Опыт применения технологии аэрофотосъёмочных работ с беспилотных летательных аппаратов в горном деле

В. А. Макаров — директор Института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ, доктор геол.-мин. наук
Д. А. Бондаренко — директор ООО НПП «АВАКС-ГеоСервис»
И. В. Макаров — инженер Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ
К. А. Шрайнер — инженер-маркшейдер ООО НПП «АВАКС-ГеоСервис»

Развивая направление мониторинга, в летний период 2012 г компанией ООО НПП «Авакс-ГеоСервис» были выполнены работы по картированию карьеров и отвальных комплексов на нескольких предприятиях региона с помощью БПЛА-комплекса «Дельта», а также проведены исследования по возможности использования данной технологии для мониторинга хвостохранилищ, участков кучного выщелачивания и комплексирования данных высокоточной магнитометрической съёмки с материалами аэрофотосъёмки (АФС) высокого разрешения на месторождении золотоносной коры выветривания, испытавшем неоднократное техногенное воздействие.

В настоящее время технология ДЗЗ на базе БПЛА комплекса «Дельта» (рис. 1) представлена законченным набором аппаратно-программных средств, позволяющем оперативно решать широкий круг горно-геологических задач, что подтвердили результаты работ летнего сезона 2012 г.

Рис. 1. Состав БПЛА комплекса «Дельта» (БПЛА, катапульта, средства наземного управления).

Получен опыт в построении ортофотопланов, создании цифровых моделей рельефа (ЦМР), текстурированных трехмерных моделей местности. Для обработки первичных данных АФС использованы программные продукты (PHOTOMOD ЗАО «Фирма Ракурс», Agisoft PhotoScan).

Рис. 2. Текстурированная ЦМР карьера и отвального комплекса.

Одной из задач работ являлось изучение возможности и оценка точности построения крупномасштабной цифровой объёмной модели поверхности карьера и отвального комплекса опытного участка, с целью дальнейшего их экспорта в горно-геологические системы. Исследования включали проведение полевой АФС, построение ортофотоплана, разработку цифровой объёмной модели.

На построение трехмерной модели данного участка (рис. 2) потребовался 1 вылет БПЛА «Дельта» (40 минут) и 6 часов последующей компьютерной обработки в автоматическом режиме.

В процессе проведения работ по построению ортофотоплана (рис. 3) в масштабе 1:1500 были использованы наземные маркеры, координаты центров которых определялись инструментально перед проведением АФС работ. Была достигнута погрешность привязки ортофотоплана величиной 40 см. Для площади 6 км2 использовалось 12 равномерно распределённых маркеров. Аналогичные по объёму и точности наземные топографические и камеральные работы требуют привлечения нескольких специалистов на срок более месяца. Полученная трехмерная модель позволяет оперативно вести подсчет объемов отвалов пустых пород. Кроме этого, модель может является вспомогательным материалом при планировании горных работ и формировании отвального комплекса.

Рис. 3. Ортофотоплан карьера и отвального комплекса опытного участка открытых горных работ.

Возможности дистанционного мониторинга объектов кучного выщелачивания и состояния действующих хвостохранилищ показаны на рисунках 4,5. При проведении мониторинга карьера построен детальный ортофотоплан участка кучного выщелачивания с разрешением 6 см на точку.

Полученные материалы позволяют оперативно контролировать качество подготовки кучи (геометрические параметры подстилающей подушки штабеля и отдельных его секций, соответствие уклонов) и укладки геомембраны, следить за равномерностью распределения реагентов в чеках и секциях, а также оценивать состояние объектов инфраструктуры (рис. 4). Подобный контроль позволяет получить дополнительную информацию для нормализации и оптимизации процесса выщелачивания, что, очевидно, скажется на полноте извлечения полезного компонента и обеспечит большую экологическую безопасность объекта.

Рис. 4. Участок кучного выщелачивания.

