CC BY
225
ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Вероника Валерьевна Вальдман
Национальный Исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, аспирантка, инженер НИЧ I категории, тел. +7 (983) 245-60-25, e-mail: [email protected]
В статье описывается возможность использования беспилотного летательного аппарата для целей воздушного лазерного сканирования промышленных территорий, а также иных территорий среднего размера, доступных ранее только при больших затратах и более длительных циклах работ.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), вертолёт, воздушное лазерное сканирование.
POSSIBLE USE UNMANNED AIRCRAFT FOR AIRBORNE LASER SCANNING INDUSTRIAL AREAS MINING ENTERPRISES
Veronika V. Valdman
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov, Irkutsk, 664074, Russia, postgraduate, department of Mine surveying and Geodesy, engineer Department of Research, tel. +7(983)245-60-25, e-mail: [email protected]
The article describes the use of unmanned aircraft for airborne laser scanning of industrial areas, and other areas of medium size, previously only available at high cost and longer cycles.
Key words: unmanned aerial vehicle (UAV), helicopter, airborne laser scanning.
Широким кругам известно, что беспилотные летательные аппараты (БЛА) изначально создавались для военных целей, где успешно и реализовывались в последние десятилетия. Однако с 2000-х годов, так называемые, «микробеспилотники» начали применять и в сугубо гражданских целях, область их применения весьма обширна: от сельского хозяйства и строительства до нефтегазового сектора и сектора безопасности. Помимо этого беспилотники постепенно начинают осваивать сектор геодезических работ, а впоследствии и маркшейдерского дела. Со временем БЛА становятся идеальным решением для аэрофотосъёмки промышленных территорий, а также иных территорий средних размеров, которые ранее были доступны только по более высокой цене и при более длительных циклах работ.
В мире представлено большое количество гражданских БЛА классификации «микро» и «мини», различающихся по своим спецификациям и набору характеристик (назначение, вес, размер, продолжительность и высота полета, система запуска и приземления, наличие систем автопилотирования и навигации,
формат фото- и видеосъемки и др.). Однако все эти беспилотники, какими бы они ни были, преимущественно способны поднимать в воздух лишь цифровые видеокамеры, в виду их малого веса. Это приводит к тому, что конечные пользователи несправедливо ограничены возможностями одной лишь аэрофотосъёмки, которая, безусловно, является достойным методом, однако же, на мой взгляд, обладает рядом отрицательных черт по сравнению с технологией воздушного лазерного сканирования [1,2].
К преимуществам ВЛС перед обычной аэрофотосъемкой можно отнести точечную модель высокой плотности, а также возможность получения деталей рельефа даже под пологом густого леса. Это обеспечивается более чем одним числом отражений от наземных объектов для каждой линии визирования. То есть если на своем пути лазерный луч сталкивается с неполным препятствием, то часть энергии импульса отражается, а другая распространяется дальше вдоль линии визирования. Таким образом, один импульс может принести сразу несколько откликов от объектов местности. Первые отклики будут получены за счет отражений от листвы, проводов и опор ЛЭП, зданий. Последний отклик, как правило, соответствует поверхности земли или другой сплошной поверхности, являющейся абсолютным препятствием на пути распространения лазерного импульса.
Одними из первых решение насущной проблемы - интеграцию беспилотного летательного аппарата с воздушным лазерным сканером, инерциальной и навигационной системой - предложили сотрудники кафедры маркшейдерского дела и геодезии НИ ИрГТУ и наши зарубежные партнёры швейцарская конструкторская фирма Aeroscout GmbH [4], которые и предоставили вертолёт, способный поднять в воздух 18 кг полезной нагрузки, см. рис. 1.
На самом деле перед конструкторами стояла большая задача - облегчить все детали БЛА, исключить лишние элементы, а также минимизировать вес полезной нагрузки. Решение по «облегчению» судна было предложено конструкторами, а мы в свою очередь предложили минимальную по весу комплектацию полезной нагрузки.
