怀凤和宿传玺以广西岩溶地区为背景，利用三维时域

有限差分法进行了浅层岩溶半航空瞬变电磁响应规律和试验研究；孙怀凤和吴

启龙在2019年研究了不同接收参数下半航空瞬变电磁的响应规律，并将该方

法成功应用至广西壮族自治区贺州至巴马高速公路（都安至巴马段）达默隧道

9

工程；陈成栋和孙怀凤在2020年基于瞬变电磁二次场在不同地电介质下的衰

减性质给出了半航空瞬变电磁探测区域划分函数，指导野外勘探方案设计。

Sun等人在2023年将半航空瞬变电法应用于复杂地形区的岩溶隧道勘察，成

功预警岩溶高风险段，并将探测结果应用于隧道围岩分级的指导工作中。

该方法在国内理论研究和技术装备的研究进展相对缓慢，直到近几年才有

所发展，我国学者先后使用无人飞艇、无人机等开展相关的试验研究。但该方

法的应用缺乏行业规范，现场实验和工程应用几乎空白。

近年来，随着工程建设和资源勘查逐步向复杂地形区域拓展，山东大学率

先将无人机半航空瞬变电磁探测技术应用于复杂地形隧道勘察和矿产勘查等领

域，并在理论研究、数据处理、硬软件开发等方面开展了深入研究，并取得了

较好的研究成果，成功开发了数据预处理/处理软件平台，研制了半航空瞬变

电磁高速采集系统，并适配目前市面上的发射系统。自2018年开始，山东大

学联合国内多家单位先后在都安至巴马高速公路、来宾至都安高速公路、天峨

至巴马高速公路等开展试验、测试与示范性应用工作，2020年山东大学将无

人机半航空瞬变电磁探测推广至山东省水源区岩溶探测、山东省莱西金矿勘查、

山东平度海水入侵调查、新疆察尔齐煤矿、福建某煤矿的采空区探测项目。山

东大学基于大量的工程应用积累了较为丰富的理论研究成果和实践经验，并在

2025年，依托半航空瞬变电磁探测研究成果在新一轮找矿突破战略行动中实

现"双突破"，半航空瞬变电磁探测技术已被列入《新一轮找矿突破战略行动

先进适用勘查技术清单》（2025年版），研发的半航空瞬变电磁探测装备已在

新一轮找矿突破战略行动中被列为《首批找矿装备推广清单》。因此，山东大

学在半航空瞬变电磁探测技术推广和技术标准编制等方面具有“首发优势”和

坚实工作基础，同时，对推动我省乃至全国范围内的无人机半航空瞬变电磁探

测技术研究和应用推广工作起到了重要的引领示范作用。

10

图2半航空瞬变电磁技术被纳入自然资源部新一轮找矿先进勘查技术推广清单

图3半航空瞬变电磁接收系统被纳入自然资源部首批找矿装备推广清单

②技术标准现状：截至目前，无人机半航空瞬变电磁探测技术没有国家标

准、行业标准，仅有的一项广西地方标准《公路隧道半航空瞬变电磁探测技术

规程DB45/T2899-2024》应用领域仅适用于广西地区的公路隧道工程勘察，

仅有部分工作可参考，无法完全适用于山东省内地质勘查领域的无人机半航空

瞬变电磁探测工作。目前相关的技术工作参考情况如下：半航空瞬变电磁法接

收端与数据处理中的部分工作参考了《地面电性源瞬变电磁法地球物理勘查技

术规程-DZ/T0187》，发射源布设等方面的部分工作参考《可控源音频大地电

11

磁法技术规程-DZ/T0280》，仪器使用、野外数据采集、数据预处理、数据成

像等工作参考了《公路隧道半航空瞬变电磁探测技术规程DB45/T2899-2024》，

无人机安全操作及维护的部分工作参考《无人机航摄安全作业基本要求CH/Z

3001》。上述参考的标准并非针对无人机半航空瞬变电磁探测法进行了工作规

