Применение беспилотных летательных аппаратов на горнодобывающих предприятиях

Артем Самойловский, менеджер отдела беспилотной авиации ООО «АЗОТТЕХ»

Одним из направлений повышения эффективности производства горнодобывающего предприятия является автоматизация маркшейдерских работ. Эффективность маркшейдерских работ, в свою очередь, во многом зависит от применяемого инструментария. Вершиной технологического развития инструментальных средств измерения до недавнего времени являлся лазерный сканер (рис. 1), который за считанные секунды позволяет получить геопространственные данные о поверхности карьера.

Однако сканер имеет ряд существенных недостатков:

- требует подхода с нескольких сторон – невозможно провести съемку из одной точки. Для крупного предприятия время перебазировки может занимать значительное время, что в свою очередь влияет на оперативность получения данных;

- имеет «слепые» зоны;

- обладает большой массой, тяжел для ручной транспортировки.

Наличие этих недостатков привело к появлению нового инструмента – беспилотного летательного аппарата (БПЛА), в составе аппаратно-программного фотограмметрического комплекса оснащенного метрической камерой и геодезическим приемником. Данный комплекс позволяет в течение дня получить геопространственные данные о поверхности всего карьера и прилегающей территории, не имеет «слепых» зон, не требует транспортировки в карьер.

Уже сегодня комплекс внедряется в ряде российских и зарубежных предприятий. Проведенное всестороннее тестирование комплекса в наиболее сложных погодных условиях подтвердило возможность получения данных без явных ограничений в эксплуатации аналогично привычному инструментарию.

Многократное тестирование точности получаемых геопространственных данных свидетельствует о возможности получения топографической основы для маркшейдерских планов масштаба 1:200. За эталон при проведении тестирования на точность брались данные инструментальных замеров, а также данные, полученные при помощи лазерного сканера. Сравнению подвергались не отдельные точки, а целиком полученные поверхности. Одно из сечений, полученное при сравнении поверхностей карьера, представлено на рис. 2.Рис. 2 Сравнение сходимости 3D модели в сечении

Рис. 2 Сравнение сходимости 3D модели в сечении

Проведенный анализ показал достаточную сходимость в соответствии с п. 90 и 98 Инструкции по производству маркшейдерских работ и п. 2.13.1 и 2.14 Инструкции по топографической съемке ГКИНП-02-033-082. При отсутствии наземной геодезической инфраструктуры комплекс имеет возможность уточнять свои данные, используя точные эфемериды спутников.

В этом случае можно получать геопространственные данные в любой точке Земного шара с точностью, соответствующей масштабу 1:1000.

С точки зрения законодательства применение АПК Luftera LQ-4 для получения геопространственных данных легитимно: на борту беспилотного летательного аппарата установлен геодезический GNSS приемник, который внесен в реестр средств измерений, а камера проходит калибровку в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) с выдачей соответствующего сертификата. Помимо этого, на использование АПК в условиях горного предприятия разрабатывается методика применения, а также вносятся изменения в документ «Проект производства маркшейдерских работ» в части применения АПК с последующим утверждение в Ростехнадзоре. О сервисном же обслуживании комплекса позаботится компания-разработчик. При этом комплекс сам уведомит о необходимости сервисного обслуживания при достижении регламентного срока эксплуатации.

Помимо данных о поверхности карьера, комплекс участвует в подготовке и сопровождении буровзрывных работ.

В частности, при помощи комплекса проводится:

1. Предпроектная подготовка, интеграция данных ГГИС Micromine;

2. Составление паспорта на бурение и проекта массового взрыва на основе данных аэрофотосъемки;

3. Контроль фактических параметров развала взорванной горной массы (ВГМ);

4. Оперативная оценка результатов.

АПК Luftera LQ-4 производит контроль положения скважин (там, где не реализовано высокоточное позиционирование буровых станков), а также оценку гранулометрического состава взорванной горной массы (ВГМ).Рис. 3 Этапность получения геопространственных данных

Применение комплекса имеет следующую этапность (рис. 3):

- на первом этапе – выбор интересующей зоны или объекта для получения геопространственных данных, программа управления ПАК автоматически сформирует полетное задание.

Аппарат в полностью автоматическом режиме выполняет полет, по завершении полета имеется набор данных;

- на втором этапе – уточнение координат центров фотографирования с использованием дифференциальой поправки от базовой станции;

- на третьем этапе – фотограмметрическая обработка при помощи специализированного программного обеспечения.

Результатом работы комплекса являются облака точек, аналогичные облакам точек, полученным в результате лазерного сканирования, и ортофотоплан, который позволяет точно идентифицировать объекты. Дальнейшая работа с данными производится в привычных для горнодобывающих предприятий программных продуктах.

Применение такого комплекса имеет ряд преимуществ не только в плане удобства, экономии времени и средств, но и с точки зрения безопасности:

- отсутствует необходимость заезжать в карьер, съемка производится дистанционно;

- съемка может проводиться сразу после взрыва;

- установленные на борту газоанализаторы позволят определить ПДК продуктов взрыва и быстрее возобновить работы на объекте.

По принципу геодезической привязки – уже сегодня доступна возможность ее обеспечения при отсутствии наземных базовых станций. При использовании точных эфемерид спутников имеется возможность получать фотограмметрические данные для топопланов масштабов 1:1000 и выше. Это актуально для территорий с отсутствующей геодезической инфраструктурой.

Таким образом, основными преимуществами комплекса являются:

1. Высокая скорость получения и обработки данных (например, на объект площадью 6 км2, с точностью, достаточной для масштаба 1:500, уходит всего 1 день при помощи бригады из двух человек).

2. Безопасность проведения замеров.

3. Отсутствует необходимость нахождения специалистов внутри карьера.

4. Полная автоматизация работы беспилотного летательного аппарата.

5. Минимизация человеческого фактора при эксплуатации комплекса.

Cпециалисты компании «АЗОТТЕХ» уже сейчас смотрят в будущее и разрабатывают беспилотный летательный аппарат с навеской портативного лазерного сканера, что позволит получить максимальную точность и скорость получения данных. Это решение объединит в себе преимущества сканера и мобильность БПЛА.

Наука не стоит на месте, поэтому вполне возможно, что уже скоро появятся еще более совершенные и точные инструменты для маркшейдерских работ, но на сегодняшний день применение беспилотных летательных комплексов, несомненно, является наиболее оптимальным решением для большинства горнодобывающих предприятий.

Журнал "Горная Промышленность" №6 (142) 2018