Контроль за заполнением и состоянием хвостохранилищ в ряде случаев сложно обеспечить традиционными методами из-за их большой протяжённости и различной степени обводнённости. Последнее, в ряде случаев, делает их опасными для наземного мониторинга и маркшейдерской съёмки. АФС высокого разрешения с БПЛА позволяет выполнить оценку состояния хвостохранилища в целом и отдельных его элементов, в частности: компоновку элементов сооружения, характер и последовательность формирования конусов намыва материала с пульповодов, характер распределения взвешенного материала в оборотных водах, состояние ограждающих дамб. На построенном ортофотоплане (рис. 5) хорошо виден пульповод в юго-западной части хвостохранилища и визуально можно оценить объёмы намытых хвостов. Имеется возможность оценить ширину ограждающих дамб с целью раннего выявления деформированных проблемных участков. На сухих хвостохранилищах, кроме того, имеется возможность выявления обводнённых участков.

С высокой эффективностью АФС с БПЛА может применяться при горно-геологической ревизии и отработке техногенных месторождений, прежде всего, техногенных золотоносных россыпей и кор выветривания. С использованием высокоточной АФС могут быть идентифицированы и закартированы галечные, эфельные и вскрышные отвалы, пруды-отстойники и другие гидротехнические сооружения предыдущих лет отработки. По построенным 3D-моделям данных объектов и результатам ревизионного опробования с высокой точностью могут быть оценены ресурсы конкретных отвальных комплексов. Пример съёмки такого техногенного объекта, представленного золотоносной корой выветривания отражён на рисунке 6.

Рис. 5. Ортофотоплан хвостохранилища.

Помимо картирования отвальных комплексов высокоточная АФС на данном объекте позволила качественно проинтерпретировать результаты детальной наземной магнитной съёмки, направленной на выявление структуры коренного золоторудного месторождения.

При проведении детальной магнитной съёмки важно было исключить аномалии магнитного поля, связанные с объектами техногенного загрязнения площади работ (металлолома, обсадных труб в скважинах и т.п.). Комплексный анализ результатов геофизических работ с данными АФС позволил надёжно отбраковать высококонтрастные аномалии магнитного поля техногенной природы.

Рис. 6. Ортофотоплан площади техногенного объекта (золотоносная кора выветривания).

В частности было выявлено, что высокие градиенты магнитного поля в центральной части участка работ образованы четырьмя объектами техногенного характера (металлолом, рис. 7). Подобные аномалии исключались на начальных этапах обработки данных и не участвовали в дальнейших построениях.

Важно отметить, что в центральной части площади работ по ортофотоплану зафиксирована зональность окраски вод мелких прудов-отстойников с преобладанием охристой цветовой палитры водоёмов, тогда как на периферии преобладают отстойники с зеленовато-серым цветом воды (см. рис. 6).

Этот факт может свидетельствовать о высокой интенсивности окислительных процессов на данном участке и столбовом характере распределения оруденения в линейной коре выветривания, имеющей общее северо-западное простирание.

Таким образом, представленный опыт и результаты, полученные с применением БПЛА комплекса, позволяют уже сегодня предложить для горных и геологических предприятий технологию оперативного решения целого ряда задач:

• осуществление мониторинга опасных участков открытых горных работ;
• определение объемов и планирование расположения отвалов пустых пород;
• построение трехмерных моделей карьеров для создания основы при проектировании горных работ на последующий период;
• контроль соответствия объектов проектным решениям;
• контроль соблюдения техники безопасности на горном предприятии, хвостохранилищах, промышленных площадках и вахтовых поселках при отработке месторождения.

Дальнейшее совершенствование технологии будет направлено на повышение точности получаемых фотоматериалов и производительности. В частности, проводятся работы по созданию мобильного стенда для оперативного контроля параметров дисторсии объектива фотокамеры. Это позволит регулярно контролировать фотоаппаратуру, обеспечивая требуемую точность и гарантию воспроизводимости результатов аэрофотосъёмки.

Рис. 7. Высокие градиенты магнитного поля, вызванные объектами техногенной природы.

Повышение точности определения координат центров фотографирования будет осуществляется за счёт внедрения дифференциального кодового и дифференциального фазового режимов (Real Time Kinematic), данные методы обеспечивают повышение точности до 20–40 см, соответственно. Дифференциальную станцию планируется интегрировать с основным средством наземного управления — специализированным планшетным компьютером собственной разработки.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (17)/сентябрь 2012 г.