定和规范指导，半航空瞬变电磁法与传统的地面瞬变电磁法、航空瞬变电磁法、

可控源音频大地电磁等在技术设计、工作模式、内外业操作流程、数据处理等

方面有较大差异，前述3项标准对相关工作均不能完全、高效适用，从而影响

我省（乃至全国）无人机半航空瞬变电磁探测技术和产业发展。2024年10月，

国家矿山安全监察局批准《矿山隐蔽致灾因素普查规范第1部分：总则》等

3项矿山安全行业标准（标准文本见附件），标准指出矿山隐蔽致灾因素普查

的工作区域多位于地形极端复杂的区域，亟需利用无人机半航空瞬变电磁法这

类灵活性高、探测深度大、灵敏度高、成本低廉的新兴勘察手段开展隐蔽致灾

因素探查工作，无人机半航空瞬变电磁法在矿山隐蔽致灾因素应用领域迫切需

要制定相关的标准，保证探测工作规范性、探查成果的可靠性和准确性，促进

无人机半航空瞬变电磁在隐蔽致灾领域发挥更大作用。近年来，我省无人机半

航空瞬变电磁探测技术快速发展，应用需求显著增加，但却无精确可靠的技术

标准可依，因而对加快推进和实施省级地方标准《无人机半航空瞬变电磁探测

技术规程》的需求更加迫切，该标准的制定有望系统性解决技术推广瓶颈，为

全国复杂地质区资源勘探与灾害防控提供标准化范式。

2.3加快推进制定相关地方标准意义重大（重要性）

无人机半航空瞬变电磁探测技术应用前景广阔，可突破复杂地形区域地球

物理勘察技术难题，使山东省内复杂地形区域开展以工程建设、环境保护、资

源利用等目的的勘察作业有可用的勘察方法和指导性文件；《无人机半航空瞬

变电磁探测技术规程》将首次建立复杂地形区域勘察的方法技术与作业指南，

为规范化开展无人机半航空瞬变电磁探测提供依据，保证相关技术应用过程中

的安全、质量、环境和公众利益；本规程为国内外首次编写地质勘察领域半航

空瞬变电磁相关的规范，作为山东地方标准，在推广和应用后，有望申请行业

标准。本标准的制定对引领和推动我省乃至全国无人机半航空瞬变电磁探测技

12

术进步和产业发展、提升我省自然资源综合治理和公共服务水平，推动科技进

步和加快推进高质量发展等均具有重要意义，并将形成巨大的经济效益、社会

效益和生态效益等。

三、地方标准编制原则、主要技术内容和确定依据

3.1制定标准的原则

本标准的编制遵循国家、行业和山东省现行有关标准的规定。编写工作组

充分调研了目前国内外及山东地区半航空瞬变电磁探测的理论方法、实际案例、

数据资料及研究成果，研究和分析了国内外及山东地区半航空瞬变电磁探测的

标准建设的现状，以及国内外半航空瞬变电磁法的理论研究、算法开发的发展

趋势和该项技术的工程应用效果。经过编写工作组成员讨论，确定标准编制遵

循以下基本原则：

（1）规范性原则

本标准是按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的

结构和起草规则》进行编写。

（2）科学性原则

本标准分析了国内外关于半航空瞬变电磁方法理论研究和工程应用的现状

和特点，结合国内及山东地区半航空瞬变电磁法的实施现状，在此基础上对已

发布的相关标准进行整理、归纳和分类，建立了科学、实用、合理的山东地区

半航空瞬变电磁探测技术规范。

（3）承接性原则

本标准术语、符号、条文尽量与相应国家、国际、行业和地方标准的规定

内容相一致，条文未出现自相矛盾的地方。标准技术内容与国家、国际、行业

和地方标准兼容，未出现冲突，保证了一致性。标准技术内容中引用其他标准