Рис. 1. Беспилотный летательный Рис. 2. Планирование миссии
аппарат Scout B1-100 с полезной беспилотника на компьютере
нагрузкой на борту
Этот беспилотный летательный аппарат контролируется пилотажно -навигационным комплексом INS/GPS, а также может работать в режиме высокой манёвренности с управлением при помощи джойстиков.
Управление осуществляется в трёх режимах:
• Mission mode - планирование миссии на компьютере (рис. 2), полностью автоматический режим полёта.
• Assisted mode - вертолёт «зависает» в воздухе в режиме автопилота, а пилот уже задаёт ему направление: вперёд-назад, влево-вправо, вверх-вниз), полуавтоматический режим.
• Manual mode - ручное управление (управление полностью находится в руках пилота, всё зависит от его опыта и сноровки).
Ещё раз стоит отметить бесспорные плюсы в применении лидарной съёмки с беспилотника:
• лёгкость транспортировки;
• не требует наличия аэродромов и взлетно-посадочных полос;
• возможность использования в плохих метеоусловиях, которые не считаются оптимальными для выполнения объемной фотограмметрии (ветер, дождь, низкая облачность), можно использовать даже часовой разрыв тумане;
• можно использовать в тёмное время суток;
• получение истинного рельефа даже под кронами деревьев;
• определение местоположения и формы объектов сложной структуры;
• высокая точность и детальность получаемых цифровых данных;
• низкая себестоимость единицы продукции;
• высокая производительность - до 10 км в день.
Первые пробные съёмки с беспилотника Scout B1-100 с воздушным лазерным сканером на борту уже были успешно проведены в г. Люцерн, Швейцария (см. рис. 3, 4). Результаты сканирования полностью удовлетворяют заявленным требованиям [3]. Следующим этапом мы планируем использовать данную технологию для съёмки промышленных территорий горнодобывающих предприятий на просторах нашей родины.
Рис. 3. ВЛС ангара с беспилотника. Рис. 4. ВЛС ангара с беспилотника.
Облако точек без калибровки Обработанные данные
и оптимизации для визуализации
Учитывая описанное выше, на сегодня стало доступным и экономически обоснованным привлечение такой технологии в маркшейдерские съёмки в рамках одного карьера. С помощью такого беспилотного вертолета, возможно, отсканировать все труднодоступные и недоступные участки при производстве горных работ: борта карьеров, оседающие отвалы породы, сложные конструктивные элементы зданий и сооружений, включая ГОКи и т.д., словом, те места, которые прежними методами снять с достаточной точностью, было практически невозможно, поскольку нахождение на этих объектах опасно для здоровья и жизни исполнителя. Однако на данный момент остаётся множество нерешённых вопросов касающихся применения данной технологии, которые могут быть разрешены только после её детального изучения и неоднократного практического использования на промышленных территориях. К таким вопросам можно отнести: определения высоты полёта, применительно к конкретным условиям местности и объектам съёмки, определение необходимой плотности точек лучей лазерных отражений в настройках воздушного лазерного сканера, а также многое-многое другое, что может быть выявлено в процессе эмпирической эксплуатации этой беспилотной воздушной сканирующей системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Охотин А.Л., Соболев А.В. «Опыт применения лидарной съемки в горном деле» // Материалы IV Международного конгресса «Гео-Сибирь-2008». - г. Новосибирск, 2008 г.
2. Охотин А.Л. «Революционные результаты применения лазерного сканирования в горном деле» //Материалы международной научно-практической конференции «Южная Якутия - новый этап индустриального Развития». - г. Нерюнгри, 2007 г.
3. Оглоблин Д.Н. «Маркшейдерское дело», Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Недра, 1981 г. Интернет ресурсы:
4. Официальный сайт компании AeroScout [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.aeroscout.ch/
© В.В. Вальдман, 2013
