Применения БПЛА в горнодобыче и геологоразведке

Беспилотные технологии воздушного и наземного типа всё активнее проникают в различные отрасли производства, а также в сферу добычи полезных ископаемых.

Промышленный квадрокоптер DJI Matrice 300 RTK стал достойным наследником 200-й серии «Матрис», которая в свою очередь пришла на замену Matrice 100 и Matrice 600. Впрочем, качество и надёжность первых промышленных и научных Matrice были настолько высокими, что их эксплуатация в ряде организаций осуществляется и по сей день.

Тем не менее выход первой и второй серии Matrice 200/210 произвело своеобразную революцию в направлении промышленных беспилотников. Эти квадрокоптеры получили мощную силовую установку, оптимальные скоростные режимы, высокий уровень защиты, позволяющий использовать летательные аппараты в непогоду, резервирование ключевых модулей, подогрев двигателей и замечательные интеллектуальные функции.

Но, пожалуй, самым примечательным нововведением DJI была гибкая система для установки полезной нагрузки у моделей M210/M210 RTK в первом и втором поколениях.

Однако практика эксплуатации показала, что серия Matrice 200 может быть значительно усовершенствована, что и выразилось в появлении новой модели Matrice 300 RTK. Она заменила собой сразу три модификации М200/М210, так как получила сразу три разъёма для установки камер и другой полезной нагрузки и модуль RTK для высокоточного позиционирования. А поскольку компания DJI уже давно предоставила покупателям своей продукции возможность использовать авторские и сторонние разработки (при условии их интеграции в среду DJI через фирменный SDK), то рамки применения нового дрона были существенно расширены.

К этому следует добавить, что в последние годы DJI стремится предоставить профессиональным пользователям своих продуктов не только летательные аппараты и полезную нагрузку к ним, но и другие компоненты, образующие целую «экосистему» DJI, её комплексные беспилотные решения. В них, в частности, входит дополнительно оборудование вроде мобильных станций RTK, а также профессиональные программные продукты: DJI GS Pro (для работы в энергетике, сельском хозяйстве, строительстве, научных исследованиях, а также для спасательных операций), DJI Terra (для картографии, фотограмметрии и создания трехмерных моделей), DJI Thermal Analysis Tool 2 (для обработки тепловых изображений), DJI FlightHub (для планирования работы дронов и управления флотом беспилотников) и другие.     

Усовершенствованные полётные характеристики

Новый промышленный дрон М300 RTK прежде всего получил ряд существенных изменений в конструкции и силовой установке, которые в сумме дали хороший эффект для полетных параметров аппарата и его полезной нагрузки. Инженеры внесли изменение в конфигурацию, расположив роторы с пропеллерами под лучами, а не над ними, как было раньше, а также изменили планер таким образом, чтобы он, благодаря обновлённой силовой установке, мог гарантировать стабильность и эффективность при выполнении полётных миссий в разных условиях, включая неблагоприятную погодную обстановку.

Ключевые полётные характеристики М300 RTK

Варианты полезной нагрузки

Конструктивные новшества и более мощная силовая установка обеспечили уникальную возможность — несколько конфигураций полезной нагрузки. Теперь у пользователей M300 RTK есть в распоряжении три варианта установки различного оборудования в зависимости от целей и потребностей планируемых миссий. Например, специалисты по горному делу могут установить на М300 не только камеру (визуальную, тепловизионную и/или инфракрасную), но и другое совместимое оборудование (LiDAR, газоанализатор и иные специализированные системы получения данных). При максимальной нагрузке дрон спокойно выдерживает до 2,7 кг полезного оборудования.

Новые камеры от DJI для Matrice 300 RTK

DJI специально разработала и выпустила для новой версии промышленных дронов линейку уникальных камер (и это не считая уже имевшихся моделей совместимых тепловизионных и визуальных камер). К ним относятся гибридные камеры Zenmuse H20/H20T, а также камеры Zenmuse P1 и Zenmuse L1. Из них особенно примечательны модели H20T с тепловизионной матрицей и L1, на которой установлен модуль Livox LiDAR для лазерного сканирования.

Поскольку Matrice 300 RTK допускает установку до 3 единиц оборудования, то теперь можно комбинировать указанные устройства и формировать план работ для очередной полетной миссии, получая в результате всеобъемлющую точную и своевременную информацию. 

