本发明公开了一种基于无人机平台的地下人工空洞多物理场综合探测系统及其运行方法，包括地面大功率电磁发射源和空中无人机平台，在空中无人机平台上搭载电磁探测系统、重力探测系统和伽马能谱探测系统。本发明所公开基于无人机平台的地下人工空洞多物理场综合探测系统，针对0—200米的地下人工空洞探测而设计，能够有效探测浅地表地下人工空洞信息，可将航空电磁、航空重力、航空伽马能谱等多物理场探测系统获取的单源信息进行合理的数据融合与解释，提升了对地下人工空洞的探测分辨率和识别准确率，实现了由地表到地下的快速、高效、多尺度立体探测。