Явные преимущества коптера DJI Phantom 4 RTK в горнодобывающей промышленности

Наибольшим конкурентным преимуществом будет обладать то предприятие, которое способно сформировать благоприятную среду для изменений и обеспечить поддержку инициатив в области цифровой трансформации.

Одно из направлений цифровой трансформации в горнодобывающей промышленности является применение беспилотных авиационных систем. Данные технологии помогают ускорить построение цифровых моделей рельефа и создать максимально точный цифровой двойник карьера, который нужен для учёта объема горных выработок или добычи. Также они помогут осуществить мониторинг динамики выработок на открытых горных работах и обеспечить контроль за соблюдением пространственных характеристик разреза, которые предусматриваются проектом развития горных пород.

Предлагаем более подробно разобрать две типовые задачи, которые возникают при выполнении этих работ.

1. Проведение аэрофотосъемки с помощью беспилотного воздушного судна (БВС).
2. Фотограмметрическая обработка фотоснимков открытых горных работ.

Наш опыт показывает, что для решения этих задач одним из самых эффективных решений является применение специализированного дрона DJI Phantom 4 RTK, который был спроектирован для геодезического применения и картографии, а также имеет программное обеспечение для производства фотограмметрических работ Pix4Dmapper, разработанное швейцарской компанией Pix4D.

Мы заявляем, что с дроном эффективность гораздо выше. Чтобы это доказать, мы сравним процесс при традиционном способе работ и при использовании беспилотников.

Традиционная технология – маркшейдер со спутниковым ГНСС-приемником или тахеометром должен пройти практически по всему карьеру и получить координаты характерных точек рельефа.

Недостатки получения данных с помощью традиционной технологии:

• достаточно трудоемкий процесс, который занимает много времени;
• на некоторые участки карьера невозможен проход, так как они недоступны из-за незаконченных работ;
• работы не всегда безопасны, тем более на крутых склонах.

Точность таких координат, конечно же, высока, но сам способ получения этих точек не позволяет обеспечить высокую детализацию поверхности. Цифровая модель получается точной, но сильно упрощенной, происходит большая аппроксима́ция.

Инновационная технология предполагает снижение роли человека, основной акцент делается на аэрофотосъемку с помощью беспилотного летательного аппарата. Далее следуют компьютерная обработка полученных фотограмметрических данных, экспорт результатов в CAD/GIS системы и анализ этих данных.

Для того чтобы такие изменения в способе проведения маркшейдерских замеров были действительно эффективны, нужно обеспечить высокую точность геопривязки 3D-модели, получаемую с помощью аэрофотосъемки и компьютерной обработки. Такими свойствами обладает связка из БПЛА DJI P4 RTK и приложением.

Компания DJI разработала инновационную технологию, которая позволяет получать не только координаты самого дрона с сантиметровой точностью, но также в реальном времени пересчитывать пространственное смещение (оффсет) между центром матрицы камеры и фазовым центром антенны ГНСС-приёмника. Это позволяет использовать при обработке точные координаты центра фотографирования и параметры внешнего ориентирования камеры, что и является определяющим условием для точной геопривязки, создаваемой 3D модели. Также немаловажной является возможность летать с учётом рельефа местности для того, чтобы не терять в точности при больших перепадах высот на объекте, что часто бывает на открытых горных работах.

Этапы проведения работ:

1 Этап – постановка задачи для аэрофотосъемки и создание KML-файла, описывающего глобальное плановое положение объекта

Поставить задачу можно в программе Google Earth. Для этого необходимо определить место для съемки, построить многоугольник и сохранить его в виде KML-файла.

2 Этап – импорт маршрута и карты высот

KML-файл и карту высот необходимо загрузить в приложение DJI Ground Station RTK (входит в состав наземной системы управления). В этом приложении задаются основные параметры полета: высота, скорость БПЛА и коэффициент перекрытия фотоснимков. Высота влияет на точность модели и детализацию отрофотоснимка. Все остальные параметры программа выполняет сама, вычисляет траекторию полета и дает прогноз по времени выполнения миссии.

Подготовка маршрута: импорт и редактирование параметров миссии операции можно выполнить в офисе заранее.

3 Этап – подготовка оборудования

В районе производства работ нужно установить базовую ГНСС-станцию DRTK-2 на точку с известными координатами. Для передачи дифференциальных поправок и обеспечения точного позиционирования дрона, необходимо указать эти настройки в самой базовой станции или подключиться к стационарной базовой станции RTK. Она установлена на объекте, если это позволяет покрытие мобильными сетями. Этот вариант наиболее предпочтителен, потому что он снижает риск ошибки при вводе координат и экономит время.

Процесс полностью автоматический. Оператор БПЛА следит только за состоянием полета, уровнем заряда аккумуляторов и за тем, чтобы не терялась связь дрона с пультом. Также контролирует качество определения квадрокоптером своего пространственного положения и периодически меняет аккумуляторы.

При снижении заряда аккумулятора до определенного уровня, дрон самостоятельно ставит выполнение миссии на паузу и возвращается на точку взлета. После замены аккумулятора квадрокоптер автоматически начинает съемку с той точки, где остановился. Затем, по завершении аэрофотосъемки, производится обработка результатов вылета. В результате мы получаем геопривязанную модель в глобальных координатах или сразу в местной системе координат, если известны параметры преобразования. Точность построения модели контролируется путём сравнения координат контрольных точек, измеренных инструментально ГНСС-приемником или тахеометром, и координат этих же точек, вычисленных по полученной модели.

Разница в определении точек координат инструментальном способом и вычисленным по модели. Видим, что точность у нас не превышает величины 6 см в плане и 6 см - по высоте.

Площадь этого отснятого участка составила почти 2 кв км.

Время на съемку с установкой базовой станции - около 1,5 часов.

Компьютерная обработка - около часа.

Итого: за 2,5 - 3 часа имеем точную детализированную модель участка, цифровую модель рельефа участка горных работ площадью около 2 км.

Чтобы проверить точность построения модели по контрольным точкам (в локальной системе координат), мы летом, с разницей в три недели, выполнили съёмку одного и того же участка открытых горных работ.

Здесь уже применяли другой принцип. Мы находили характерные точки и сравнивали координаты этих точек по двум съёмкам, произведённым с разницей в 3 недели.

Снимался один и тот же участок горных работ и сравнивались координаты этих точек на одной и другой модели. В таблице приведена разница. Она составляет не более 3-4 см как в плане, так и по высоте.

Такая точность геопривязки позволяет нам точно рассчитать объем выработок. Для этого в программе Pix4Dmapper мы вычислили объем работ относительно условного горизонта по данным на 8 и 29 сентября. Разница между двумя этими объёмами составила объем вывезенной породы за этот период. Эти данные точно совпали с расчётами маркшейдера, выполненными по традиционной технологии.

Преимущества P4RTK + Pix4D:

• малое время на создание точной детализированной модели участка, цифровой модели рельефа участка горных работ любой площади;
• высокая точность модели, доступность к тем зонам, к которым невозможно пройти;
• безопасность работ.

Точность построения модели с помощью этого программного комплекса (DJI P4RTK + Pix4Dmapper) очень высока. Соответственно, применение беспилотных решений в горнорудной промышленности - это залог эффективности и оптимизации анализа и моделирования участков горных работ.