Обоснование применения беспилотных летательных аппаратов для определения объема складов полезного ископаемого

Рассмотрен вопрос обоснования применения беспилотных летательных аппаратов (беспилотных воздушных судов, БВС) для съемки складов общераспространенных полезных ископаемых в качестве независимого способа определения объема наряду с традиционными способами съемки складов: с применением электронных тахеометров и съемкой спутниковыми системами. В качестве научного эксперимента были проведены натурные исследования – съемка двадцати разновеликих складов песка (объемом от 300 до 60 000 м3) двумя способами: с применением GNSS-систем (Global Navigation Satellite System, использовался спутниковый приемник Topcon Hiper SR) и БВС (квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro TEO RTK PPK AGNSS L1/L2). Детально рассмотрена процедура обработки данных, полученных с квадрокоптера, в программном комплексе Agisoft Metashape. С помощью специализированных программных комплексов рассчитаны значения объемов складов, определены расхождения. Построены графики зависимости расхождений в определении объема склада между двумя способами съемки от объемов склада. В ходе исследования также произведено сравнение цифровых моделей, построенных двумя способами – по плотному и разреженному облаку точек. Установлено, что для корректного определения контура склада по модели следует использовать цифровую модель, построенную по плотному облаку точек, имеющую разрешение 5 пикс/см.

Волошина Е. А., Новоженин С. Ю., Келехсаев С. К. Обоснование применения беспилотных летательных аппаратов для определения объема складов полезного ископаемого // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 11-1. – С. 305–321. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_111_0_305.

Волошина Екатерина Александровна¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Pravdina_EA@pers.spmi.ru, ORCID ID 0009-0002-4510-7138,
Новоженин Сергей Юрьевич¹, канд. техн. наук, доцент, e-mail: Novozhenin_SYu@pers.spmi.ru, ORCID ID 0000-0001-5398-4777,
Келехсаев Станислав Константинович — инженер-геодезист, ООО «Карьерпроект», e-mail: kmd@spmi.ru,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Новоженин С.Ю., e-mail: Novozhenin_SYu@pers.spmi.ru.

1. Tong X., Liu, X., Chen P., Liu S., Luan K., Li L., Liu S., Liu X., Xie H., Jin Y., Hong Z. Integration of UAV-based photogrammetry and terrestrial laser scanning for the three-dimensional mapping and monitoring of open-pit mine areas // Remote Sens. 2015, vol. 7, pp. 6635—6662. DOI: 10.3390/rs70606635.

2. Мустафин М. Г., Валькова Е. О., Вальков В. А. Пути развития маркшейдерско-геодезических наблюдений за устойчивостью бортов карьеров // Маркшейдерский вестник. — 2022. — № 3 (148). — С. 13—18.

3. Вальков В. А., Виноградов К. П., Валькова Е. О., Мустафин М. Г. Создание растров высокой информативности по данным лазерного сканирования и аэрофотосъемки // Геодезия и картография. — 2022. — № 11. — С. 40—49. DOI: 10.22389/0016-7126-2022-98911-40-49.

4. Pravdina E. A. Laser scanner data capture time management // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017, vol. 12, no. 5, pp. 1649—1661.

5. Глазунов В. В., Бурлуцкий С. Б., Шувалова Р. А., Жданов С. В. Повышение достоверности 3D-моделирования оползневого склона на основе учета данных инженерной геофизики // Записки Горного института. — 2022. — Т. 257. — С. 771—782. DOI: 10.31897/ PMI.2022.86.

6. Санникова А. П., Мустафин М. Г. Оценка устойчивости борта карьера с учетом данных цифровой фотосъемки поверхностей обнажений // Записки Горного института. — 2013. — Т. 199. — С. 276—280.

7. Саадун А., Фредж М., Букарм Р., Хаджи Р. Анализ дробления с использованием цифровой обработки изображений и эмпирической модели (KuzRam): сравнительное исследование // Записки Горного института. — 2022. — Т. 257. — С. 822—832. DOI: 10.31897/ PMI.2022.84.

8. Сухов А. К., Выстрчил М. Г., Гусев В. Н., Блищенко А. А., Данько А. В. Изучение качества фотограмметрических моделей, получаемых в условиях слабой освещенности // Известия Уральского государственного университета. — 2020. — № 3(59). — С. 140—148. DOI: 10.21440/2307-2091-2020-3-140-148.

9. Xu Z., Xu E., Liu S., Wu L. Registration of terrestrial laser scanning surveys using terraininvariant regions for measuring exploitative volumes over open-pit mines // Remote Sensing. 2019, vol. 11, no. 6, article 606. DOI: 10.3390/rs11060606.

10. Wim van Wegen Surveying in the mining sector. An overview of geospatial methods in mining engineering // GIM International. 2018, vol. 12, pp. 26—28.

11. Сухов А. К., Данько А. В., Выстрчил М. Г. Опыт использования беспилотных летательных аппаратов при съемке россыпных месторождений золота // Естественные и технические науки. — 2019. — № 7 (133). — С. 85—89.

12. Блищенко А. А., Санникова А. П. Формирование методики применения геодезического квадрокоптера на карьерах // Маркшейдерский вестник. — 2022. — № 3 (148). — С. 33—38.

13. Макаров В. А., Бондаренко Д. А., Макаров И. В., Шрайнер К. А. Опыт применения технологии аэрофотосъемочных работ с беспилотных летательных аппаратов в горном деле». Режим доступа: URL: https://russiandrone.ru/ (20.02.2023).

