Беспилотник поможет маркшейдеру

Квадрокоптер с фотокамерой сможет в скором времени заменить человека с теодолитом на съёмке рельефа местности в карьере. На «Магнезите» готовится к воплощению проект «Использование беспилотного летательного аппарата при производстве маркшейдерских работ», разработанный главным маркшейдером горного управления «Магнезита» Алексеем Романовым и занявший третье место в корпоративном конкурсе новаторов (в разделе «Горный»).


Для маркшейдерских работ используется беспилотник с фотокамерой и приёмником ГНСС (глобальные навигационные спутниковые системы), – поясняет Алексей Романов. – В момент производства снимков квадрокоптер считывает, в том числе, информацию о собственных координатах. Исходя из этих данных, можно вычислить прямоугольные координаты местоположения аппарата, а также его высотную отметку.


Маршрут квадрокоптера состоит из множества параллельных линий над объектом. Перекрытие следующей фотографией составляет не менее 80% предыдущего снимка (соответственно нового в нём только 20 процентов). К примеру, при съёмке карьера площадью 60 гектаров будет сделано порядка 400 снимков. Перекрытие требуется, чтобы определять координаты каждой точки по нескольку раз, и тем самым максимально снизить процент погрешности.


После получения серии снимков происходит их последующая обработка в специализированной компьютерной программе, которая уравнивает все полученные координаты относительно каждой точки. Это упрощённо, на самом деле процесс расчётов намного сложнее. С помощью фотограмметрического метода обработки изображений программа создаёт так называемое «облако точек» — вид представления графической информации о модели объекта. Это, по сути, набор вершин, воспроизводящих внешнюю поверхность объекта в трёхмерной системе координат (с осями X, Y и Z).


Программное обеспечение позволяет также построение ортофотоплана – двухмерного изображения, каждая точка которого, в цифровом виде, несет в себе информацию о своей высотной отметке. После построения ортофотоплана появляется возможность векторизовать его, то есть привести к стандартному виду, согласно действующих условных обозначений ГГД (горно-графической документации), и представлять в регламентирующие органы.


? Какие преимущества даёт использование беспилотника в маркшейдерском деле?


В первую очередь, повышение безопасности работ. Одна из типичных проблем, возникающих при решении задач маркшейдерской службы – топографическая съемка больших по площади и труднодоступных участков (откосов отвалов, уступов нерабочего борта карьера). А с беспилотником не нужно присутствие маркшейдера в карьерном поле, на крутых уступах. Во-вторых, это повышение производительности труда. При производстве съёмок с помощью приборов – тахеометра, теодолита – скорость в разы меньше. К примеру, если съёмка с квадрокоптером займёт один рабочий день, то без его привлечения – в районе месяца. В целом это большой шаг вперёд для маркшейдерской службы.


? А маркшейдеры останутся, не вытеснит их техника?


Нет, конечно же, не вытеснит. Обработку результатов съёмок должен производить профессионал с классическим маркшейдерским образованием. Полёт длится недолго: 20-25 минут на 60 гектаров, а основное время тратится на постобработку результатов съёмки.


? Что-то ещё, кроме съёмки рельефа карьера, можно выполнить с помощью беспилотника?


Карьеры на Саткинской площадке постепенно отрабатываются, но в перспективе они рассчитаны на выполнение вспомогательных функций при работе шахты. На борта карьеров выходят штольни, через которые производится вывоз горной массы и её складирование на перегрузочных складах, расположенных наверху. С помощью беспилотника можно осуществлять наблюдение за устойчивостью земной поверхности, а также проводить съёмку перегрузочных складов с целью подсчёта объёмов горной массы. Это вспомогательная функция, которую в настоящее время производится посредством маркшейдерских замеров. Но по облаку точек программа посчитает объём криволинейных массивов горной массы в разы точнее. Среди других дополнительных функций беспилотника можно назвать топографическую съемку местности и осмотр территории земельного отвода предприятия.


? В какой стадии находится проект? Когда ждать его внедрения?


На стадии определения поставщика оборудования. В ближайшее время предстоит тендер. Стоит отметить, что компании-поставщики предлагают решение «под ключ», то есть квадрокоптер и программное обеспечение. Каких-то суперкомпьютеров здесь не требуется, поэтому программу сможем установить на имеющиеся мощности. С привлечением одной из таких компаний новый метод был опробован у нас. Использовалось беспилотное воздушное судно массой 5,2 кг. Его максимальная продолжительность полета (с полезной нагрузкой 0.5 кг) – 50 мин. Беспилотник может работать в диапазоне температур от -30 до +40° С, при этом дальность радиосвязи – 10 км. Аппарат может подняться в воздух при максимальной скорости ветра у земли 10 м/с. Площадь съемки за 1 полет – квадратный километр. А время подготовки к старту – всего 10 минут. Нас это вполне устраивает.


Благодарим за фото Василия Максимова

Результаты выполнения пробных измерений с использованием беспилотника:

25 минут – время выполнения полета

120 минут – время обработки данных до получения ортофотоплана и 3D модели поверхности

150 м – высота полета

390 – количество фотоснимков

42 млн. пикселей – разрешение снимка

6.4 см/пикс. – пространственное разрешение на нижних горизонтах карьера

60 га – отснятая площадь

3,5 млн. – количество точек в облаке

20 точек/кв. м – детализация облака точек

25 Гб – объем полученных данных (исходные данные +производные материалы)

Цифровой ортофотоплан — это цифровое трансформированное изображение местности (объекта), созданное по перекрывающимся исходным фотоснимкам.

Облако точек (англ. point cloud) — набор вершин в трёхмерной системе координат. Эти вершины, как правило, определяются координатами X, Y и Z и, как правило, предназначены для представления внешней поверхности объекта. Облака точек создаются 3D-сканерами и фотограмметрическими методами обработки изображений.

Конкурс новаторов организован бюро патентоведения и рационализации Группы Магнезит и проводится в новом формате с 2017 года. Он направлен на раскрытие и развитие творческого потенциала работников, вовлечение персонала в реализацию мероприятий по совершенствованию процессов производства. Состязание проводится по 6 разделам: горный, технологический, механический, информационных технологий и автоматизированных систем управления, энергетический, экология, охрана труда и промышленная безопасность. За время существования конкурса внедрено 26 из 54 операционных улучшений, поданных новаторами.