СПЕЦПРОЕКТ

Mining World Russia 2020

ПЕРЕЙТИ

Маркшейдерское обеспечение с высоты птичьего полёта

Новые технологии стремительно меняют привычный уклад жизни. Многие задачи, которые раньше требовали личного участия человека, можно решить, не выходя из дома или по пути на работу с помощью смартфона, мобильных приложений и сети интернет.

Компьютерное моделирование заменяет дорогостоящие испытания и позволяет прогнозировать течение различных технологических процессов.

Роботы уже давно заменили работников на многих производствах.

Насколько возможно заменить человека и автоматизировать рутинные процедуры в работе маркшейдерской службы, показал опыт внедрения программного обеспечения 3D-моделирования методом фотограмметрии в комплексе с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в «Распадской Угольной Компании» в Кузбассе.

Сложно переоценить значение маркшейдерского обеспечения в производственном процессе горнодобывающего предприятия.

От качества геометрической основы зависит правильный подсчёт запасов полезного ископаемого, текущее и перспективное планирование горных работ, контроль за правильным и безопасным проведением горных выработок, учёт и контроль объёмов производимых горных работ.

Отсутствие наблюдения и периодического контроля за сдвижением земной поверхности и устойчивостью уступов, бортов и отвалов может привести к катастрофическим последствиям — гибели людей, утрате дорогостоящего оборудования и нанесению ущерба экологии.

В связи с тем, что в процессе горных выработок происходят постоянные изменения в ландшафте разреза, очень важна периодичность проводимых мероприятий, причём, как правило, на одних и тех же участках.

Технология, которая была внедрена при участии специалистов компании Skymec на объектах «Распадской угольной компании» (Разрез «Распадский»), позволяет в значительной степени автоматизировать процессы построения геометрической основы для обеспечения контроля производимых работ и учета готовой продукции.

Основным элементом этой технологии является программный комплекс Pix4Dmapper, который позволяет строить 3D-модели методом фотограмметрии. Всё, что нужно для компьютерной обработки — это большое количество фотографий интересующего объекта или полигона, сделанных с большой степенью (60-90%) перекрытия. Если файлы фотографий имеют в метаданных такие параметры, как координаты и высота, то полученная в результате этой обработки модель будет привязана к глобальной системе координат.

Результат в виде облака точек можно импортировать в другие программы, например, Micromine, Carlson Precision 3D, WinMod или приложения AutoDesk для дальнейшей обработки. Для повышения точности построения и привязки 3D-модели к локальной системе координат нужно использовать систему специальных маркеров (опознаков) с известными координатами и хорошо различимыми на фотографиях.

От расстояния, с которого делались фотографии, зависит степень детализации модели (размер одного пикселя). Для измерения объёмов с точностью, соизмеримой с традиционными методами, достаточно добиться разрешения 7-8 см/пиксель.

3d модель

На рисунке 1 представлена готовая 3D-модель угольного штабеля, которая позволяет не только рассмотреть его во всех деталях с различных ракурсов, но также измерять различные параметры — координаты заданной точки, линейные размеры и перепады высот, площадь поверхности и, конечно же, объём.

Для компьютерной обработки не важно каким способом были получены фотографии, важны лишь качество и степень перекрытия. Инновационность внедрённой технологии заключается в организации съёмки с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) мультироторного типа производства компании DJI.

квадрокоптер

Для аэрофотосъемки была выбрана модель Matrice 210-RTK (рис. 2), которая позволяет делать фотографии с разрешением 20 Мп и привязывать их к высоте и глобальным координатам. Впечатляют также и лётные характеристики: 30 минут автономного полета, возможность летать при ветре до 10 м/с и температуре от минус 20 градусов. Максимальная дальность связи с пультом управления до 5 км.

Система RTK позволяет добиться высокой точности позиционирования аппарата и сделать его невосприимчивым к воздействию сильных электромагнитных полей, которые обычно препятствуют нормальной работе других типов БПЛА, использующих для навигации электронный компас. Такие помехи сильно затрудняют аэрофотосъёмку на месторождениях, содержащих большое количество железа или других минералов — ферромагнетиков.