14. Блищенко А. А., Гусев В. Н. Совместное использование электронных тахеометров и GNSS-приемников для маркшейдерских съемок на карьерах // Естественные и технические науки. — 2019. — № 4 (130). — С. 79—81.

15. Blishchenko A. Modern mine survey techniques in the process of mining operations in open pit mines (quarries) / Scientific and practical studies of raw material issues. CRC Press, 2019, pp. 58—62. DOI: 10.1201/9781003017226-8.

16. Самойловский А. Применение беспилотных летательных аппаратов на горнодобывающих предприятиях // Горная промышленность. — 2018. — № 6 (142). — С. 60—61.

17. Климов С. С., Бессараб А. А., Набиулин М. Ф. Использование беспилотных летательных аппаратов в буровзрывных работах // Глобус: геология и бизнес. — 2022. — № 3(72). — С. 58—60.

18. Koomans R., Limburg H., van der Veeke S. Soil mapping with drones // GIM International. 2022, vol. 5, pp. 71—77.

19. Loots M., Grobbelaar S., van der Lingen E. A review of remote-sensing unmanned aerial vehicles in the mining industry // The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2022, vol. 122, pp. 387—396.

20. Блищенко А. А. Формирование и обоснование методики применения геодезического квадрокоптера для маркшейдерских съемок на карьерах: Aвтореф. дис. … канд. техн. наук. — СПб., 2022. — 27 с.

21. Блищенко А. А. Использование геодезических приборов на открытых горных работах, тенденция применения беспилотных технологий // Colloquium-Journal. Earth Sciences. 2020, no. 14(66), pp. 4—6. DOI: 10.24411/2520-6990-2020-11902.

22. Блищенко А. А., Санникова А. П. Применение БПЛА при маркшейдерском обеспечении съемки лесного фонда // Вестник СГУГиТ. — 2022. — Т. 27. — № 1. — С. 42—51. DOI: 10.33764/2411-1759-2022-27-1-42-51.

23. Блищенко А. А., Лобынцев А. К., Сухов А. К. Оценка точности измерения складов на горных объектах с помощью беспилотной технологии // Маркшейдерский вестник. — 2020. — № 4 (137). — C. 23—27.

24. Гусев В. Н., Блищенко А. А., Санникова А. П. Исследование комплекса факторов, оказывающих влияние на погрешность реализации маркшейдерской съемки горных объектов с применением геодезического квадрокоптера // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 173—179. DOI: 10.31897/PMI.2022.35.

25. Мовчан И. Б., Шайгаллямова З. И., Яковлева А. А. Выявление факторов структурного контроля коренных золоторудных проявлений методом беспилотной аэромагниторазведки на примере Нерюнгринского района Якутии // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 217—233. DOI: 10.31897/PMI.2022.23.

26. Bamford T., Medinac F., Esmaeili K. Continuous monitoring and improvement of the blasting process in open pit mines using unmanned aerial vehicle techniques // Remote Sensing. 2020, vol. 12, no. 17, article 2801. DOI: 10.3390/rs12172801.

27. Blischenko А. А., Gusev V. N. Anovar of errors in surveying photogrammetric measurements of mountain objects with the help of unmanned aerial vehicles // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 720, no. 1, pp. 70—75, article 012103. DOI: 10.1088/1755-1315/720/1/012103.

28. Зуев Н. А., Кобзев А. А. Использование беспилотных авиационных систем при проведении маркшейдерских работ на разработках открытого типа // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2018. — № 1. — С. 26—33.

29. Курганов В. М., Грязнов М. В., Колобанов С. В. Оценка надежности функционирования экскаваторно-автомобильных комплексов в карьере // Записки Горного института. — 2020. — Т. 241. — С. 10—21. DOI: 10.31897/pmi.2020.1.10.

30. Шабаров А. Н., Носков В. А., Павлович А. А., Черепов А. А. Концепция геомеханического риска при открытой добыче полезных ископаемых // Горный журнал. — 2022. — № 9. — С. 22—29. DOI: 10.17580/gzh.2022.09.04.

31. Захаров В. Н., Гвишиани А. Д., Вайсберг Л. А., Жеранов Б. В. Большие данные и устойчивое функционирование геотехнических систем // Горный журнал. — 2021. — № 11. — С. 45—52. DOI: 10.17580/gzh.2021.11.06.

32. Пономаренко М. Р., Кутепов Ю. И., Шабаров А. Н. Информационно-аналитическое обеспечение мониторинга состояния объектов открытых горных работ на базе технологий веб-картографии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 8. — С. 56—70. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_8_0_56.

33. Колесатова О. С., Красавин А. В., Афанасьева Т. С., Сухачева Е. О. Определение объемов складов на основе результатов аэрофотограмметрической съемки / Международная научно-практическая конференция «Уральская горная школа — регионам». — Екатеринбург, 2021. — С. 211—212.

34. Ванеев С. Р., Ванеева М. В. Сравнительный анализ современных методов определения объемов добытых полезных ископаемых // Модели и технологии природообустройства (региональный аспект). — 2020. — № 1. — С. 24—29.

35. Комиссаров А. В., Аврунев Е. И., Ямбаев Х. К., Хлебникова Е. П. Сравнение точности определения объемов сыпучих материалов по данным съемки с беспилотных летательных аппаратов и геодезическим измерениям // Вестник СГУГиТ. — 2019. — Т. 24. — № 4. — С. 70—77. DOI: 10.33764/2411-1759-2019-24-4-70-77.