Съемка карьера, можно ли сэкономить? Недорогая технология, которая работает
Технология построения 3D моделей на основе фотографий вызывает большой интерес, особенно в горно-рудной отрасли. Почему именно в горной отрасли? Да потому что на площадях на которых ведется работа, а обычно это от 1 до 10 кв.км, данная технология позволяет ускорить производство маркшейдерских работ в несколько раз. Конечно, когда речь идет, например, о складе руды размером 50х50 метров, данную технологию нет смысла применять, любой маркшейдер снимет за час этот объем классическим способом. Но когда маркшейдер должен получить не только объем склада, а еще модель рельефа всего карьера или разреза (а это уже сотни гектар), когда надо измерить хвостохранилище, по которому опасно передвигаться, или необходимо найти и смоделировать причину обрушения уступа, проверить границы территории отчуждения, то данная технология просто незаменима. Если вы эксперт в данной отрасли, то конечно одним из главных ваших возражений будет вопрос точности. Забегая вперед скажу, что мы добились точности 1:500 масштаба, а в горном деле применяется в основном 1:1000 и 1:2000, именно поэтому технология в первую очередь вошла и с успехом используется в горной отрасли.
Так как наша команда ООО «Фотометр» вот уже 3 года занимается внедрением мобильной и оперативной технологии получения геопривязанной трехмерной модели объектов и на счету уже больше 300 объектов и десятки внедренных технологий в крупнейшие горно-добывающие компании, хотим поделиться с читателями Союза горных инженеров с одним из наших кейсов и продемонстрировать технологию в действии, так сказать изнутри, показав все плюсы и минусы.
Перед нашей командой была поставлена задача — сделать съемку карьера общей площадью 4 кв.км. в Ивановской области (Рис.1) с целью оперативно и с минимальными затратами:
-
Определить объемы выработки породы;
-
Подсчитать объем склада готовой продукции;
-
Получить поверхность для уточнения уровня гидроотвала;
-
Получить 3D модель всей территории.
Основным критерием было выполнение вышеуказанных целей в сжатые сроки при помощи недорогого оборудования.
Рис.1 Территория съемки
Мы планировали осуществить работы в поле в течение одного светового дня при том, что поздней осенью темнеет достаточно рано. Для выполнения вышеуказанных работ мы вооружились Квадрокоптером DJI Fantom 3 стоимостью 100 тыс. руб, 5 батареями, ноутбуком и GPS приемником для координации на местности. Остановившись в г. Иваново накануне, построили полетное задание (Рис.2) для нашего Фантома и с рассветом, набросав примерные позиции координат для геодезистов, выехали на объект.
Рис. 2 Полетное задание
Для получения точной модели поверхности необходимо закоординировать местность. Для площади в 400Га мы решили взять с запасом 24 точки, равномерно распределенные по площади. Точки брали специально с запасом на случай, если часть из них будет уничтожена карьерной техникой.
Встретившись с заказчиком на месте, мы получили новую вводную о приоритетах съемки, в связи с чем маршрут пришлось переделать, затратив дополнительно 40 минут.
Итак, работа началась в 11 утра. Геодезисты получили на мобильный телефон сетку координат, погрузились в УАЗ 469, любезно предоставленный Заказчиком, и умчались координировать точки. В качестве вооружения они получили пластиковые одноразовые тарелки и гвозди 110 мм для фиксации точек на местности. В данный момент мы используем уже не тарелки, а специально изготовленные опознаки.
Мы, в свою очередь, поехали поближе к первому маршруту. Надо отметить, что Фантом 3 имеет дальность полета от пульта управления не более 2км. Вот почему маршруты строились так, чтобы наш беспилотник не потерял сигнал и не прекратил полетное задание, поскольку это потеря времени и заряда батареи. На выполнение всех маршрутов мы потратили все 6 батарей с расходом порядка 50%. Одну из батарей нам пришлось зарядить. Начав в 11:00 утра, геодезисты закончили свою работу по координированию 24 точек к 14 часам дня, а мы свои полеты (общей протяженностью 45 км., Рис.3) завершили в 15:15, таким образом, успев осуществить работы в поле за световой день и отсняв 27 Гб видео материала. Погода надо сказать была нелетная: сильный ветер порядка 10 м/с, снег после 12:00, что заставило нас сдвинуть свой обед до окончания работ.
