Дроны с мультиспектральными камерами в геологоразведке

В прошлой статье мы рассказали вам о том, как и для чего могут использоваться беспилотники, оборудованные мультиспектральными камерами. Однако нам удалось рассмотреть не все возможные сферы применения воздушной мультиспектральной съемки, и было обещано кроме таких областей, как сельское и лесное хозяйство, затронуть также геологоразведку. Именно об этом и пойдет речь ниже. 

Преимущества использования беспилотных систем в геологоразведке?

Мы уже не раз отмечали возрастающую роль беспилотных технологий в различных отраслях промышленности, а также прикладных исследованиях для нее, включая геодезические и исследования в районе месторождений полезных ископаемых. 

По мере развития беспилотных летательных аппаратов, специального оборудования для них, а также программных средств, включая элементы искусственного интеллекта, изменяются, совершенствуются и достигают новых возможностей методы исследований с помощью дронов. Это в полной мере относится к геологии и геологоразведке. 

В последние годы это хорошо осознали во многих странах, включая Россию. Воздушная и космическая съемка давно применяются в геологии и разведке полезных ископаемых. Разработано специальное оборудование для таких случаев, однако появление дронов оказалось настоящей находкой для многих специалистов, которым нужны качественные, относительно дешевые и оперативные результаты воздушной съемки. Дроны, благодаря низким расходам на эксплуатацию и простоте обращения с ними, стали альтернативой исследованиям поверхности Земли из космоса или с борта самолета. 

Место спектральных методов съемки в геологоразведке

Одной из проблем в современной экономике является сравнительно быстрое сокращение запасов природных ресурсов. Это побуждает специалистов разрабатывать наиболее точные и надежные способы поиска месторождений и оценки запасов полезных ископаемых на конкретных территориях. При этом эффективность методов геологических исследований уже обусловлена не только и не столько результатами поиска самих месторождений, сколько обнаружением таких ресурсов, поиск и добыча которых окупят затраты на выполнение всех работ. 

Отсюда расширяется использование традиционных и внедрение новых перспективных методов геологических исследований. При этому на данный момент в геологических исследованиях и геологоразведке уже существует множество методик, которые с той или иной степенью успеха применяются специалистами для решения поставленных задач. Среди них:

• Гравиметрический для исследования плохо изученных регионов. Он использует сверхточные измерения притяжения Земли для выявления глубины и формы залегания горных пород.
• Сейсмический. Использует измерение колебаний и времени их пробега от воздействия силы. Это позволяет получить картину внутреннего строения земли.
• Магнитный. Использует наблюдения за поведением геомагнитного поля для поиска месторождения.

Это далеко не все, тем более, что для поиска полезных ископаемых могут применять специфические методики в соответствии со свойствами определенного минерала. 

В последние годы специалисты стали все чаще использовать для геологоразведки беспилотники, оборудованные модулями для спектральных и магнитных измерений. Спектральную (мульти- и гиперспектральную) съемку можно также применять не только на этапе разведки и разработки полезных ископаемых, но и использовать дроны с такими камерами для мониторинга выработанных месторождений в целях будущего восстановления территорий промышленной выработки и их рекультивации, то есть, для восстановления экологического равновесия.

Спектральная съемка (которая также может выполняться спутниками, что не всегда удобно и стоит больших затрат) не может выступать сама по себе в качестве единственного метода. Ее результаты будут намного ценнее и точнее в сочетании с другими методами. То есть, в действительности спектральная съемка эффективна при использовании комплекса методов (работ). И это помогает понять геологическую обстановку, особенно на начальном этапе поисково-оценочных работ. 

Для получения точных данных и снижения геологического риска комплекс исследований может включать: спектральный анализ, создание качественного и детального ортофотоплана (в том числе с применением LIDAR и съемки с беспилотника), сбор, объединение и анализ всех геолого-геофизических данных исторического характера и некоторые другие методы. 

Что дает применение такого мощного комплекса методов? Данные, полученные в том числе с помощью спектральных методов, позволяют построить первые слои ГИС-проекта. А на его основе уже можно делать выводы о том, нужно ли выбраковывать исследуемый участок или же продолжать исследования, но сделав акцент на основных выявленных аномалиях. Использование такого комплекса методов в сочетании с применением беспилотников значительно сокращает стоимость предварительных исследований и обеспечивает приличный экономический эффект на последующих ступенях работ.