时，已明确指出所引用标准的内容或名称，增强了标准的可读性和可操作性。

（4）适用性原则

本标准的起草充分调研了国内外、山东省半航空瞬变电磁方法的应用现状，

征求了高校、公路管理、设计院、施工单位等领域的专家意见。编写组在此基

13

础上经过反复讨论和修改，编制此标准。标准内容针对性强，可操作性高，易

于推广。

3.2主要技术内容和确定依据

山东省地方标准《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程》主要内容包括：

范围、规范性引用文件、术语和定义、总则、探测方案设计、仪器设备、野外

数据采集、数据质量评价、数据预处理、数据处理与资料解释、绿色勘查与安

全管理、成果报告以及附录等内容。

本标准的编制遵循国家、行业和山东省现行有关标准的规定。编写工作组

充分调研了国内外及目前半航空瞬变电磁探测的实际案例、数据资料及研究成

果，研究和分析了国内外及山东地区无人机半航空瞬变电磁探测相关标准建设

的现状，以及国内外半航空瞬变电磁法的发展趋势和新技术的应用状况。在此

基础上结合山东地区无人机半航空瞬变电磁探测项目的工作经验，形成了山东

地区无人机半航空瞬变电磁探测技术规范。

3.2.1主要条款说明

1、标准名称

本标准名称为《无人机半航空瞬变电磁探测技术规程》，本标准名称一方

面界定了其携带工具为无人机，另一方面限定了其应用对象为半航空瞬变电磁

探测技术。

2、范围

本条对无人机半航空瞬变电磁探测的适用范围进行了规定。

我国矿产资源对外依存度已高达50%～80%，开发偏远地区、地形条件复

杂地区的矿产资源十分必要。最新的成矿理论研究和深部定位预测验证结果均

表明我国大陆2000m深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源。此外，城市地下空间是

战略性国土空间资源，越来越受到国家重视，与一些发达国家相比，我国城市

地下空间开发不足，利用水平差距很大，其主要制约因素是我国目前常规采用

的传统地面探测方法受地形环境影响较大，采集速度慢、要素少、精度低。为

解决上述问题，研究高质和高效探测新方法、新手段成为重要的难题。山东省

内矿产资源丰富，特别是深部资源分布广泛，且多分布于复杂地形区内；基础

14

设施建设也逐渐向着复杂地形区域推进，在此类地形条件下传统地面物探应用

受限。因此亟需可以摆脱地形限制、探测深度大、高效安全的地球物理勘探方

法支撑深部资源勘探和基础设施建设。

相较于传统的物探、钻探以及航空电磁法，半航空瞬变电磁法具有以下技

术优势：①适用于复杂地形区域、②灵敏度高、③探测深度大、④一次性覆盖

面积广、⑤成本低廉、⑥人力投入低，特别适用于复杂地形（森林、沼泽、山

区、沙漠等无人区）的地球物理勘察作业。半航空瞬变电磁法以其优越的技术

优势已在诸多领域获得广泛应用。主要包括：基础地质调查、海水入侵调查、

地下水调查、矿产资源勘查、地灾勘察、环境勘测、城市地质、工程建设等。

半航空瞬变电磁法技术应用前景十分广阔，发展潜力巨大，对推动自然资源勘

查和保护、生态环境保护、重大工程建设、中西部基础设施建设和发展具有重

要意义。

半航空瞬变电磁相关研究及在复杂地形区域开展工程勘察是主编、参编单

位共同开展的研究课题，目前已经获得了初步成功，为了指导后续的应用与推

广，拟计划编写该项规范。

3、术语和定义

