ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Деятельность любого горнодобывающего предприятия невозможна без отлаженной маркшейдерской службы. Однако традиционный подход к маркшейдерскому обеспечению горных работ приводит к значительным потерям времени и малой экономической эффективности, а при дефиците квалифицированных кадров, и к низкому качеству самих работ.

К.А.Шрайнер,гл.маркшейдер ООО НПП «АВАКС-ГеоСервис»

При выполнении тахеометрической съемки объектов горнодобывающего предприятия требуется одновременное участие нескольких специалистов на продолжительный период времени. Для повышения эффективности возможно применение аэрофотосъемки (АФС) с

пилотируемых летательных аппаратов, дешифрирование спутниковых снимков, либо аэрофотосъемки (АФС) с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Для регулярной съемки участков местности площадью до 10  км2  или  при  периодическом мониторинге, рентабельным методом является съемка с использованием  БПЛА«DELTA-M». В отличие от пилотируемой авиации, данному аппарату не требуется специального аэродрома, достаточным условием для взлета и посадки является наличие открытой площадки 50 на 70 метров. Современные конфигурации комплекса БПЛА обеспечивают вы сокую разрешающую способность (до 3 см на пиксел), минимальную зависимость от погодных условий и оперативность получения информации в сравнении со спутниковой съемкой.

Отличительной особенностью БПЛА «DELTA-M», предназначенного для квалифицированного решения горнотехнических задач, является наличие опорно-поворотного устройства для стабилизации оптической оси и высокоточного приемника глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС).

Применение беспилотных летательных аппаратов позволяет выполнять съемку труднодоступных мест, исключая нахождение в них работников предприятия, и не подвергая их риску для жизни и здоровья.

Цифровые модели поверхности труднодоступных и опасных участков, построенные по результатам АФС

Благодаря полной автоматизации управления БПЛА, при работе с ним от оператора не требуется навыков пилотирования и длительного обучения. Для выполнения съемки всех объектов горнодобывающего предприятия достаточно одного-двух сотрудников. Мобильность комплекса позволяет в течение одного светового дня выполнить АФС площади до 70 км2.

Для получения высокоточных данных, необходима инструментальная привязка и закрепление сети наземных опознавательных знаков, которые представляют собой правильные кресты с обозначенным центром, например с помощью ГНСС приемников Stonex S10.

Перед запуском БПЛА, в наземном комплексе управления (НКУ) задаются: область съемки, требуемые значения продольного и поперечного перекрытия и высота полета, от которой зависит получаемое пространственное разрешение снимков. По указанным параметрам, НКУ автоматически создает маршрут, следуя по которому, БПЛА совершает съемку и определяет координаты каждой точки фотографирования.

Получение качественных результатов возможно при обработке данных АФС только в специализированных программных пакетах, таких как: «Pix4DMapper», «Photoscan», «PHOTOMOD». Наибольшей степенью автоматизации процессов и возможностью получения подробного отчета о результатах обработки обладает швейцарское ПО «Pix4DMapper».

Обработка материалов аэрофотосъемки полностью автоматизирована, для этого необходимо загрузить полученные аэрофотоснимки, положение центров фотографирования и задать координаты опорных точек, после чего ПО автоматически определит связующие точки на соседних снимках и произведет уравнивание по указанным опорным точкам.

После уравнивания в автоматическом режиме строится плотное облако точек, сравнимое с результатами лазерного сканирования, которое представляет собой точную цифровую модель местности (ЦММ), включающую в себя все объекты, попавшие в поле зрения фотокамеры. Для получения цифровой модели рельефа (ЦМР), необходимо провести фильтрацию плотного облака точек, исключив из него растительность, строения, автотранспорт. Полученная ЦМР в дальнейшем используется для подсчета объемов выработки горной породы.

Абсолютная точность получаемых материалов составляет 10-15 см в плане и 15-20см по высоте, а относительная точность взаимного ориентирования снимков достигает 2см, что позволяет использовать результаты АФС для построения топографических планов, составления горной графической документации, подсчета объемов и решения других горнотехнических задач. Благодаря фотографическому изображению, полнота и достоверность получаемых при съемке материалов значительно выше, чем при традиционной тахеометрической съемке.

Формат данных, получаемый в результате фотограмметрической обработки, совместимы с любыми современными геоинформационными системами (ГИС) и легко конвертируется в требуемый формат. Детальная модель местности несет в себе большой объем информации, поэтому дальнейшую ее обработку рекомендуется производить в специализированных горно-геологических информационных системах (ГГИС), таких как ПО «Micromine», «Mineframe», «Surpac».

Для проведения АФС с целью подсчета объемов горной породы, на карьере площадью 2 км2, потребуется 1 час. Получение ортофотоплана и ЦМР занимает не более 4-х часов автоматической обработки, которую возможно производить в ночное время без участия оператора. Подсчет объемов в ПО «Micromine» заключается в указании контура, внутри которого производилась выемка горной породы и вычитании трехмерной модели, полученной при съемке за предыдущий отчетный период из текущей модели. Автоматизированный подсчет извлеченной горной породы занимает не более 10 минут для одного месторождения. Время полного технологического процесса составляет порядка 6 часов для крупного месторождения. Традиционная методика работ потребует не менее трех дней, что показывает высокую эффективность использования БПЛА.

На данный момент уже существует положительный опыт применения ЦМР, полученной по данным с БПЛА «DELTA-M», в качестве основы для подсчета объемов горных выработок. Внедрение технологии АФС с БПЛА производится постепенным замещением тахеометрической съемки, что позволяет контролировать точность получаемых результатов.

Для формирования отчетной документации в контролирующие органы необходимо предоставлять планы и разрезы, оформленные в соответствии с условными обозначениями на бумажном носителе.

Для решения этой задачи, по ортофотоплану и ЦМР векторизуются все требуемые элементы (верхняя и нижняя бровки уступов, транспортные съезды, строения, насыпи, положения устьев скважин), а инструментами ПО строятся разрезы по заданным линиям, после чего план распечатывается.

Помимо подсчета объемов и оформления графической документации, по результатам АФС оперативно определяются координаты устьев взрывных и разведочных скважин, расположение всех технических сооружений на территории карьеров (временные балки, ЛЭП и электрические подстанции, насосы, трубопроводы).

Наглядность ортофотоплана и детальность плотного облака точек позволяют использовать полученные материалы не только маркшей дерской, но и геологической службой. По ортофотоплану с высоким разрешением точно и оперативно выявляются зоны трещиноватости на бортах и вблизи карьеров, при наличии маркирующих слоев ведется их оконтуривание.

По результатам периодической аэрофотосъемки, службой главного инженера ведется контроль за соблюдением техники безопасности и технологии производства работ.

Технология беспилотных летательных аппаратов в настоящее время отработана и готова к интеграции на горнодобывающие предприятия. Применение БПЛА позволяет оперативно и с высокой точностью производить картирование и мониторинг территории предприятия, а также решать широкий спектр горнотехнических задач, включающий в себя подсчет объемов горных выработок, выполнение землеустроительных работ, построение разрезов, поиск зон трещиноватости и привязка скважин. Фактором, замедляющим развитие технологии, являются консервативный подход специалистов предприятий, связанный со слабой нормативной базой, обновление которой требует тесного сотрудничества горнодобывающих предприятий, контролирующих органов и производителей БПЛА.