Возможности и перспективы использования беспилотных летательных аппаратов для мониторинга открытых горных работ

И.В. Макаров — инженер Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ, г. Красноярск
К.А. Шрайнер — инженер-маркшейдер ООО НПП «Прогнозгеофизика»

С 2010 года Сибирский федеральный университет и ООО НПП «Прогнозгеофизика» при поддержке Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности осуществляют разработку комплексов для дистанционного зондирования Земли на базе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Рис. 1. БПЛА «Дельта» перед стартом с катапульты. 

К настоящему времени разработан, доведён до опытной эксплуатации и готовится к мелкосерийному производству комплекс с рабочим названием «Дельта» взлетной массой 5 кг (рис.1). Основные задачи комплекса — аэрофотосъемочные работы с целью составления ортофотопланов, а также видеонаблюдение в режиме реального времени. Лётная работа данного комплекса полностью автоматизирована, оператору необходимо только формулировать задачу в виде маршрута и параметров посадки.

Аэрофотосъемка с использованием комплекса «Дельта» может использоваться при решении достаточно широкого спектра задач:

• контроль за состоянием лесных и сельскохозяйственных угодий;
• мониторинг снеговой и гидрологической обстановки;
• контроль за ведением дорожных работ и оценка состояния линий электропередач, теплотрасс, нефте- и газопроводов;
• мониторинг открытых горных работ.

Применительно к горной промышленности особенно актуальны аэрофото- видеосъемка, аэрофотограмметрическая съемка, тепловизионная съемка.

Рис. 2. Ортофотоплан разреза Бородинский, состоящий из 296 снимков, отснятых в полете.

В рамках опытно-методических работ с использованием комплекса «Дельта» была произведена аэрофотосъёмка угольного разреза «Бородинский». Результаты данной работы были представлены на состоявшейся в начале октября этого года в Красноярске конференции «Открытые горные работы в ХХI веке» и нашли живой отклик в среде горных инженеров.

За 40 минут полета на высоте 1 км над разрезом комплексом сделано 296 снимков. По результатам проведенной съемки был получен ортофотоплан участка, длиной 5100 м и шириной 1400 м, с разрешением 14 см на 1 пиксель (рис. 2).

Рис. 3. Детальные фрагменты плана, отражающие буровые, взрывные, погрузочные работы и укладку вскрышных пород в отвальный комплекс.

За счёт высокой детальности снимков и оперативности работ открываются возможности для осуществления мониторинга технологических процессов при проведении открытых горных работ (рис. 3), таких как:

• буровые работы; 
• взрывные работы;
• погрузочные работы;
• формирование породных отвалов.

Это особенно актуально для крупных предприятий с высокой скоростью движения фронта работ. В частности существует потребность контроля оползней в отвалах пустых пород. Визуально не всегда возможно определить наличие движения больших масс породы, а иногда и физически невозможно из-за значительного объёма отвалов и большой удалённости от наземных точек наблюдения. Комплекс БПЛА позволяет решать данную задачу, производя наблюдения за интересующими участками с требуемой периодичностью.

С использованием комплекса можно решать целый ряд исследовательских задач, таких как изучение динамики проветривания карьеров после взрывных работ, дистанционное картирование систем трещин на уступах карьера с целью анализа устойчивости его бортов и т.п.

Рис. 4. Проект комплекса БПЛА взлётной массой 50 кг. 

В настоящее время существует проблема дефицита кадров маркшейдерской службы на горных предприятиях, работы выполняются в минимальном объёме, необходимом для добычи. С учётом тенденции к повышению производительности труда, перспективным направлением развития является разработка БПЛА с массой полезной нагрузки до 20 кг и создание на его базе аэрофотограмметрического комплекса (рис. 4).

Одним из перспективных направлений развития БПЛА является установка в качестве регистратора тепловизионной камеры. Использование такого рода комплекса особенно актуально угольным разрезам отрабатывающим угольные месторождения с высоким классом пожароопасности. Решается задача контроля очагов самовозгорания на выходах угольных пластов (рис. 5). Кроме этого обеспечивается мониторинг возгораний углистых образований в отвалах вскрышных пород. Так же данные аппараты позволят осуществлять контроль за состоянием техногенных объектов в условиях многолетней мерзлоты, фиксировать места порывов теплотрасс, перегрева электростанций и линий электропередач.

Рис. 5. Возможности обнаружения тепловизионной камерой очагов самовозгорания.

Учитывая высокую степень готовности разработки к внедрению, СФУ рассматривает несколько возможных вариантов сотрудничества с предприятиями:

• предоставление услуг по аэрофотосъемке и разработка ортофотопланов с определенной периодичностью;
• целевая разработка и предоставление комплексов БПЛА для нужд предприятий и их сервисное обслуживание;
• обучение персонала для работы с комплексом БПЛА.

Авторы выражают глубокую признательность за содействие в выполнении работы Руководству СУЭК — Красноярск Федорову А.В., Лалетину Н.И. , а также маркшейдеру разреза «Березовский» Андреасяну В.С.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (15)/февраль 2012 г.