Совместимые с M300 RTK камеры

Интеллект для сложных миссий и безопасность

Сложные полётные задания в любой сфере промышленного применения, включая горнодобывающую, предъявляют высокие требования не только к аппаратному, но и программному обеспечению. Важно наличие таких опций, которые помогают эффективно и качественно выполнять задачи любого уровня сложности в самых разных условиях. Для этих целей M300 RTK получил такие полезные функции, как:

• запись миссии в реальном режиме времени;
• выборочная проверка с помощью искусственного интеллекта (AI Spot-Check), позволяющая автоматизировать одинаковые задачи;
• режим полёта и работы на маршрутных точках (Waypoints 2.0) для планирования задач и эффективного выполнения специализированных миссий;
• режим Smart Pin и Track, существенно облегчающие съёмку и составление карты выбранной для работы территории;
• дистанционное управление, планирование и обработка данных с помощью приложения DJI FlightHub.

И это далеко не всё. Помимо этого, DJI постаралась повысить уровень безопасности при выполнении полётов, оснастив дрон системой, позволяющей в реальном времени не только контролировать местоположение дрона, но и «видеть» обстановку в воздухе в районе полетов.

Интересным решением также стало оснащение М300 функционалом для управления платформой двумя операторами. При этом каждый из них имеет равные права и может в любое время «перехватить» управление, например, если работы выполняются на большой территории, где видимость для одного пилота будет неизбежно ограничена при увеличении расстояния между ним и дроном.

Мощная система технического зрения также повысила безопасность пилотирования. На всех плоскостях дрона имеются датчики двойного обзора и датчики ToF. Благодаря им максимальная дальность обнаружения увеличилась до 40 м, а с помощью приложения DJI Pilot можно регулировать настройки для наблюдения за поведением дрона и для его точного обнаружения. Система работает эффективно даже в сложных условиях эксплуатации.

Применение беспилотников в горнодобывающем комплексе

В горной добыче беспилотные летательные аппараты (БПЛА) уже сегодня в состоянии решать как минимум несколько классов задач:

• миссии по геологоразведке, включая картографию местности и 3D-моделирование окружающего пространства;
• выполнение миссий по контролю процесса добычи, строительства объектов и их охраны;
• управление хвостовыми отвалами;
• исследование подземных шахт и их инфраструктуры;
• мониторинг состояния заброшенных шахт и прилегающих зон;
• миссии в рамках обеспечения безопасности добычи и охраны труда;
• оптимизация подъездных дорог и инфраструктуры в целом.

Миссии по геологоразведке

Это направление применения воздушных беспилотников сформировалось одним из первых и в настоящий момент считается базовым для применения дронов в горном деле. Применение М300 RTK или других моделей DJI с соответствующим оборудованием на борту и ПО для обработки позволяет выполнять несколько достаточно сложных, но чрезвычайно важных миссий: создание карт местности, ортофотопланов, трёхмерных моделей рельефа и объектов на нём, а также обнаружение различных аномалий геологического характера. Полученные данные будут необходимы при создании планов полевых работ, строительстве подъездных путей и инфраструктуры, дальнейшего развития объекта.

Миссии по контролю добычи и охране объектов

Второе направление использования беспилотников, которое также становится одним из базовых, сводится к выполнению полётов для круглосуточного мониторинга работы объекта (или целого комплекса объектов), работы сотрудников, а также миссий по охране различных объектов. При этом такие миссии могут выполняться и днём, и ночью. Для таких целей устанавливаются специальные камеры (тепловизионные, инфракрасные), а также при необходимости дополнительные осветительные приборы или иное оборудование в качестве полезной нагрузки. 

Управление хвостовыми отвалами

Хвостовые отвалы, или хвостохранилища, представляют собой специальные комплексы для хранения опасных побочных продуктов горнодобывающего предприятия, пустых пород и др. Хвостохранилища представляют интерес как минимум по двум причинам:

• экологическая безопасность;
• возможность вторичного использования и переработки.

Отсюда становится важным налаживание эффективного управления хвостохранилищами, в чём большую пользу могут принести беспилотные системы, включающие не только сами летательные аппараты, но и прикладные программы для обработки полученных данных и их дальнейшего применения на практике.

Исследование состояния карьеров, подземных шахт и их инфраструктуры

Здесь ситуация выглядит следующим образом. Наиболее простым является применение БПЛА в тех случаях, когда добыча полезных ископаемых осуществляется открытым способом. Мониторинг состояния карьеров и подъездных путей к ним выполнять сравнительно несложно. Для беспилотников в таких случаях есть больше пространства для полётов, и съёмка с воздуха осуществляется сравнительно легко.