为规范无人机半航空瞬变电磁探测工作过程中术语和定义的使用，本章对

涉及的各项术语和定义做了详细的描述和规定。

第3.4条，定义了姿态，该定义描述了线圈坐标系与地理坐标系间的相对

关系，包括线圈旋转位置的三个自由度，即线圈坐标系与地面惯性坐标系之间

的夹角，可用横滚角、俯仰角、偏航角三个角表示。

4、总体要求

第4.1条：为保证探测工作质量，确保探测数据能够准确反映测区地电分

布，确保半航空瞬变电磁法在该测区的可行性和有效性，规定了无人机半航空

瞬变电磁探测中探测目标体、测区探测环境应具备的必要条件。

第4.2条：为明确探测的工作流程，确保探测任务的顺利进行，绘制了无

人机半航空瞬变电磁探测的具体工作流程图。

15

5、技术设计

第5.1条：开展无人机半航空瞬变电磁探测工作前应尽可能多的收集必要

资料，以保证探测方案设计的合理性，充分了解测区水文地质概况、已有的物

化钻探资料，对后期数据处理、地质解释、成果验证、结论建议等提供可靠依

据。本条列出了开展探测工作前需要收集的资料。

第5.2条：野外探测工作开展前需进行踏勘工作，本条规定了踏勘工作的

主要内容，并在评估并确认方法有效性的基础上，确定测区范围、测线间距、

发射源位置、工作参数、压制电磁干扰的措施等，涉及无人机飞行区域与权限，

还应了解测区空域管理的禁飞区和限飞区、核实无人机作业及保障条件等，最

后根据上述资料编写正式的工作设计书。

第5.3条：为确保半航空瞬变电磁探测工作在工程设计和施工过程中具备

指导性和有效性，能够依据探测结果实现目标异常探测、规避灾害风险源、指

导工程设计和施工方案的调整，需开展方法试验，5.3条规定了开展方法试验

的基本规定。

第5.4条：本条规定了技术参数的设计，首先规定了收发距的测量条件，

收发距应尽可能满足附录A式（A.1）。其次，为确保半航空瞬变电磁探测野外

探测工作质量，提高工作效率，达到目标异常有效探测的目的，需对测区和比

例尺进行合理设计，本条对测区范围确定、比例尺选择进行了明确。

第5.5-5.6条：发射端和接收端是半航空瞬变电磁探测工作设计的主要内

容，合理的发射和接收设计能够提高探测结果质量和工作效率。发射端需具备

良好的接地条件，发射线源设计需同时满足探测深度和地形的要求，以保证足

够的信噪比。接收端需依据测区位置和工作目的进行合理规划，从测线布置、

控制线布置、飞行高度、飞行速度、无人机起降点、导航定位精度及偏航距等

工作进行设计，以确保无人机在接收端能够高效开展探测工作，且探测结果有

效合理。无人机半航空瞬变电磁探测在确定测线平面坐标后，为保障飞行安全

和控制飞行质量，应对飞行高度进行规划。

第5.7条：完成前期准备和测区设计的相关工作后，需开展野外探测工作

的设计书撰写，有计划、有指导地开展野外探测工作，本条规定了设计书编写

16

的内容与要求。

6、仪器设备

为保证野外探测工作中安全作业，需对仪器使用和维护、检查与测试做出

基本规定，包括仪器设备的主要技术指标、仪器的管理与维护、仪器安全使用

等。主要包括野外探测工作时发射装置、接收装置、无人机使用、维修、保养

需遵循的规范和要求。

7、野外数据采集

第7.1条：为定性了解工作区内噪声分布规律，设计抗噪措施，提高数据

质量，提高数据解释精度，规定了开展无人机半航空瞬变电磁野外探测工作时

需进行噪声调查，并明确了噪声调查的内容。噪声调查的目的是用于定性了解

