БПЛА в структуре геоинформационного обеспечения служб горнодобывающего предприятия. Состояние и перспективы.

К.А. Шрайнер – гл. маркшейдер ООО НПП «Автономные аэрокосмические системы – ГеоСервис»
kshrainer@uav-siberia.com
В.А. Макаров – д.г-м.н., профессор, директор Института Горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Типы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)

1. Мультикоптер

Достоинства:
-Компактность и мобильность;
-Низкая стоимость;
-Отсутствие требований к месту посадки.
Недостатки:
-Малое время полета (около 20 минут);
-Малый радиус удаленности от точки старта;
-Отсутствие механизма аварийного спасения;
-Ручное управление;
-Слабая адаптация под аэрофотосъемку;
-Необходим специалист для управления.
pic

2. Летающее крыло

Достоинства:
-Время полета до двух часов;
-Полная автономность;
-Старт с пневматической катапульты;
-Многоступенчатая система аварийного спасения;
-Высокоточный GPS\ГЛОНАССприемник в составе автопилота.
Недостатки:
-Необходимость наличия автомобиля\электрической сети для подключения компрессора;
-Нерентабельность на малых участках.
pic

Виды полезных нагрузок, используемые в аэрофотосъемке


pic

Бытовая фотокамера

Используется для проведения основных фотосъемочных работ. Выходные данные–растровые изображения, из которых путем фотограмметрической обработки формируется фотоплан местности и трехмерная (3D) модель рельефа. Для компенсации геометрических искажений объектив фотокамеры подвергается калибровке. Неустойчивость оптической оси компенсируется применением опорно-поворотного устройства (ОПУ).

pic

Тепловизор

Применяется в мониторинговых работах для получения температурного градиента. Позволяет детектировать области возникновения угольных и торфяных пожаров.

pic

Мультиспектральная камера

Позволяет осуществлять минералогическое картирование, производить поиски и разведку полезных ископаемых. Выходные данные представляют собой значения спектральной отражательной способности зондируемых объектов, определяющей их физические и химические свойства.

Технология АФС

1) Раскладка сети опорных точек на местности, инструментальное определение их координат;
При периодическом производстве АФС, выполняется единожды.
2) Выбор высоты полета для обеспечения необходимого пространственного разрешения (см\пикс);
3) Проведение аэрофотосъемки объекта;
4) Сшивка снимков, маркировка опорных точек, уравнивание съемки, построение 3D модели;
5) Экспорт в ГГИС, обработка результатов (векторизация, оформление графики, изучение
фотоматериала).
Факторы влияющие на точность:
-точность определения координат опорных точек;
-погодные условия съемки (сильный ветер, освещенность, видимость);
-высота съемки (пространственное разрешение);
Достигаемые результаты:
-Ортофотопланы–точность в плане 10-20 см.
-Цифровые модели местности –точность координаты Z -15-25 см.

Технология АФС с БПЛА и факторы определяющие точность получаемых результатов:

pic
Плотное облако точек
pic
Процедура фильтрации –выделение карьерной техники
pic
Цифровая модель рельефа полученная после фильтрации

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 объёмов выработки горной породы. Формат данных, получаемый в результате фотограмметрической обработки, совместим с любыми современными геоинформационными системами (ГИС)

Ортофотоплан добычного полигона

Ортофотоплан добычного полигона. Россыпное месторождение

(карьер "Тюхтюрек", АС "Хакасия")
Количество вылетов - 1
Время полета - 30 мин.
Площадь - 4 кв.км.
Высота - 800 м
Количество снимков - 600 шт.
Перекрытие снимков: продольное –80%, поперечное –70%
Разрешение съемки – 8 см/точку
Точность съемки: в плане: 15 см; по высоте: 25 см

Комбинирование аэрофотосъемки с тахеометрической съемкой с возможностью оценки динамики объемов

Ортофотоплан добычного полигона
pic
pic

Съемка труднодоступных мест

ortho-fragments

     Отвалы посреди отстойника
 Пульпа, скопившаяся в отстойнике
   Обвалившийся уступ карьера

3D-pics
Выполнение замеров невозможно. Нахождение людей запрещено.

Применение результатов АФС

  • Исходный материал при проектировании карьеров, размещении ОПП, складов ПРС, хвостохранилищ, промышленных площадок и вахтовых поселков, проектировании дорог и ЛЭП;
  • Выявление нарушений ТБ, технологии ведения работ для предотвращения инцидентов (например, при укладке угля в отвал - возможно самовозгорание);
  • Как наглядный материал при планировании работ и проведении совещаний;
  • Как отчетный материал при разборе инцидентов и аварий (наличии архивных фотографии — неоспоримый аргумент доказательства);
  • Для мониторинга проведения строительных, подрядных и буровых работ, укладки геомембран, состояния кровли строений.

Scheme

Исходные данные:
  • Ортофотоплан (*.tif)
  • Блочная модель рудного тела (*.dat)
  • 3D модель карьера (*.dat)
  • Контура рудного тела (*.str)
Маркшейдерский отдел

arrow
Формируемые данные:
  • Топоплан, векторные линии (бровки *.str, контура *.dwg)
  • 3D модель современного состояния ОГР (*.dat)
  • Устья взрывных скважин (*.dat)

Решаемые задачи: Создание и пополнение топопланов; Планирование горных работ на следующий период; Векторизация объектов ОГР.

Исходные данные:
  • Ортофотоплан (*.tif)
  • - Блочная модель рудного тела (*.dat)
  • 3D модель карьера (*.dat)
  • Контура рудного тела (*.str)
  • 3D модель современного состояния ОГР (*.dat)
  • Устья взрывных скважин (*.dat)
  • Топоплан, векторные линии (бровки *.str, контура *.dwg)
  • Мультиспектральная съемка (*.tif)
  • Данные опробования скважин (*.xls)
Геологический отдел

arrow
Формируемые данные:
  • Каталог проб (*.xls)
  • Фактические контура РТ (*.str)
  • Блочная модель (*.dat)

pic

Решаемые задачи: Уточнение контура рудного тела по данным эксплуатационной разведки; Блочное моделирование по данным разведки.

Исходные данные:
  • Ортофотоплан (*.tif)
  • Блочная модель рудного тела (*.dat)
  • 3D модель карьера (*.dat)
  • Контура рудного тела (*.str)
  • 3D модель современного состояния ОГР (*.dat)
  • Устья взрывных скважин (*.dat)
  • Топоплан, векторные линии (бровки *.str, контура *.dwg)
Отдел горных мастеров

Arrow
Формируемые данные:
  • Проект карьера, ОПП (*.dat)
  • Проектируемые 3D модели (*.dat)

Model

Решаемые задачи: Проектирование карьеров, ОПП, хвостохранилищ, дамб и др.

Временные затраты съемки карьера:
  • Аэрофотосъемка (1час)
  • Автоматическая обработка (10 часов)
  • Импорт в ГИС (20 минут).
Административно-управленчесий персонал

arrow
Формируемые данные:
  • Ортофотоплан (*.tif)
  • Контура рудного тела (*.str)
  • Блочная модель рудного тела (*.dat)
  • 3D модель современного состояния ОГР (*.dat)

Решаемые задачи: Оперативное получение (днем–съемка, утром–результат) объективных данных для принятие управленческих решений.

    Полный текст статьи скачать по ссылке: в формате pdf (9,2 Мб).