При этом важными преимуществами по сравнению с другими БПЛА являются компактность и простота транспортировки, стабильность в полёте, лёгкость управления, минимальное время предполётной подготовки (всего 2-3 минуты, в режиме RTK 5-10 мин), запуск и посадка без дополнительных приспособлений практически в любом месте.
Все характеристики приведены в таблице 1.

таблица

Помимо лётных характеристик крайне важна возможность выполнения этим аппаратом заранее подготовленных заданий по аэрофотосъёмке в автономном режиме буквально нажатием на одну кнопку.

Для получения качественной модели из исходных фотографий при построении маршрутов нужно учитывать множество параметров: направление траектории полёта, высоту, ориентацию аппарата, угол наклона камеры, расстояние между соседними пролётами.

Процедуру программирования маршрутов удалось значительно упростить за счёт применения специального ПО компании DJI — Ground Station Pro. На рисунке 3 приведён скриншот рабочего окна этого приложения.

маршрут

Для построения маршрута достаточно лишь обозначить контуры интересующего полигона и выбрать основные параметры: модель камеры, необходимое разрешение модели (размер пикселя), степень продольного и поперечного перекрытия, ориентацию снимков, оптимальное направление пролетов.

Далее такие критически важные параметры как высота полета и расстояние между соседними пролётами, будут рассчитаны программой, и маршрут будет построен автоматически. Останется только сохранить результат и запустить выполнение задания нажатием на одну иконку.

Если полигон большой и невозможно отснять весь материал за один полёт в программе предусмотрена возможность постановки задания на паузу для смены батареи и продолжения ровно с того места, где прекратилась предыдущая аэрофотосъёмка.

Если по устаревшей карте невозможно определить границы полигона, то в приложении предусмотрена возможность записи опорных точек границ области съёмки по текущему местоположению БПЛА. При этом пилот ориентируется на видеоизображение с камеры аппарата, передаваемое в реальном времени на пульт управления. Поскольку местоположение таких объектов, как угольные склады или борты разреза, меняются не очень часто, то единожды сохранённый маршрут можно использовать сколь угодно много раз без предварительной подготовки.

Если иметь в арсенале набор маршрутов для аэрофотосъёмки всех интересующих объектов, то для выполнения текущих задач по периодическому наблюдению и учёту сотрудникам маркшейдерской службы останется только расставлять опознаки и определять их координаты. В случае установки стационарных знаков даже эта часть работы не потребуется.

Получаемое в процессе обработки фотографий облако точек является очень плотным и может содержать от 1 до 50 миллионов точек. Необходимая степень детализации зависит от решаемых задач и сильно влияет на время обработки. Для вычисления объёмов не нужна высокая плотность точек и обработка занимает в зависимости от площади примерно 1,5–3 часа. Даже при такой детализации разница между вычисленным объёмом угольного штабеля и объёмом, рассчитанным с использованием классического метода (замеры с помощью GNSS оборудования), составила всего лишь 0,3%.

Результаты обработки в виде 3D-модели или облака точек можно размещать на сервере, и тогда они будут легко доступны другим подразделениям для выполнения своих задач, таких как учёт движения готовой продукции, контроль за безопасностью и соблюдением проектных решений при производстве горных работ, мониторинг сдвижения земной поверхности и устойчивости уступов, бортов и отвалов.

Таким образом, применение высокотехнологичных методов аэрофотосъёмки при помощи БПЛА DJI Matrice 210 RTK в сочетании с компьютерной обработкой отснятого материала в программе Pix4Dmapper позволило автоматизировать существенную часть задач маркшейдерской службы Разреза «Распадский», существенно улучшить оперативный контроль за выполнением горных работ и вывести на качественно новый уровень работу по подготовке геометрической основы, необходимой для перспективного планирования и принятия управленческих решений. ®

Текст: Сергей ЗАВЕРТКИН Руководитель проектов ООО «Небесная механика»

логотип

ООО «Небесная механика»
тел.: +7499 703 3689
enterprise@skymec.ru
www.skymec.ru

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №2, 2018

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.