Пример использования геодезического дрона для контроля эффективности работ в золоторудном карьере

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА, дроны) стали популярными инструментами для самых разных видов съемок во многих сферах науки и производства. В том числе они получили широкое применение в геодезии, картографии, горнодобывающей промышленности.

По мнению Сергея Заверткина, директора по развитию промышленных решений компании Skymec, традиционные методы геодезических исследований по-прежнему остаются востребованными, однако БПЛА позволяют гораздо быстрее собирать качественные данные за счет использования новых функциональных возможностей оборудования и программного обеспечения для фотограмметрической обработки, 3D-моделирования, топографической съемки и многого другого. Поэтому сегодня отмечается постоянно растущий спрос на беспилотные технологии.

Эффективность использования беспилотных летательных аппаратов для того или иного типа сьемки (или даже сразу для нескольких ее видов) определяется правильно подобранным комплексом интегрированного или навесного специализированного оборудования. Например, геодезические дроны для полноценной работы могут быть оборудованы компактной камерой и GNSS приемником геодезического класса для профессиональной аэрофотосъемки. Беспилотники для аграриев оснащаются мультиспектральной камерой для получения изображений в разных спектральных диапазонах для мониторинга роста сельскохозяйственных культур. Для инспекций инфраструктуры и в системах безопасности применяются дроны с тепловизорами, которые позволяют дистанционно определять температуру поверхности исследуемого объекта или выявлять нарушителей в охраняемой зоне.

Геодезические дроны позволяют оперативно получать точные геопространственные данные в том числе для объектов горнодобывающей промышленности.

Например, инженеры огромной японской транснациональной корпорации Komatsu для анализа эффективности работы карьерной техники использовали дроны DJI, оснащенные GNSS приемниками геодезического класса. Фотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъемки оказалась очень эффективной при создании цифровых двойников разрезов с детальной прорисовкой в трехмерной среде моделирования трасс дорог и конфигураций карьеров. Для маркшейдерского обеспечения горных работ такая технология тоже имеет хорошие перспективы в дополнение к традиционным методам получения геопространственных данных с помощью тахеометров и мобильных GNSS приемников.

В районе Усть-Каменогорска (Казахстан, зона степей и предгорий) специалисты вышеупомянутых компаний Komatsu и Skymec использовали БПЛА для аэрофотосъемки с последующей фотограмметрической обработкой полученных материалов не только для построения геопространственной модели карьера на золоторудном месторождении, но и для мониторинга динамики открытых горных работ. Они опробовали новую методику оценки производительности одного из экскаваторов, произведенных в Komatsu. Для этого в начале и в конце смены в воздух поднимался дрон Phantom 4 RTK производства китайской компании DJI и выполнялась съемка участка работ. Путем сравнения трехмерных моделей этого участка, полученных до и после смены, с высокой точностью рассчитывался объем извлеченной экскаватором породы (рис. 1).

Рис. 1. Инженеры компаний Komatsu и Skymec определяли точные объемы породы, извлекаемой экскаватором за каждую смену, с помощью аэрофотосъемки с дрона DJI Phantom 4 RTK и последующей фотограмметрической обработки полученных материалов

Затем инженеры компаний Komatsu и Skymec применили облет беспилотным летательным аппаратом DJI Phantom 4 RTK и съемку почти всей территории ведения горных работ (около 5 кв. км) на высоте 350 м и со скоростью 8 м/с и степенью перекрытия 60% в поперечном направлении и 80% в продольном (рис. 2). Для повышения точности и качества детализации земной поверхности в чаше карьера был выполнен дополнительный пролет на высоте 175 м с использованием режима следования рельефу (Terrain Awareness Mode). Такой гибкий подход к планированию маршрутов съемки стал возможен благодаря новому приложению DJI GS RTK, разработанному специально для выполнения задач аэрофотосъемки для картографирования, геопространственных исследований и 3D моделирования. Достаточно загрузить матрицу высот и ввести основные параметры съемки (высоту, курсовой угол, степень перекрытия, выдержку), чтобы траектория полета и скорость были рассчитаны автоматически. После фотограмметрической обработки полученных материалов аэрофотосъемки была построена 3D-модель карьера для внедрения системы контроля эффективности работы техники. Если говорить о временных затратах, то в сумме было потрачено всего 90 минут на полет и 4 часа на обработку собранных данных.

Рис. 2. Инженеры компаний Komatsu и Skymec применили облет беспилотным летательным аппаратом почти всей территории ведения горных работ с последующей фотограмметрической обработкой полученных материалов для построения 3D-модели карьера для внедрения системы контроля эффективности работы в нем техники

Для имитационного моделирования работы горнодобывающего предприятия компания Komatsu использует специальную компьютерную программу, в которую вводятся данные о геопространственных характеристиках карьера и о каждой единице работающей там техники - экскаваторах, погрузчиках, самосвалах.

Импорт геопривязанной 3D-модели разреза, полученной в результате фотограмметрической обработки данных аэрофотосъемки, в формате OBJ в программу имитационного моделирования позволило на качественно новом по точности уровне рассчитывать уклоны технологических дорог, оптимальность трасс вывоза пустой породы и анализировать эффективность работы карьерной техники. Отдельно нужно отметить и огромный прогресс в качестве визуализации процессов на фотореалистичной модели. С помощью имитационного моделирования можно спрогнозировать производительность и результаты работы карьера за разные промежутки времени от одного дня до года и более. Изменяя различные параметры, например, схему расстановки техники, трассы движения самосвалов, уклоны технологических дорог, можно найти оптимальную конфигурацию, при которой производительность будет максимальной.

Помимо очевидных экономических преимуществ точного прогнозирования объемов выработки стало возможным выявлять причины потерь эффективности производства и работать непосредственно над их устранением. По статистике до 50% себестоимости открытых горных работ на любом карьере составляют затраты на вывоз пустой породы. Поэтому оптимизация работы карьерной техники и сокращение именно этих затрат хотя бы на 10% уже даст существенную экономию, которая позволит окупить вложения на внедрение современных методов имитационного моделирования для анализа функционирования карьера.

Таким образом, для создания детализированных геопривязанных трехмерных моделей работающих карьеров с помощью фотограмметрической обработки необходимы аэрофотосъемка (которую дешевле всего делать с дронов) и специализированное программное обеспечение для последующей обработки фотоснимков. В результате обработки получаются цифровые модели рельефа на разные моменты времени, анализируя которые, можно рассчитывать объемы вывозимой породы в период между разными съемками при минимальном количестве полевых работ и привлечения большого количества маркшейдеров. Также появляется возможность визуализации изменений рельефа в карьере и динамики открытых горных работ, а интеграция с программами имитационного моделирования позволяет еще и оптимизировать производственные процессы.

С. Заверткин подчеркивает, что основанный на этой технологии мониторинг производительности отдельной единицы или всего парка карьерной техники практически за любой промежуток времени открывает новые горизонты в области работы объектов горнодобывающей отрасли.