Спектральная съемка ведет свою историю с 1970-х годов. Тогда, как и многие другие инновационные методы исследований (особенно, если они велись со спутников), спектральная съемка преимущественно служила задачам военных. На первом этапе развития спектральных методов из-за особенностей оборудования они назывались мультиспектральными. Но увеличение спектральных каналов и усовершенствование ПО позволило задействовать и гиперспектральные камеры.

Примеры применения спектральных исследований с БПЛА в комплексе геологоразведочных работ

Хотя спектральная съемка с беспилотников в геологоразведке пока применяется не так часто, первые попытки использовать этот метод в сочетании с магнитными измерениями показали, что хороший результат получается именно при комбинации этих двух методов. 

Специалисты хорошо знают о том, какую роль играет магнитные измерения в разведке полезных ископаемых. Особенно часто такие измерения интересны в связи с поисками магнетита и других минералов железа, которые часто используют для картирования и нахождения полезных ископаемых. Однако ее иногда недостаточно. Или же есть возможность воспользоваться альтернативой в виде мультиспектральной (гиперспектральной) съемки. 

Допустим, специалисты имеют дело с областями, где горные породы хорошо обнажены. Тогда спектральная съемка помогает оценить геологические единицы и минеральные составы по спектральным характеристикам электромагнитного спектра в видимом и инфракрасном диапазонах. Бывают и другие обстоятельства, когда использование дрона со спектральными датчиками (и другими, если это возможно и нужно) будет намного более оправданным решением, нежели иные. 

Один из примеров такого рода – исследование и разведка полезных ископаемых в базальтовой провинции Западной Гренландии. Этот район интересен тем, что здесь находится магматические сульфидные месторождения, схожие с теми, что разрабатываются под Норильском. Но помимо того, что Западная Гренландия – это довольно суровый край, присутствуют и другие препятствия для разведки полезных ископаемых, а также их разработки. Здесь довольно сложный рельеф, а геологические образования частично плохо обнажены. 

В ходе прошлых разведочных работ на севере острова Дисков были выявлены редкие месторождения самородного железа и высокий потенциал минерализации никеля, меди, кобальта, платины и золота. Однако во многих местах на более низких высотах четвертичные оползни уничтожили обнажение горных пород. Чтобы расширить геологоразведочные работы в этих сложных условиях, в районе Куллиссата исследователи решили получить данные магнитного и мультиспектрального дистанционного зондирования с высоким разрешением с помощью дронов. На основе данных была создана подробная 3D-модель минерализованной базальтовой толщи.

Примечательно, что для обработки мультиспектральных данных и создания цифровых моделей поверхности в виде растровых и трехмерных облаков точек, мультиспектральных ортофотопланов каждого района использовалось российское программное обеспечение Agisoft Metashape (версия 1.6 компании Agisoft из Санкт-Петербурга) Всего было выполнено 11 полетов в четырех субрайонах общей протяженностью 308 линейных километров. Линии полета были установлены параллельно региональному склону с учетом местности и с перекрытием вперед и в стороны на 80% и 60% соответственно.

Заключение

Спектральная съемка с дрона – это относительно новое в современных технологиях геологических исследований и геологоразведке. Бурное развитие беспилотных систем после 2015 года и совершенствование оборудования уже позволяет существенно снижать затраты на проведение разведки и более точно прогнозировать перспективы месторождений. Это особенно важно для российских компаний в новых условиях экономической деятельности. 

Из двух видов спектральной съемки – мульти- и гиперспектральной – специалисты по этим вопросам отдают в последнее время именно гиперспектральным камерам. Они дают более полную информацию. Однако применение мультиспектральных камера воздушного базирования (на беспилотниках), например, на Mavic 3 Multispectral или Phantom 4 Multispectral от компании DJI также позволяет получить интересную информацию. А если ее комбинировать с данными других датчиков (LiDAR, магнитными измерениями и т.п.), то можно получить еще более разностороннюю и полную информацию об изучаемом объекте и снизить возможные риски для будущей разработки.