Рис.3. Общая длина маршрутов 45 км. (4,5 часа работы в поле)
Поблагодарив за прием на карьере и поддержку при осуществлении работ, в этот же день мы вернулись домой. Следующим утром мы получили файл от геодезистов с координатами в WGS 84 и скачали 27Гб видеоматериала, сделанного фантомом.
Далее речь пойдет о камеральной работе (работа в офисе), а именно обработке фотографий в программе ведущего мирового производителя софта компании Bentley и продукта построения цифровой модели на основе фотографий Context Capture. В программу Context Capture было загружено 27 Гб видео и координаты в системе WGS 84. Мы запустили процесс обработки видео и процесс аэротриангуляции. Затраченное время - 2,5 часа. Далее был запущен процесс построения трехмерной модели. На нашем компьютере не высокой производительности данный процесс длился 28 часов. Машина обработала в итоге трехмерную модель всего карьера (470Га). Из данной модели были получены необходимые нам форматы Las (облако точек), OBJ (текстурированная модель), FBX (трехмерная графика Рис.4) и ортофотоплан. На этом этап обработки фотоматериала закончился.
Рис. 4. Трехмерная закоординированная модель карьера. Результат обработки в Bentley Context Capture
Файл с расширением Las (облако точек) размером 1,5 Гб был передан заказчику для сравнения результатов аэрофотосъемки и классического метода, применяемого на карьере. К сожалению, данный файл не получилось открыть, поскольку AutoCAD Civil 3D замер и не подавал признаков жизни. Было принято решение разрядить облако точек в 300 раз. Однако, неразряженное облако легко открывалось и крутилось в программе Bentley Power Civil, которая работает на платформе Microstation (Рис.5). Облака в десятки гигабайт ей нипочем, за что отдельно спасибо разработчику.
Что же мы увидели, когда сравнили результаты по участку готовой продукции, где измерения происходят каждую декаду месяца? Разница между работой маркшейдера с тахеометром и аэрофотосъемкой составили 0,5% при допуске в горном деле до 5% (по нормативу в зависимости от объема).Рис. 5,6.
Рис.5. Сравнение двух 3D моделей классический замер и результат аэрофотосъемки
На наш взгляд, точность аэрофотосъемки получается выше, поскольку модель строится по поверхности с миллионами точек, тогда как маркшейдер набирает их значительно меньше.
Рис.6. Сравнение продольного и поперечного разреза
Какую цель мы преследовали, и что же в итоге получили именно в этом кейсе?
Данная технология значительно удешевляет, ускоряет и одновременно упрощает производство маркшейдерских работ. Мы пришли к пониманию, что развитие беспилотной техники и софта Bentley Context Capture позволяет сделать всю работу по получению объемов выработки на территории, например, 470 Га за 3 дня, тогда как классическим методом на такой объект может уйти целый месяц. Важно отметить еще и тот факт, что съемка выполнялась квадрокоптером DJI Phantom 3. Это модель, устойчивей и проще в управлении которой мы еще не встречали, после которой уже вышла новая модель с камерой 20 Мп – DJI Phantom 4Pro. Cтоит Phantom 4Pro. сейчас 110 тыс. руб.
У данной технологии есть и недостатки и связаны они с погодными условиями, такими как сильный ветер, дождь, снег, туман. Сильный ветер влияет на время работы батареи и соответственно сокращает время полета. Ветер, дождь снег и туман влияют на качество изображения. Поэтому при выборе времени полетов рекомендуем ориентироваться на погодные условия.
В заключении хочется отметить, что технология активно внедряется и работает у таких лидеров отрасли, как АО «СУЭК», АО «Северсталь», АО «НЛМК», да и многие небольшие карьеры уже взяли на вооружение данную технологию. Обычно мы получаем вот такие отзывы от наших клиентов, как от генерального директора «ЭкоПроектКарьер» Тушова А.И.: «Вы нас «подсадили» на технологию и назад пути нет. Когда выйдет следующая модель беспилотника DJI Phantom 5?».
Команда ООО «Фотометр»