工作区内噪声分布规律，设计抗噪措施，提高数据质量。噪声调查按照以下规

定执行：a)调查测区内噪声主要来源；b)在发射机不工作的情况下，在测区内

均匀选取设计航线数量的1/3的航线，使用无人机搭载接收装置进行数据采集；

c)对实测结果进行频谱分析，了解噪声的频带与分布特征，确定去噪设定参数

和数据叠加策略等抗噪措施。

第7.2条：本条规定了数据采集的具体工作要求。开展无人机半航空瞬变

电磁野外探测工作时，应做好数据采集工作和数据记录工作。采集的数据可用

于后续的处理和解译工作。

第7.3条：本条规定了野外验收与资料验收的内容。验收组应对野外原始

资料的完整性、规范性及数据质量进行审查。

8、数据质量评价

无人机半航空瞬变电磁数据采集工作完成后，需对数据进行质量检查。

第8.1条：规定了数据连续性评价的检查标准和内容。

第8.2条：规定了GNSS航迹评价的检查标准和内容。

第8.3条：规定了重复性检查的工作要求和合格标准。

9、数据预处理

无人机半航空瞬变电磁数据完成质量检查和评估后，合格的数据需通过去

噪、叠加、积分完成数据预处理，提高数据质量，方可用于数据处理和成像解

17

释工作。本章规定了预处理涉及的主要步骤和每一步的具体实施方法，包括天

电噪声、运动噪声的去除，姿态校正、数据叠加和时窗积分。当测区地形起伏

较大时，还应进行地形校正。

（1）天电主要由甚低频电磁波组成，其产生的原因主要有两个方面:太阳

的磁暴和赤道附近的雷电作用。由于天电噪声在时间域半航空瞬变电磁数据中

持续时间短和信号强度大的特点，因此其无论是沿着测线还是在某测点的数据

上均表现出“毛刺”的特征，而a-trimmed均值滤波器作为一种非线性滑动窗

口滤波器，其可以在保证数据完整性的前提下对数据中的“毛刺”进行有效去

除。

图4天电噪声（图中红圈处）

图5−均值滤波器计算原理示意图

�𝑡𝑟���

图6α-Trimmed均值滤波器滤波后数据

无人机半航空瞬变电磁探测的有效数据位于各周期数据中的“尖峰”内，

如图4圆圈内数据所示。去除“尖峰”需要准确识别“尖峰”的起跳点以及

终止点。“尖峰”终止点的确定选用指定数据点的策略，即指定某一数据点号

作为终止点。对于起始点的识别，需事先选择无人机半航空瞬变电磁勘探数据

的Haar小波变换分解等级，并设置合适阈值用以识别“尖峰”的起跳点。

（2）在半航空瞬变电磁数据采集过程中，接收线圈是通过一定长度

（5m～10m）的软绳悬吊在无人机下方，由于飞行时无人机的抖动以及自然风

力的影响，接收线圈会在空中产生自旋以及偏转运动，即运动噪声，从而使晚

18

期采集数据偏离于0并导致较大的数据误差，影响后续的数据成像及解释工作。

运动噪声在频率上表现为低频，且与有效信号频段相比，区别较大。采集的数

据由于运动噪声的存在无法用于反演，因而必须要对原始数据进行校正后才能

进行叠加和积分计算，获得合理的瞬变电磁衰减曲线。常用的小波分解和多项

式拟合去噪方法对纯二次场数据进行去噪，有效恢复原始数据状态。

图7运动噪声去除后数据（上）、以及原始数据（下）对比图

小波分解去噪：小波基函数选取，宜选取db7小波基函数和９级分解作为

无人机半航空瞬变电磁数据运动噪声小波去噪方案；经小波分解后，应剔除包

含运动噪声的小波分解系数并利用剩余的小波系数对数据进行重构，实现运动

噪声去除。

多项式拟合去噪：选取单周期原始数据并利用Haar小波变换剔除“尖峰”

