Аннотация: Цель данной статьи раскрыть преимущества современных технологий с применением беспилотных авиационных систем (БАС) для решения задач маркшейдерии на производстве.

Цель данной статьи раскрыть преимущества современных технологий с применением беспилотных авиационных систем (БАС) для решения задач маркшейдерии на производстве. 

До недавнего времени для решения классических маркшейдерских задач, в том числе по определению объема сыпучих материалов на открытых складах и объема выработки грунта на карьерах, использовались следующие методы:
 - инструментальный, заключающийся в проведении тахеометрической съемки объекта исследования, к примеру, кучи щепы на складе. Метод является самым трудоемким и дорогостоящим, а также подвергает сотрудников полевой службы риску на производстве. 
- дистанционный, в котором могут применяться как данные полученные при помощи лазерного сканера (наземного либо воздушного), так и материалы аэрофотосъемки, полученные с пилотируемого летательного аппарата (ЛА) и специализированной аэросъемочной аппаратурой. Такой способ подразумевает под собой покупку либо аренду дорогостоящий техники и ЛА, подготовку и содержание штата высококвалифицированных специалистов, а также зависит от погодных условий.
Современный уровень развития техники, в частности в сфере беспилотной авиации и доступной по цене и качеству фотоаппаратуры позволяют находить способы создания технологий на их основе, которые значительно снижают финансовые и временные затраты на выполнение задач маркшейдерии на производстве. 
Ярким представителем Российского и Международного рынков в данной сфере является группа компаний «Геоскан» (далее – ГК Геоскан), обладающая всеми необходимыми элементами технологии собственного производства для решения задач маркшейдерии. 
Рассмотрим подробнее состав программно – аппаратных комплексов и технологий, базирующихся на их основе.
ГК Геоскан разработаны уникальные программно – аппаратные комплексы (далее – ПАК), включающие в себя следующие компоненты:
1.   Беспилотные авиационные системы (БАС), технические характеристики которых отображены на [Рисунке 1].


 
Рисунок 1 – Технические характеристики БАС «Геоскан».

Данные системы имеют ряд преимуществ перед конкурентами, а именно:
•   Экологически безопасны (электрические двигатели);
•   Низкий уровень шумов;
•   Высокая производственная эффективность каждого типа БАС в своем сегменте;
•   Максимальный уровень автоматизации управления с возможностью контроля оператором;
•   Высокий уровень безопасности проведения полетов;
•   Простота в эксплуатации;
•   Доступная цена.
Полезная нагрузка, которая устанавливается на БАС «Геоскан» варьируется в зависимости от поставленных задач. Как правило, для топографических и маркшейдерских задач используются беззеркальные камеры центрального затвора, с фокусом от 20 до 35 мм и размером матрицы от 16 до 24 Мп. На БАС «Геоскан» активно используется камера Sony DSC RX-1, которая проходит стендовую калибровку и модификацию по управлению и питанию. 
Для задач сельского и лесного хозяйств дополнительно используются камеры Sony Alpha A5000, модифицированные под спектрозональную съемку. Для мониторинга пожаров и коммуникаций  используется  тепловизор. 
В целях получения центров фотографирования, участвующих в процессе уравнивания аэрофотоснимков, БАС «Геоскан» снабжены высокоточными геодезическими приемниками GNSS «Topcon B110», либо аналогичными. 

2.   Второй ключевой компонентой ПАКов является программное обеспечение (ПО) «Agisoft PhotoScan Pro», предназначенное для фотограмметрической обработки данных АФС в автоматизированном режиме при минимальном участии оператора. 
ПО позволяет создать: облака точек (аналог результата лазерного сканирования), ортофотопланы, цифровые модели местности и рельефа, а также высококачественные текстурированные фотореалистичные 3D модели объектов на основе цифровых фотографий. 
Широкий выбор форматов экспорта и импорта позволяет взаимодействовать со многими профильными программами, в том числе ГИС Спутник, AutoCAD, Mapinfo, QGIS, Photomod и другими.

3.   Третьим ключевым компонентом ПАКа является программное обеспечение «ГИС Спутник» - это современная трехмерная геоинформационная система, позволяющая отображать и анализировать геопространственную информацию в едином 3D пространстве с учетом временной динамики.
Основными функциями программы являются: визуализация и анализ ортофотопланов, ЦММ, ЦМР, в том числе анализ метрических данных объектов, расчет объемов положительных и отрицательных форм рельефа с возможностью изменений характеристик объектов, снятых в разное время.
 «ГИС Спутник» может использоваться предприятиями для оценки состояния трубопроводов (деформации, выявление незаконных врезок и построек, состояние грунтов и степень зарастания) и линий электропередач, мониторинга состояния дорог (выявление дефектов полотна, деформации насыпи), а также вычисления объемов горных выработок, отвалов и т.д.
Процесс определения объема щепы на открытом складе целлюлозно бумажного комбината в интерфейсе «ГИС Спутник» изображен на  [Рисунке 2].