Другая ситуация складывается в отношении подземных шахт. Здесь из-за особенностей пространства (замкнутые полости, ограниченная видимость, пыль и наличие многочисленных препятствий) применение дронов в настоящее время ещё ограничено, но успешные примеры имеются. Специалисты считают, что перспективы связаны с развитием новых модификаций летательных аппаратов и дополнительного оборудования для них (например, защиты, специальных камеры и датчиков), а также программных усовершенствований. В целом использование даже в подземных шахтах беспилотных систем будет способствовать повышению безопасности за счёт своевременного обнаружения утечек газов и опасности обрушения пород, анализа устойчивости, а также мониторинга состояния вентиляции и многого другого. Кроме того, возможное направление — это борьба с возгораниями и обнаружение потенциальных очагов пожароопасности. 

Мониторинг состояния заброшенных шахт и прилегающих зон

В мире насчитывается не один десяток тысяч заброшенных шахт. И эти объекты представляют собой серьёзную опасность, если не выполнять регулярный мониторинг. Проводить его непосредственно на земле и традиционными методами очень опасно и затратно. Однако делать это необходимо, а поэтому на помощь в этом вопросе приходят беспилотники. Оборудование: камеры различного типа, лазерные сканеры, газоанализаторы — позволяет контролировать ситуацию со скоплением и утечкой газов, наблюдать за геологическими изменениями, которые могут привести к катастрофическим последствиям, наводнениям и другим стихийным бедствиям.  

Миссии в рамках обеспечения безопасности добычи и охраны труда

Эта задача перекликается с упомянутой выше миссией по мониторингу состояния карьеров, подземных шахт и инфраструктуры для них. Здесь акцент делается на предотвращение аварий и несчастных случаев на производстве вследствие высокой пожароопасности, опасности утечки метана или обвалов породы. Дроны, оснащённые датчиками и камерами, помогают на ранних этапах обнаружить опасные тенденции и помочь принять своевременные решения для сохранения здоровья и жизни сотрудников предприятия.               

Оптимизация подъездных дорог и инфраструктуры в целом

Сеть подъездных дорог оказывает значительное влияние на эффективность горнодобывающей деятельности. Для обеспечения безопасного и равномерного транзита необходимо постоянно следить за дорожными условиями.

Дроны могут облегчить этот процесс за счёт сбора большого количества аэрофотоснимков, точнее охватывающих более широкие области, которые затем могут использоваться инженерами для планирования, проектирования, строительства и технического обслуживания.

Пример применения DJI Matrice 300 RTK и других БПЛА компании DJI компанией «СУЭК»

Многие отечественные компании широко осваивают беспилотные технологии. Так, АО «Воркутауголь» — подразделение компании «Северсталь» — в начале июня 2018 года провело испытание беспилотников для внедрения технологии получения геопривязанной 3D-модели. Цель этого эксперимента заключалась в том, чтобы отладить контроль добычи угля и объёмов выемки насыпи. В качестве места реализации эксперимента был выбран разрез «Юньягинский».

Ещё более показательным примером является компания «СУЭК». В августе того же 2018 года кузбасское подразделение «СУЭК» начало активную эксплуатацию беспилотников, создав для этого специальное подразделение — Управление аэрофотосъёмочных работ. Оно вошло в техническую дирекцию кузбасского подразделения компании. После того как были проведены успешные тестовые полёты и производственные испытания БПЛА на открытых месторождениях «СУЭК» в Красноярском крае и Бурятии, топ-менеджеры компании пришли к такому решению: развивать направление беспилотных летательных аппаратов для нужд бизнеса.

В испытаниях принимали участие не только сотрудники компании «СУЭК», но и ученые из Института проблем управления РАН, а также другие профильные специалисты. Анализ работы беспилотников во время тестовых миссий и результаты обработки полученных данных позволили сделать вывод о высокой эффективности беспилотных технологий в области горного дела. А если конкретнее, то специалисты увидели в новой технологии отличный инструмент для маркшейдеров и землеустроителей, и не только для них.

Весной 2020 года Управление аэрофотосъёмочных работ получило в своё распоряжение 6 единиц БПЛА разных моделей (включая 4 дрона DJI Mavic 2 Enterprise Dual и Phantom) и устройства российского производства, а также аппаратуру для приёма и обработки сигналов от любых существующих сегодня навигационных систем. По мнению специалистов, эти аппараты должны были (и продолжают в настоящее время) выполнять операции по воздушной съёмке, миссии фотограмметрии, мониторинг хвостохранилищ и помогать в решении других важных задач. Инвестиции в новые технологии обошлись компании в 9 миллионов рублей. При этом речь шла о приобретении не просто летательных аппаратов, но и необходимого для них дополнительного оборудования и программного обеспечения. 

