CC BY
216
УДК 778.35:622.1:528 © С.А. Заверткин, 2017
Маркшейдерское обеспечение с высоты птичьего полета
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-5-88-91
ЗАВЕРТКИН Сергей Александрович
Руководитель проектов ООО «Небесная механика», 109386, г. Москва, Россия, тел. +7 (903) 961-68-17, e-mail: [email protected]
В статье представлена инновационная технология построения геометрической основы (3D-модели) различных объектов горнодобывающего предприятия методом фотограмметрии. Использование специализированного программного обеспечения в комплексе с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) для получения исходных материалов аэрофотосъемки позволяет автоматизировать существенную часть задач маркшейдерской службы и является доступной альтернативой другим методам, например лазерному сканированию. Описан опыт успешного внедрения решения на объектах Восточной горнорудной компании на о. Сахалин.
Ключевые слова: маркшейдер, маркшейдерское обеспечение, фотограмметрия, аэрофотосъемка, 3D-модель, геометрическая основа, угольные штабели, беспилот-ники, дроны.
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 3Р-моделирования методом фотограмметрии в комплексе с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в Восточной горнорудной компании на острове Сахалин.
Сложно переоценить значение маркшейдерского обеспечения в производственном процессе горнодобывающего предприятия. От качества геометрической основы зависят правильный подсчет запасов полезного ископаемого, текущее и перспективное планирование горных работ, контроль за правильным и безопасным проведением горных выработок, учет и контроль объемов произво-
димых горных работ. Отсутствие наблюдения и периодического контроля сдвижения земной поверхности и устойчивости 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, причем, как правило, на одних и тех же участках.
Технология, которая была внедрена при участии специалистов компании Skymec на объектах Восточной горнорудной компании (Солнцевский разрез и порт Шахтерска), 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 Bentley Contex Capture, который позволяет строить 30-модели методом фотограмметрии. Все, 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 Bentley Power Civil 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 объемов с точностью, соизмеримой с традиционными методами, достаточно добиться разрешения 7-8 см/пиксель.
На рис. 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, объем.
Для компьютерной обработки неважно, каким способом были получены фотографии, важны лишь качество и степень перекрытия. Инновационность внедренной технологии заключается в организации съемки с помощью
Рис. 1.3D-модель угольного склада с измерением объема выделенной области
т
L*
\
Рис. 2. Квадрокоптер Phantom 4 Pro в полете
беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) мультиро-торного типа производства компании DJI. Для аэрофотосъемки была выбрана модель Phantom 4 Pro (рис.2), которая позволяет делать фотографии с разрешением 20 Мп и привязывать их к высоте и глобальным координатам.
Впечатляют также и летные характеристики - 30 мин. автономного полета, возможность летать при ветре до 10 м/с, максимальная дальность связи с пультом управления - до 5 км.
При этом важными преимуществами по сравнению с другими БПЛА являются компактность и простота транспортировки, стабильность в полете, легкость управления, минимальное время предполетной подготовки (всего 1-2 мин.), запуск и посадка без дополнительных приспособлений практически в любом месте и, конечно же, очень конкурентная стоимость.
Техническая характеристика БПЛА DJI Phantom 4 Pro приведена ниже.
Техническая характеристика БПЛА DJI Phantom 4 Pro
Вес (с аккумуляторными батареями и пропеллерами), г 1388
Время полета, мин. 30
Максимальная скорость полета, м/с 20
Максимальная рабочая высота полета от пилота, м 500
Максимальная рабочая высота полета над уровнем моря, м 6000
Обнаружение препятствий, м от 0,2 до 7
Спутниковая навигация GLONASS и GPS
Точность зависания вертикальная +/- 0,1 м (вкл. Vision Positioning) или +/-0,5 м (только GPS)
Точность зависания горизонтальная +/- 0,3 м (вкл. Vision Positioning) или +/- 1,5 м (только GPS)
Эффективных пикселей, Мп 20
Разрешение 5472 х 3648
Механический затвор Есть
Электронный затвор Есть
Помимо летных характеристик крайне важна возможность выполнения этим аппаратом заранее подготовленных заданий по аэрофотосъемке в автономном режиме буквально нажатием на одну кнопку. Для получения качественной модели из исходных фотографий при построении маршрутов нужно учитывать множество параметров - направление траектории полета, высоту, ориентацию аппарата, угол наклона камеры, расстояние между соседними пролетами. Процедуру программирования маршрутов удалось значительно упростить за счет
применения специального программного обеспечения компании DJI - Ground Station Pro. На рис. 3 приведен скриншот рабочего окна этого приложения.
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 со-
Рис. 3. Скриншот рабочего окна приложения Groun Station Pro, построение маршрута
седними пролетами, 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 полет, в программе предусмотрена возможность постановки задания на паузу для смены батареи и продолжения ровно с того места, где прекратилась предыдущая аэрофотосъемка. Если по устаревшей карте невозможно определить границы полигона, то в приложении предусмотрена возможность записи опорных точек границ области съемки 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 сохра ненный маршрут можно испол ьзовать сколь угодно много раз без предварительной подготовки. Если иметь в арсенале набор маршрутов для аэрофотосъемки всех интересующих объектов, то для выполнения текущих задач по периодическому наблюдению и учету сотрудникам маркшейдерской службы останется только расставлять опознаки и определять их координаты. В
случае установки стационарных знаков даже эта часть работы не потребуется.
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 учет движения готовой продукции, контроль безопасности и соблюдения проектных решений при производстве горных работ, мониторинг сдвижения земной поверхности и устойчивости уступов, бортов и отвалов.
ВЫВОДЫ
Таким образом, применение высокотехнологичных методов аэрофотосъемки при помощи БПЛА DJI Phantom 4 Pro в сочетании с компьютерной обработкой отснятого материала в программе Bentley Contex Capture позволило автоматизировать существенную часть задач маркшейдерской службы Восточной горнорудной компании, 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.
sky m ее
ООО «НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА»
ОФИЦИАЛЬНЫЕ ПОСТАВКИ ТЕХНИКИ ОЛ В РОССИЮ.
ОПТОВЫЕ ПРОДАЖИ, ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ, СБОРКА. ВНВДРЁНИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ОБУЧЕНИЕ ПИЛОТИРОВАНИЮ, СЕРВИСНОЕ ОБСЛ^ИВАНИЕ
+7 495 668-1141 | info®skymec.ru
БОЛЬШЕ ИНТЕРЕСНОЕ ИНФОРМАЦИИ НА САЙТЕ
www.skymec.ru
MINE surveying
UDC 778.35:622.1:528 © S.A. Zavertkin, 2017
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 5, pp. 88-91 Title
surveying support from a bird's perspective
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-5-88-91
Author
Zavertkin S.A.1
1 Skymec, LLC, Moscow,109386, Russian Federation Authors' Information
Zavertkin S.A., Project Manager, tel.: +7 (903) 961-68-17, e-mail: [email protected] Abstract
The paper presents an innovative technology for constructing geometric base (3D model) for various mining objects using photogrammetry. The use of specialized software in combination with unmanned aerial vehicles (UAVs) for obtaining aerial survey source materials allows automation of a significant part of surveying services and is an affordable alternative to other methods, for example laser scanning. Successful implementation of the solution at the facilities of the Eastern mining company in Sakhalin island is described in the psper.
Keywords
Mining surveyor, Surveying support, Photogrammetry, Aerial photography, 3D model, Geometric base, Coal piles, Unmanned aerial vehicles, Drones.