  
Рисунок 2 – Процесс определения объема щепы на открытом складе целлюлозно бумажного комбината в интерфейсе «ГИС Спутник» 

Программно – аппаратные комплексы на основе беспилотных авиационных систем «Геоскан» находят свое применение в следующих областях:
1)   Топография – создание на основе аэрофотосъемочного материала ортофотопланов, ЦММ и ЦМР;
2)   Маркшейдерия - определение объемов выработки в карьерах, а также сыпучих материалов на открытых складах и т.д.
3)   Лесная промышленность - определение объемов штабелей бревен на лесозаготовках и складах, мониторинг состояния лесов, выявление незаконных вырубок, лесотаксация с применением спектра CIR;
4)   Сельское хозяйство (с применением индекса NDVI).
5)   Мониторинг строительства;
6)   Мониторинг лесных пожаров, паводков;
и в  других областях народного хозяйства.
Исходя из возможностей ПАКа, была разработана следующая технология применимая к задачам маркшейдерии (на примере определения объемов сыпучих материалов на открытых складах):

I.   Подготовительные работы.
•   Согласование работы в воздушном пространстве, получение разрешительной документации;
•   Определение границ склада;
•   Закладка и измерение контрольных точек (внешний вид маркера планово-высотного обоснования и схема закладки ПВО отображены на [Рисунке 3]);
•   Подготовка проектов АФС.

II.   Аэрофотосъемочные работы.
•   Выбор точек взлета и посадки БАС;
•   Установка базовой станции (GNSS приемник в режиме статики);
•   Проведение аэрофотосъемки;
•   Предварительная проверка данных в полевых условиях на наличие и целостность.

III.   Камеральные работы.
•   Обработка геодезических данных (получение центров фотографирования);
•   Фотограмметрическая обработка аэрофотоснимков, получение ортофотопланов, ЦММ и ЦМР, пример ЦММ кучи щепы на складе показан на [Рисунке 4];
•   Проведение контроля точности;
•   Построение высокоточной текстурированной фотореалистичной 3 d модели объекта (кучи щепы), пример 3 d модели показан на [Рисунке 5];
•   Экспорт данных в геоинформационную систему.

IV.   Аналитическая работа в геоинформационной системе.
•   Расчет объема объекта.

 
Рисунок 3 - Внешний вид маркера планово-высотного обоснования и схема закладки ПВО. 

 
Рисунок 4 - Изображение ЦММ «кучи песка» на открытом складе в интерфейсе «Agisoft PhotoScan Pro». 

 
Рисунок 5 - Изображение 3 d модели «кучи песка» на открытом складе в интерфейсе «Agisoft PhotoScan Pro». 

Данная технология разработанная сотрудниками ГК «Геоскан» была неоднократно апробирована на многих промышленных объекта к примеру:
Братский ЦБК, объекты лесопромышленного комплекса «Монди», ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания» и т.д.
      Результаты апробации технологии ГК Геоскан показали, что определение объемов материалов с применением БАС не уступают по качеству инструментальным измерениям (расхождения по значениям составило  1% от объема), а по полноте получаемой информации -  превосходят. Точность построения модели объекта составила 0,05 м в плане и 0,1 м по высоте, что говорит о высокой точности данного метода. 

К основным преимуществам Технологии ГК Геоскан можно отнести:
- высокая точность получаемых материалов;
- оперативность выполнения работ;
- компоненты ПАК разрабоны и произведены в России ГК Геоскан;
- минимальные трудозатраты по сравнению с традиционными методами съемки;
- возможность применения Технологии специалистами разного профиля (не требует глубоких знаний в области геодезии, аэрофотосъемки, картографии).

       Указанные качества позволяют кратно повысить эффективность выполнения маркшейдерских работ, сэкономить существенные средства при регулярном мониторинге объемов сыпучих материалов на открытых складах. 
       В целях подтверждения полученных результатов и эффективности технологии, ГК Геоскан проведена добровольная сертификация и исследовательские испытания ПАКов в специализированных организациях.
       В настоящий момент ведется подготовка к сертификации новых серий БАС «Геоскан 101» и «Геоскан 201» на базе Геодезического полигона МИИГАиКа на предмет соответствия получаемой продукции требованиям действующих нормативновно - технических документов и правовых актов.
       Также запланированы исследовательские испытания на предмет оценки точности полигональной трёхмерной модели территории в сравнении с инструментальными измерениями.
       Следует отметить, что современные производители БАС, как правило, предлагают нецелостные решения: производят только беспилотные системы, либо исключительно ПО, что не позволяет создать полноценную технологию, где каждый элемент дополняет друг друга.
       В решениях ГК Геоскан есть все необходимые элементы технологии, обеспечивающие получение данных АФС, их обработку и анализ, что позволяет формировать пакетные решения для современного бизнеса, оптимизирует расходы и упрощает сервисное обслуживание каждого из элементов ПАК. 
       Также технологии «Геоскан» доступны и как сервисная услуга, где специалисты ГК «Геоскан» выполняют повседневные маркшейдерские работы на предприятии.
       Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что технология 
ГК Геоскан проявила себя наилучшим образом, в том числе в решении задач маркшейдерии. Показала свою оперативность и точность (расхождение с инструментальными измерениями в пределах 1%), простоту и доступность в эксплуатации, что позволяет рекомендовать технологии ГК Геоскан для применения в маркшейдерских работах на предприятиях.

---

Курков Михаил Владимирович, начальник научно-исследовательского отдела, ООО "Скан" (резидент ИТЦ "Сколково") из состава ГК Геоскан, E-mail: m.kurkov@geoscan.aero;
Семёнов Алексей Евгеньевич, генеральный директор, ООО "Геоскан" из состава ГК Геоскан, E-mail: a.semenov@geoscan.aero;
Котов Артём Александрович , начальник геодезического отдела, ООО "Титул" из состава ГК Геоскан, E-mail: a.kotov@geoscan.aero

Данная статья была опубликована в журнале "Маркшейдерский Вестник" №3 (118) май-июнь 2017, стр. 42-46.




Источник: https://www.geoscan.aero/forum/index.php?action=articles;sa=view;article=17