Применение технологий Геоскан для маркшейдерских работ
До недавнего времени для решения классических маркшейдерских задач, в том числе по определению объема сыпучих материалов на открытых складах и объема выработки грунта на карьерах, использовались следующие методы:
- инструментальный, заключающийся в проведении тахеометрической съемки объекта исследования, к примеру, кучи щепы на складе. Метод является самым трудоемким и дорогостоящим, а также подвергает сотрудников полевой службы риску на производстве;
- дистанционный, в котором могут применяться как данные, полученные при помощи лазерного сканера (наземного либо воздушного), так и материалы аэрофотосъемки, полученные с пилотируемого летательного аппарата (ЛА) и специализированной аэросъемочной аппаратуры. Такой способ подразумевает покупку либо аренду дорогостоящей техники и ЛА, подготовку и содержание штата высококвалифицированных специалистов, а также зависит от погодных условий.
Современный уровень развития техники, в частности в сфере беспилотной авиации, и доступность по цене и качеству фотоаппаратуры позволяют находить способы создания технологий на их основе, которые значительно снижают финансовые и временные затраты на выполнение задач маркшейдерии на производстве.
Ярким представителем российского и международного рынков в данной сфере является Группа компаний Геоскан (далее - ГК Геоскан), обладающая всеми необходимыми элементами технологии собственного производства для решения задач маркшейдерии.
Рассмотрим подробнее состав программно-аппаратных комплексов (далее - ПАК) и технологий, базирующихся на их основе.
ГК Геоскан разработаны уникальные ПАК, включающие следующие компоненты:
Беспилотные авиационные системы (БАС), технические характеристики которых показаны на рис. 1.
Данные системы имеют ряд преимуществ перед конкурентами, а именно:
- экологически безопасны (электрические двигатели);
- низкий уровень шумов;
- высокая производственная эффективность каждого типа БАС в своем сегменте;
- максимальный уровень автоматизации управления с возможностью контроля оператором;
- высокий уровень безопасности проведения полетов;
- простота в эксплуатации;
- доступная цена.
Полезная нагрузка, которая устанавливается на БАС Геоскан, варьируется в зависимости от поставленных задач. Как правило, для топографических и маркшейдерских задач используются беззеркальные камеры центрального затвора, с фокусом от 20 до 35 мм и размером матрицы от 16 до 24 Мп. На БАС Геоскан активно используется камера Sony DSC RX-1, которая проходит стендовую калибровку и модификацию по управлению и питанию.
Для задач сельского и лесного хозяйств дополнительно используются камеры Sony Alpha A5000, модифицированные под спектрозональную съемку. Для мониторинга пожаров и коммуникаций используется тепловизор.
В целях получения центров фотографирования, участвующих в процессе уравнивания аэрофотоснимков, БАС Геоскан снабжены высокоточными геодезическими приемниками GNSS "Topcon B110" либо аналогичными по точности.
Программное обеспечение (ПО) "Agisoft PhotoScan Pro", предназначенное для фотограмметрической обработки данных аэрофотосъемки (АФС) в автоматизированном режиме при минимальном участии оператора.
ПО позволяет создать: облака точек (аналог результата лазерного сканирования), ортофотопланы, цифровые модели местности и рельефа, а также высококачественные текстурированные фотореалистичные 3D-модели объектов на основе цифровых фотографий.
Широкий выбор форматов экспорта и импорта позволяет взаимодействовать со многими профильными программами, в том числе ГИС Спутник, AutoCAD, Mapinfo, QGIS, Photomod и другими.
Программное обеспечение "ГИС Спутник" - современная трехмерная геоинформационная система, позволяющая отображать и анализировать геопространственную информацию в едином 3D-пространстве с учетом временной динамики.
Основными функциями программы являются: визуализация и анализ ортофотопланов, цифровых моделей местности и рельефа, в том числе анализ метрических данных объектов, расчет объемов положительных и отрицательных форм рельефа с возможностью изменений характеристик объектов, снятых в разное время.
"ГИС Спутник" может использоваться предприятиями для оценки состояния трубопроводов (деформации, выявление незаконных врезок и построек, состояние грунтов и степень зарастания) и линий электропередач, мониторинга состояния дорог (выявление дефектов полотна, деформации насыпи), а также вычисления объемов горных выработок, отвалов и т.д.