Одновременно «СУЭК-Кузбасс» вложила значительные средства и время в решение правовых вопросов применения промышленных беспилотников на своих разрезах. Была выполнена регистрация аппаратов в Росавиации, подготовлены пилоты и другие специалисты для работы с новыми технологиями. Результаты практического применения беспилотных технологий оказались весьма впечатляющими. Компания может выполнять целый ряд задач, существенно экономя при этом средства, человеческие ресурсы и повышая уровень безопасности для своих сотрудников.

Имеющееся оборудование: беспилотники, полезная нагрузка для них, дополнительное оборудование и специализированное программное обеспечение — помогает решать такие задачи, как:

• проведение топографической съёмки районов проведения работ и прилегающих зон;
• мониторинг разрезов для предотвращения (или скорейшей ликвидации) опасных инцидентов;
• мониторинг территории, которой владеет компания, для учёта используемых земель, проведения рекультивации, обеспечения безопасности населения и окружающей среды и др.;
• измерение объёма угольных складов.

Беспилотники значительно ускорили выполнение ряда типовых горных работ и повысили точность результатов измерений. По мнению руководства компании, внедрение беспилотных технологий — это один из эффективных инструментов цифровизации производства, как и создание «цифровой шахты» и «цифрового разреза». Цифровизация нужна не потому, что это модный тренд, а потому, что она позволяет за счёт максимального количества точных и полных данных повысить эффективность управления на предприятии.

При выборе инструментов многие обращают внимание на оборудование от компании DJI, так как последняя, как уже отмечалось ранее, предлагает специалистам различных отраслей, включая горнодобывающие компании, комплексные решения, включающие помимо аппаратного обеспечения (дронов, камер, LiDAR и др.) программное обеспечение (DJI Terra, DJI GS Pro, DJI FlightHub и др.) и собственный сервис SDK. Всё это легко интегрируется в единую систему и может быть без труда включено в бизнес-процессы компании. Это явное преимущество продуктов DJI, выгодно отличающее её от конкурентов.

Испытание Matrice 300 RTK в Западной Сибири

Компания «СУЭК» стала одним из первых предприятий в горнодобывающей промышленности, испытавших на своих разрезах DJI Matrice 300 RTK. Разумеется, главной целью совместного проекта «СУЭК-Кузбасс», компаний Hive и 4vision была не только попытка проверить работу новой модели промышленного дрона в условиях пониженных температур, но и выполнение вполне конкретной задачи — разработки новой технологии для измерения объемов грунта.

Компания Hive оказывает клиентам услуги особого характера, связанные с использованием воздушной съёмки и лазерного сканирования, и с борта беспилотного летательного аппарата осуществляет фотограмметрию, картографию, трёхмерное моделирование рельефа и объектов и др.

Для этих сложных задач самым оптимальным инструментом на протяжении последних лет остаются беспилотные технологии от компании DJI, поэтому в парке «СУЭК» задействованы модели именно этого ведущего бренда. Его представителем в России является компания 4vision, которая предоставила для выполнения проекта не только сами летательные аппараты, но и целые системы и решения промышленного уровня, включая специализированное программное обеспечение.

Компания 4vision также оказывает профессиональную техническую поддержку специалистов, проводит консультации для менеджеров, чтобы помочь им сделать оптимальный выбор для решения, например, если речь идёт о приобретении дронов промышленного уровня вроде Matrice 300 RTK или Mavic 2 Enterprise, а также подбора дополнительного оборудования для них. 

В тестировании участвовали два дрона DJI — Matrice 300 RTK и Mavic 2 EA. При этом в начале работ с утра был мороз минус 15 градусов, а днём он доходил до минус 20. Выполнялась съёмка поверхности до взрыва и после взрыва для расчета выбранного объёма грунта. При проведении испытаний был задействован TOPODRONE LIDAR 100 LITE. Новая методика расчётов с помощью беспилотников должна была показать её более высокую эффективность и скорость по сравнению с традиционным методом — тахеометрической съёмкой бригадой маркшейдеров. Съёмка 5 га участка могла бы занять у такой бригады примерно 5 дней. Дроны позволили сократить это время до 2 асов.