数据；利用剩余数据选用最小二乘拟合法拟合得到最佳拟合方程表达式，多项

式阶数应根据实际需求进行选择；利用最佳拟合方程表达式通过数据重采样获

得所有数据点上的运动噪声拟合结果，并从原始数据中逐点剔除运动噪声。

（3）由于半航空瞬变电磁数据可近似看作单点多次采集，多次数据采集

的目的是后期进行数据叠加，从而压制数据中含有的随机噪声。数据叠加是通

过对采集到的多周期数据按照叠加原理实现的。具体参数和实现过程应根据发

射波形、发射基频、采样频率等参数进行设计。

（4）时窗积分的目的是在时间道上获得合理的瞬变电磁衰减曲线并进行

19

数据处理。半航空瞬变电磁数据可根据探测需求选择不同间距的时窗进行积分，

参数设置根据实际采集参数设置进行确定，包括开始时间和结束时间以及积分

时窗个数。

10、数据处理与资料解释

无人机半航空瞬变电磁数据完成质量检查和评估以及数据预处理后，最终

符合标准的数据方可用于数据处理和成像解释工作。本章规定了视电阻率计算、

数据成像和资料解释的内容。

11、绿色勘查与安全管理

本章规定了开展无人机半航空瞬变电磁的绿色勘查，以及野外探测工作时

需采取的必要安全管理，包括安全措施、飞行现场管理、应急预案制定等。

12、成果报告

为系统总结探测工作及探测成果，需要在完成野外探测工作和数据处理与

解释后撰写成果报告，撰写成果报告前需要进行野外工作验收，验收合格后方

可撰写报告。本章规定了成果报告的编写要求、报告主要内容大纲、需包含的

必要图件等。

13、附录

附录文件主要为最优探测区域设计、设计书编写、仪器技术指标、野外数

据记录及质量评价、成果报告编写等提供参考的资料性和规范性文件。包括最

优探测区域设计方法（资料性）、设计书编写内容与要求（资料性）、无人机半

航空瞬变电磁探测法仪器设备主要技术指标要求（资料性）、无人机半航空瞬

变电磁探测数据记录（资料性）、数据质量评价表（资料性）、成果报告编写提

纲及要求（资料性）。

3.2.2半航空瞬变电磁探测主要技术指标、参数试验验证

目前针对复杂地形条件下半航空瞬变电磁法的理论研究、软件开发、硬件

研发等工作还处于起步阶段，国外由于航空瞬变电磁发展成熟，半航空瞬变电

磁推广应用较少，相关研究较为匮乏。结合我国资源勘探和基础设施建设逐渐

向着地形极端复杂的西南地区推进，开展半航空瞬变电磁法的方法研究和应用

推广势在必行。编写组成员针对半航空瞬变电磁理论、方法、软件、硬件的关

20

键技术开展了大量的调研与研究，形成了系统性的技术成果体系。

（1）半航空瞬变电磁探测最优探测区域设计理论

为合理规划探测区域、满足勘察任务需求，提出基于衰减率函数的半航空

瞬变电磁有效观测区域设计方法，建立了包含收发距、目标埋深、背景电阻率

的最优探测区域设计方程，实现半航空瞬变电磁观测系统科学、合理设计。

与可控源音频大地电磁或长偏移距瞬变电磁在远区观测不同，半航空瞬变

电磁法采用较小的偏移距获得较大的信噪比。针对半航空瞬变电磁地面长导线

源激发、空中接收的新型装置形式，通过半航空瞬变电磁正演理论获取地下感

应电流场分布，并进行footprint和敏感度分析，提出了数据能量比定义，评

估数据质量。同时，研究了该勘探装置形式下的主要有效探测区域以及其在不

同衰减时间、不同偏移距和不同接收点相对源位置下的分布特点和规律。

图8对照组1:研究不同低阻层埋藏深度下对边界分布的影响

图9对照组2:研究不同导线源长度下对边界分布的影响

此外，根据瞬变电磁二次场的衰减原理，利用定义的标准衰减率进行最优

观测区域的划分，提取区域边界分布信息，利用数值模拟计算不同埋藏深度和

不同导线源长度下的边界分布，并采用最优曲线进行拟合，经总结归纳得到勘

探区域边界方程划分适合与非适合勘探区域并总结归纳得到区域边界分布方程

对观测区域进行优化设计，建立了包含收发距、目标埋深、背景电阻率的最优

探测区域设计方程（公式(1)），实现半航空瞬变电磁观测系统/科学、合理设

21

计。

(1)

