Обработка данных облаков точек в ГГИС Micromine при съемке очистных пространств камер с квадрокоптера

Д.Р. Харисов — технический специалист Майкромайн.
Д.К. Быков — директор по маркетингу ООО «Аэродайн Рус».

На протяжении многих десятилетий маркшейдерские службы пытались по-разному решить проблему съемки недоступных пространств на подземных горных работах. «Слепые зоны» лазерных сканирующих систем создавали множество проблем. Во-первых, наличие «слепой зоны» делает невозможным точный подсчет отбитой горной массы, во-вторых, не позволяет построить точный контур очистного пространства, чтобы правильно отработать соседние камеры. В результате контур построенный по «слепой зоне» неизбежно будет приводить к потерям и разубоживанию полезного ископаемого.

Рис. 1. Дрон с лазерной сканирующей системой при подготовке к полету

Вторым немаловажным фактором является безопасность труда при производстве работ маркшейдерскими службами. Как известно, после отработки и выемки полезного компонента, очистное пространство является сложным и опасным объектом, ввиду перераспределения полей напряжений, вызванных проходческими и взрывными работами. Находиться внутри очистного пространства категорически запрещено, и на протяжении многих лет съемка очистных пространств камер велась с помощью телескопической штанги, которая на 3–5 м заносила лазерную сканирующую систему в очистное пространство. Съемка, выполненная таким образом, давала более точное представление об объемах и формах очистного пространства, в сравнении с тахеометрической съемкой, однако выступы и не отбитые части создавали «слепые зоны» в получаемом облаке точек. Проблему могла решить съемка с двух горизонтов, либо совмещение лазерной и тахеометрической съемок, выполненных с разных заездов и горизонтов, однако не все системы отработки имеют подходы к рудному телу с разных заездов, к тому же такой метод ведет к увеличению трудовых затрат на выполнение съемочных работ.

В декабре 2020 года специалисты компании «Аэродайн Рус» успешно реализовали проект по обследованию стволов, горных выработок и очистной камеры на рудниках одного из ведущих российских горнодобывающих предприятий с использованием интеллектуального мобильного сканирующего устройства (лазерного сканера) и дрона (рис. 1).

Реализованные мероприятия на объектах включали в себя обследование следующих сооружений:

• горизонтов рудников, протяженностью до 2 км (сканер на внутришахтном транспорте); 
• вертикальных стволов шахт, глубиной от 400 до 800 м (сканер с подвесом под клетью); 
• камеры с прилегающими горизонтальными выработками, ориентировочным объемом 30 тыс. м³ (сканер на дроне); 
• надшахтного здания (сканер на дроне). 

Полученные результаты в виде 3D-моделей были обработаны на месте, привязаны к действующей системе координат и выложены на ресурсы заказчика.

Синергия использования БПЛА в подземном пространстве и применения системы лазерного сканирования открывает огромные перспективы реализации всего потенциала визуализации и картирования в труднодоступных местах.

Рис. 2. Сырое облако 16 млн точек (слева) и разряженное облако до 1 млн точек (справа)

Помимо сканирования местности, сканер может брать управление над дроном — для этого даже не требуется сигнал GPS. Лазерный сканер собирает информацию и корректирует полет БПЛА, избегая столкновения с препятствиями. Собранные 3D данные легко интегрируются в существующие платформы и в считанные минуты производят привязку информации об объектах к действующей системе координат.

LiDAR обеспечивает безопасную и эффективную альтернативу и позволяет собирать данные в ранее недоступных районах. В сочетании с подходящим дроном он позволяет летательному аппарату совершать автономное полетное задание, чтобы составлять карты и исследовать труднодоступные районы. Вращающийся LiDAR обеспечивает всенаправленное поле зрения, обеспечивая сбор 3D-данных во всех направлениях и избегание препятствий во всех направлениях.

Компания «Аэродайн Рус» — часть международной группы Aerodyne Group, являющейся мировым лидером в области инспекций активов на основе использования дронов (беспилотных летательных аппаратов) и собственного программного обеспечения с применением искусственного интеллекта и современного оборудования.

В результате выполнения съемки квадрокоптером полученное облако точек можно обработать инструментами ГГИС Micromine. Облако сразу можно проредить, до определенного количества точек, либо удалить каждую n-ную точку, разрядив облако в два, три, пять или более раз. Эти инструменты доступны в модуле Маркшейдерия. Как показывают практические применения, разряжение облака даже в 40 раз (с 40 млн до 1 млн) лишь несущественно влияют на изменение объема камеры (3–4 %). Однако разряжение облака позволит существенно ускорить все операции, особенно для слабых по техническим характеристикам ПК.

Построение каркаса по внешней оболочке облака точек долгое время вызывало трудности, ввиду наличия внутренних шумов, а также сложности геометрических форм очистных пространств камер. Однако с недавнего времени специалистами Micromine была представлена функция «Облако точек в солид», которая позволяет игнорировать внутренние шумы и строить каркас очистного пространства камеры по внешней оболочке облака точек (рис. 2).

Рис. 3. Облако точек (справа) и каркас очистного пространства (слева)

Исходный каркас, построенный по облаку точек имеет большое количество треугольников триангуляции, для примера облако, состоящее из 5 млн точек, строит каркас с более чем 74 тыс. треугольников (рис. 3). В Micromine есть функция «Упростить каркас», которая позволяет уменьшить количество треугольников в исходном каркасе без существенной потери объемов и площади каркаса (табл. 1).

	Ввод	Вывод	%
Точки	37256	18395	49
Треугольники	74594	36850	49
Площадь поверхности	7257,3	7186,4	99,023
Объем	23624,6	23621,1	99,985

Табл. 1. Отчет об операции по упрощению каркаса
 
В данном случае был применен плоскостной допуск упрощения каркаса (0,1), который позволил сократить количество треугольников в два раза, при этом объем сократился лишь на 0,015 %.

После автоматической проверки, которая указывает, что в полученном каркасе нет нарушений, каркас может быть использован для подсчета объемов и других необходимых операций (рис. 4).

Рис. 4. Исходный (слева) и упрощенный каркас (справа)

Съемка очистных пространств камер и выработок с помощью дрона и лазерного сканирующего устройства, а также обработка полученных данных в ГГИС Micromine имеет широкие перспективы для практического применения. Полученные данные позволяют вести более точный подсчет потерь и разубоживания полезного ископаемого, а также исключить нахождение персонала в опасных для проведения работ участках.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (52)/июнь 2021 г.