浅地表水资源是生态环境保护、农业灌溉以及区域水资源管理中的关键要素。传统的水资源调查手段，如钻孔、水文地球化学采样和常规地面地球物理方法，难以满足大范围、高密度数据采集的需求。近期，我院程勤波副教授与英国兰卡斯特大学的Andrew Binley教授合作，在水文学领域权威期刊《Water Resources Research》上发表了系列论文：《Multi-Elevation UAV-Based Frequency Domain Electromagnetic Method for Data Calibration and Field Investigation》与《Combined Measurement of Soil Permittivity and Electrical Conductivity Using UAV-Based Ground Penetrating Radar》，研究提出了基于无人机载频域电磁法与探地雷达的先进勘测技术，成功实现了对浅地表水资源分布以及地表土壤水分与盐分的快速、高效探测，为现代水资源调查提供了创新解决方案。
研究团队设计并构建了两套无人机载探测系统：（1）多高度无人机载频域电磁系统（UAV-FDEM，图1）：该系统专注探测浅地表三维电导率分布，通过不同飞行高度的扫描式测量，采集随深度变化的电磁响应数据，反演得到高精度三维地下电导率模型，有效圈定地下含水体；（2）多频无人机载地质雷达系统（UAV-GPR，图2）：该系统用于精准勘测地表介电参数（介电常数与电导率），通过搭载不同中心频率的雷达天线，采用多高度测量策略，有效分离并估算这两种关键介电参数，为地表含水量和盐分分布的快速制图提供可靠依据。
研究核心创新点在于采用了“多高度、空间扫描”的测量模式，该模式通过改变飞行高度来获取垂直方向上的海量信息，实现真正的三维空间探测，显著增强了反演结果的稳定性和探测精度。
研究成果在南京长江河岸带、西藏羊八井热泉区和黄海盐碱化农田进行实地测试，结果显示：UAV-FDEM成功描绘了地热水的入侵范围及其潜在地下流动通道，测得的高电导率异常区对应于地热水入侵区，与实地热泉分布特征相符，进一步对比分析显示，UAV-FDEM的探测结果与高密度电法（ERT）结果具有良好一致性；UAV-GPR能够准确反映研究区内土壤水分与盐分的空间分布特征，其测得的介电常数与电导率结果与HydraProbe等接触式探针的实测数据高度一致。
无人机载电磁勘探技术融合了无人机的高机动性与电磁探测的高灵敏度，能够在非接触式条件下获取浅层水文地质与土壤信息。该技术具有覆盖效率高、探测范围广、分辨率高、环境适应性强、操作灵活便捷等显著优势，在区域水文地质调查、地下水资源评价、生态环境监测及地质灾害防治等领域展现出广阔的应用前景。
图 1 无人机载频域电磁仪设计草图（a）及原型机（b）
图 2 无人机载地质雷达设计草图（a）及原型机（b）
图 3 无人机载频域电磁仪在西藏羊八井热泉区测试结果
图 4 无人机载地质雷达在长江河岸带测试结果
论文链接：
Cheng, Q., Cheng, Y., Ma, Z., Binley, A., Liu, J., Zhang, Z., et al. (2025). Combined measurement of soil permittivity and electrical conductivity using UAV-based ground penetrating radar. Water Resources Research, 61, e2024WR039519. //doi.org/10.1029/2024WR039519
Cheng, Q., Ma, Z., Binley, A., Chai, J., Liu, J., Zhang, Z., & Chen, X. (2025). Multi-elevation UAV-based frequency domain electromagnetic method for data calibration and field investigation. Water Resources Research, 61, e2024WR039579. //doi.org/10.1029/2024WR039579