该研究成果可支撑的探测区域设计、发射与接收设计的相关技术要求，以

及附录A中最优探测区域设计的基本规定。

（2）基于BEDS-FDTD半航空瞬变电磁快速正演算法

理论研究方面，为解决半航空瞬变电磁快速正反演计算的问题，开发了半

航空瞬变电磁三维快速正演方法，针对半航空瞬变电磁非紧凑观测系统带来的

网格数量多、复杂地形剖分难度大、计算时间长等问题，研究了隐式时域有限

差分正演方法，包括全波形激励方法、卷积完全匹配层吸收边界、直接拆分算

法等。

采用Centereddifference（CD）对Maxwell偏微分方程进行空间离散，

采用一阶BackwardEuler（BE）方法对常微分方程进行时间离散，使时间步

长突破CFL限制；引入DirectSplitting（DS）策略将电磁场分量解耦，并

将大型稀疏矩阵降阶和重构为一系列低阶且主对角占优的三对角矩阵，加快方

程求解效率；而且，为了减少模型尺寸，针对上述改进的全新方程，本研究采

用双线性变换方法（bilineartransform，BT）推导了复频率偏移完全匹配层

（complexfrequencyshiftedperfectlymatchedlayer，CFS-PML）吸收边

界，形成瞬变电磁三维正演全新算法：BEDS-FDTD。采用vonNeumann方法测

试了新算法在有耗介质中、非均匀时间步长下的稳定性。为验证算法的可行性

和计算精度，将BEDS-FDTD算法用于模型实验，并将模拟结果与层状模型的半

解析解进行了对比，BEDS-FDTD算法的计算精度能够满足数值模拟和工程应用

的需要；同时对新算法的计算效率进行了分析，当采用TeslaA100GPU计算

时，50×50×50网格数目的模型仅用10s，即使网格数目增加到200×200×

200，也仅需224s（如下图所示）。

22

图10BEDS-FDTD算法计算速度对比

该研究成果可支撑数据处理与资料解释的视电阻率计算和方法试验及正演

计算的相关内容，可利用该算法对探测区域工况进行快速正演模拟计算，评估

半航空瞬变电磁在该工况下的可行性及有效性。

（3）基于ARM双MCU架构的半航空瞬变电磁专用接收系统

目前国内缺乏半航空瞬变电磁探测的专用接收系统，编写组成员近年来在

半航空瞬变电磁探测硬件研发取得了一系列成果。研发的半航空瞬变电磁接收

机采用全时域数据采集方式，高速、连续不间断地采集信号。为满足二次场弱

信号的测量，开发了高稳定性、高分辨率、高信噪比以及高精度同步等特性的

接收系统。

研制了双CPU架构的高采样率、全波形半航空瞬变电磁采集系统，采用

256ksps采样率进行高质量数据采集，具备24bit的ADC采样位数，提高整体

数据的采样精度；使用DMA和SDRAM技术实现高速采样和数据存储，搭载

FATFS文件系统，实现对SD文件创建，读写等功能；数据采集完成后设计通

过WIFI/USB2.0等方式进行数据传输；采用电池充电式供电模式，使用低噪声、

高共摸抑制比的线性电源进行系统供电，并配备LED电池电量显示。系统数据

采集时，为确保收发系统信号精准同步，使用GPS秒脉冲的方式进行时间戳校

准同步。为保证用户实时把控接收机状态，加入系统状态LED指示灯，分别用

来指示储存状态、SD卡状态、电源供电是否正常，PPS秒脉冲是否正常，WIFI

状态等。主要技术参数见表1。

23

图11接收机主板

图12接收机主机

表1接收机主要技术参数

指标参数

采样类别连续采集

采样速度/位数256ksps/24bit

噪声水平<10μV/RMS

同步方式PPS秒脉冲

续航时间≥8h

USB传输速度1MB/s

动态范围60dB

重量0.65kg

由于半航空瞬变电磁二次场信号幅值相对较小，这就要求接收线圈需要较

高的信噪比。研制了多层交错式瞬变电磁差分接收线圈，使用多层交错式差分

绕制方法来提高信噪比和线圈的灵敏度，通过特定绕制方法提高空心感应线圈

的带宽。通过调节线圈阻尼来降低二次场信号的失真度和提高动态跟随特性，

动态跟随特性的提高有助于降低信号延时，增加探测精度。为解决模拟信号远

距离传输问题，采用全差分传输方式来降低共模信号的干扰。融合GPS、北斗

定位和高精度陀螺仪实时获取线圈姿态，可实现线圈状态的数字重现。

(a)姿态模块(b)调理电路模块

图13接收线圈姿态及调理电路模块实机

24

表2接收线圈主要技术参数

指标参数

有效面积11,200m²

系统带宽≥40kHz

姿态系统9轴陀螺仪/气压/温度

姿态/GNSS采样率5Hz

定位精度2m

动态范围60dB

噪声水平<3nV/sqrt(Hz)

灵敏度