Пример определения объема щепы на открытом складе целлюлозно-бумажного комбината в интерфейсе "ГИС Спутник" изображен на рис. 2
ПАК на основе БАС Геоскан находят свое применение в следующих областях:
- топография - создание на основе аэрофотосъемочного материала ортофотопланов, цифровых моделей местности и рельефа;
- маркшейдерия - определение объемов выработки в карьерах, а также сыпучих материалов на открытых складах и т.д.;
- лесная промышленность - определение объемов штабелей бревен на лесозаготовках и складах, мониторинг состояния лесов, выявление незаконных вырубок, лесотаксация с применением спектра CIR;
- сельское хозяйство (с применением индекса NDVI);
- мониторинг строительства;
- мониторинг лесных пожаров, паводков и др.
Исходя из возможностей ПАК, была разработана следующая технология, применимая к задачам маркшейдерии (на примере определения объемов сыпучих материалов на открытых складах):
-
Подготовительные работы:
- согласование работы в воздушном пространстве, получение разрешительной документации;
- определение границ склада;
- закладка и измерение контрольных точек (внешний вид маркера планово-высотного обоснования и схема закладки ПВО отображены на рис. 3);
- подготовка проектов АФС.
- выбор точек взлета и посадки БАС;
- установка базовой станции (GNSS-приемник в режиме статики);
- проведение аэрофотосъемки;
- предварительная проверка данных в полевых условиях на наличие и целостность.
- обработка геодезических данных (получение центров фотографирования);
- фотограмметрическая обработка аэрофотоснимков, получение ортофотопланов, цифровых моделей местности и рельефа;
- проведение контроля точности;
- построение высокоточной текстурированной фотореалистичной 3D-модели объекта (кучи щепы);
- экспорт данных в геоинформационную систему.
- расчет объема объекта.
- высокая точность получаемых материалов;
- оперативность выполнения работ;
- компоненты ПАК разработаны и произведены в России ГК Геоскан;
- минимальные трудозатраты по сравнению с традиционными методами съемки;
- возможность применения технологии специалистами разного профиля (не требует глубоких знаний в области геодезии, аэрофотосъмки, картографии).
Камеральные работы:
Данная технология, разработанная сотрудниками ГК Геоскан, была неоднократно апробирована на многих промышленных объектах, включая Братский ЦБК, объемы лесопромышленного комплекса "Монди", ОАО "Сибирская угольная энергетическая компания" и т.д.
Результаты апробации технологии ГК Геоскан показали, что определение объемов материалов с применением БАС не уступает по качеству инструментальным измерениям (расхождения по значениям составило 1% от объема), а по полноте, получаемой информации - превосходят. Точность построения модели объекта составила 0,05 м в плане и 0,1 м по высоте, что говорит о высокой точности данного метода.
К основным преимуществам технологии ГК Геоскан можно отнести:Указанные качества позволяют кратно повысить эффективность выполнения маркшейдерских работ, сэкономить существенные средства при регулярном мониторинге объемов сыпучих материалов на открытых складах.
В целях подтверждения полученных результатов и эффективности технологии, ГК Геоскан проведена добровольная сертификация и исследовательские испытания ПАКов в специализированных организациях.
В настоящий момент ведется подготовка к сертификации новых серий БАС "Геоскан 101" и "Геоскан 201" на базе геодезического полигона МИИГАиКа на предмет соответствия получаемой продукции требованиям действующих нормативно-технических документов и правовых актов.
Также запланированы исследовательские испытания на предмет оценки точности полигональной трехмерной модели территории в сравнении с инструментальными измерениями.
Следует отметить, что современные производители БАС, как правило, предлагают нецелостные решения: производят только беспилотные системы, либо исключительно ПО, что не позволяет создать полноценную технологию, где каждый элемент дополняет друг друга.
В решениях ГК Геоскан есть все необходимые элементы технологии, обеспечивающие получение данных АФС, их обработку и анализ, что позволяет формировать пакетные решения для современного бизнеса, оптимизирует расходы и упрощает сервисное обслуживание каждого из элементов ПАК.
Также технологии Геоскан доступны и как сервисная услуга при выполнении текущих маркшейдерских работ специалистами ГК Геоскан.
Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что технология ГК Геоскан проявила себя наилучшим образом, в том числе в решении задач маркшейдерии, показала свою оперативность и точность (расхождение с инструментальными измерениями в пределах 1%), простоту и доступность в эксплуатации, что позволяет рекомендовать ее для применения в маркшейдерских работах на предприятиях.
Данный материал размещен в журнале "Маркшейдерский вестник" №3 (118) май-июнь 2017