В статье авторы описывают возможности, преимущества и процесс использования беспилотных летательных аппаратов в открытых горных работах.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, открытые горные работы, фотограмметрия.
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — это летательный аппарат, которым можно управлять дистанционно без экипажа на борту. В современном мире применение БПЛА становится все более актуальным при решении задач геодезии, горного дела, строительства, архитектуры и многих других. Это связано с тем, что данная технология является бесконтактной, т. е. позволяет работать в затрудненных условиях с наименьшими затратами времени. Кроме того, повсеместное использование БПЛА обосновано экономическими причинами: они не требуют большого количества операторов, дополнительной дорогостоящей техники, имеют простой процесс обработки данных.
При этом использование данной технологии позволяет получить высокую точность, сравнимую с применением контактных способов. Она достигается большим количеством полученных снимков и автоматизацией процесса съемки и обработки.
БПЛА классифицируют по нескольким признакам.
В зависимости от конструкционного типа выделяют самолетные и вертолетные летательные аппараты.
По взлетной массе различают микромодели, легкие, средние и тяжелые.
По типу управления существуют аппараты, управляемые оператором и имеющие функцию автопилота.
Каждый тип БПЛА предназначен для выполнения определенного вида работ. В данной статье рассматривается применение БПЛА для открытых горных работ, а также конкретные модели, подходящие для применения в этой сфере деятельности. В основном, используются средние и тяжелые модели с функцией автопилота самолетного и вертолетного типа.
Рис. 1. Летательный аппарат «DELTA-M»
Широкое применение в мониторинге горных работ, подсчете объемов горных выработок, контроле состояния бровок карьера и создании планов крупного масштаба (1:500) используется летательный аппарат «DELTA-M» от компании «АВАКС», изображенный на рисунке 1. Это БПЛА самолетного типа, поэтому он более экономичен в плане потребления заряда и может применяться для мониторинга больших территорий — до 80 км 2 на вылет с дальностью действия радиосвязи до 30 км. Если необходимо добиться более точного пространственного разрешения, чем это требуется для обычного мониторинга, то данный аппарат имеет следующую производительность: для разрешения 10 см на точку — до 30 км 2 /вылет; для разрешения 3 см на точку — до 10 км 2 /вылет.
Рис. 2. Летательный аппарат Phantom 4 Pro V2.0
Из БПЛА вертолетного типа в открытых горных работах применяются модели линейки Phantom от компании DJI, в частности одна из последних разработок Phantom 4 Pro V2.0 (рисунок 2). Такие модели имеют меньшее время работы от одного аккумулятора, но большую маневренность и возможность управления в ручном режиме. Это удобно для проведения мониторинга в реальном времени, так как в любой точке полета можно остановить аппарат и уменьшить высоту полета, чтобы увеличить пространственное разрешение и детально осмотреть участок.
Рис. 3. Летательный аппарат «eBee Classic»
В качестве альтернативы можно рассмотреть БПЛА «eBee Classic» от компании «SenseFly», изображенный на рисунке 3. Это также летательный аппарат самолетного типа с экономичным расходом заряда (до 90 минут от одной батареи при высоте фотографирования 120 м), большой дальностью полета (5–8 км) и скоростью в 90 км/ч. Преимуществом данной модели является встроенная функция RTK/PPK, совместимая с любыми GNSS-приёмниками и корректирующими сервисами. Это позволяет достичь абсолютной точности до 3 см без необходимости установки опорных точек.
Последовательность выполнения работ на открытом горном объекте вне зависимости от типа модели включает в себя несколько этапов: подготовку, полевые работы и обработку результатов.
Подготовительный этап включает в себя планирование маршрута летательного аппарата, определение точки взлета и посадки, расчет нужного количества аккумуляторов. При использовании БПЛА, в комплекс которого входит GPS-приемник, производят его установку и настройку. Как правило, создается планово-высотное обоснование, включающее в себя несколько опознаков. Это необходимо даже при наличии в системе БПЛА навигационного приемника, так как по опорным точкам строится фототриангуляция и осуществляется контроль точности работ.
Выполнение полетного задания на этапе полевых работ происходит, как правило, автоматически по подготовленному на предыдущем этапе маршруту с использованием БПЛА с функцией автопилота. Оператор должен только контролировать процесс на экране и следить за стабильностью получения данных летательным аппаратом.
Заключительным этапом работ является обработка полученных результатов. По полученным снимкам строится трехмерная модель. В качестве координатной основы используются опознаки, которые хорошо различимы с высоты. Методом аналитической фототриангуляции производится координатная привязка модели.
Обработку фотографий можно провести в таких программах, как Bentley ContextCapture, Agisoft Metashape, Multi-View Environment. Они имеют полный функционал фотограмметрических систем и все этапы построения модели производятся в автоматическом режиме. Как правило, в настройках обработки указываются только необходимые этапы построения модели, а также ее качество. Модели высокого качества требуют большего времени работы, которое также зависит от количества снимков и площади территории аэрофотосъемки.
Согласно исследованиям, проведенным сотрудниками Технического университета УГМК [1], установлено, что результаты такого методы обработки данных отвечают требованиям точности создания планов масштаба 1:500 с сечением рельефа 0,5–1 м при высоте полета 100–125 метров. Работы проводились с применением БПЛА DJI Phantom 4 RTK с мобильной станцией.
Согласно другому исследованию, проведенному сотрудниками ООО НПП “Авакс-Геосервис” [2] с помощью БПЛА-комплекса “Дельта” была достигнута погрешность привязки ортофотоплана 20 см для более мелкого масштаба 1:1500.
По изученным материалам можно установить, что применение БПЛА в открытых горных работах является хорошей альтернативой наземным способам съемки. К преимуществам можно отнести:
– оперативность выполнения работ;
– возможность производить съемку в труднодоступных местах;
– оптимальная точность;
– высокий уровень автоматизации работ;
– нет необходимости в большом количестве исполнителей.
К недостаткам можно отнести необходимость покупки дорогостоящего оборудования и программного обеспечения, зависимость от погодных условий, а также ограниченное время работы в зависимости от количества аккумуляторов.
Литература:
- Интернет-ресурс «Глобус» — Колесатова О. С., Красавин А. В., Технический университет УГМК «Использование БПЛА для съёмки объектов открытых горных работ» — Режим доступа: URL: https://www.vnedra.ru/ (10.03.2021 г.)
- Интернет-ресурс «Российские беспилотники» — В. А. Макаров, Д. А. Бондаренко, И. В. Макаров, К. А. Шрайнер ООО НПП «АВАКС-ГеоСервис» «Опыт применения технологии аэрофотосъёмочных работ с беспилотных летательных аппаратов в горном деле» — Режим доступа: URL: https://russiandrone.ru/ (09.03.2021 г.)
- Интернет-ресурс «Официальный сайт DJI» — Режим доступа: URL: https://www.dji.com/ru (05.03.2021 г.)
- Интернет-ресурс «Разработка БПЛА АВАКС» — Режим доступа: URL: https://uav-siberia.com/ (05.03.2021 г.)
- Интернет-ресурс «Беспилотные технологии senseFly» — Режим доступа: URL: https://sensefly.aero/ (05.03.2021 г.)
