Дроны и софт Bentley Systems бросают вызов привычным технологиям геодезии. И решают маркшейдерские задачи новыми методами

На угольном разрезе работает по-настоящему могучая техника. Гигантские экскаваторы вгрызаются в пласт и насыпают уголь в бездонные кузова карьерных самосвалов. Грузовики ежесуточно перевозят десятки тысяч тонн ископаемого топлива на открытый склад. Здесь оно перегружается в железнодорожные вагоны, которые доставляют уголь металлургам и энергетикам.

К взлёту готов

Чего явно не ожидаешь увидеть на фоне грохочущей, испачканной угольной пылью тяжелой машинерии, так это белоснежный дрон, который с осторожностью извлекают из транспортировочного кейса. Буквально пара минут на предполётную подготовку — и беспилотник взмывает вверх. Его поведение в небе похоже на причудливый танец, причём дрон исполняет его сам, без какой-либо помощи оператора, оставшегося на земле.

Беспилотник с высоты 70 метров фотографирует открытый склад угля, чтобы потом передать собранные данные на обработку приложением компании Bentley Systems, которая разрабатывает специальное инженерное ПО. Цель операции — продемонстрировать заказчику, что съемка с дрона и обработка данных умными программными алгоритмами обеспечивает высокую точность результатов. И что им вполне можно доверять.

Помочь дрону

Производственники — люди консервативные. Они не склонны вот так запросто отказаться от проверенной веками технологии тахеометрии в пользу какой-то хайповой инновации. Кто знает, что там намеряет и что насчитает связка дрона со специализированным софтом? Якобы она всё делает сама. Всё, да не всё. Без участия человека здесь не обходится.

Площадку, которая станет предметом исследования, особым образом готовят маркшейдеры. Но они тратят на это сильно меньше сил и времени, чем потребовали бы классические измерения. Всего-то требуется установить на участке GNSS-приемник высокой точности и расположить контрастные метки — и сеть из десяти опорных знаков готова. Теперь беспилотнику есть на что ориентироваться.

Данные о местоположении приемника и точек заносятся в приложение, которое составляет для дрона полётный план. Оператор видит, сколько времени займет съемка, а также готовит достаточное количество аккумуляторов для «дозаправки» летательного аппарата. Для полного обследования открытого склада беспилотнику потребовалось два вылета и двадцать минут полётного времени. Дрон справился: у него на борту — около 500 фотографий.

Bentley Systems продолжает, геодезисты выигрывают

Но основная работа по оценке объемов угля на открытом складе предстоит не в небе над производственным участком, а в недрах специализированных приложений Bentley. Участие человека в обработке данных требуется в момент загрузки полученных с дрона изображений на компьютер со специализированным софтом, а также на этапе оценки и возможной коррекции уже получившейся цифровой модели. В остальном программное обеспечение действует полностью самостоятельно.

Первым в игру вступает Bentley ContextCapture. Сначала приложение превращает пазл из сотен отдельных картинок в единый аэрофотоснимок. Программа не предъявляет к исходным изображениям каких-то особенных требований. Фиксированное фокусное расстояние камеры, достаточное количество света для чётких снимков без цифрового шума и распространенные форматы (TIFF, RAW или JPEG) — это всё, что ей нужно. Соответственно, функцию аэрофотосъемки можно доверить хоть встроенной камере дрона, хоть закреплённому на устройстве фотоаппарату.

Затем Bentley ContextCapture запускает процесс аэротриангуляции и разбивает рельефную поверхность открытого склада на множество точек. Каждая из них описывает параметры крохотного участка местности. Чем больше точек, тем более подробным получится ортофотоплан, то есть цифровая модель участка. Его формирование — третий этап превращений собранных дроном данных.

Ночные подсчёты

Стоит сказать, что все три этапа программа преодолела самостоятельно за несколько часов. У специалистов, которые пользуются инструментарием Bentley Systems, есть практика «поручать» софту проводить расчёты ночами, чтобы не тратить на вычисления рабочий день. При условии, что приложение работает на достаточно мощном компьютере с быстрым процессором, большим объемом оперативной памяти и производительной видеокартой, весь процесс занимает 5-10 часов. К утру обычно всё готово.

Четвёртый этап — постобработка массива данных с помощью Bentley OpenRoads Designer. Автоматизированные механизмы классификации приложения избавляют план от несущественных деталей. Именно на четвёртом этапе цифровая модель обретает бизнес-смысл, поскольку считает объемы продукции на складе и сравнивает их на разные даты. Форма, в которой поданы эти данные, не требует какой-то сложной интерпретации. Имеющуюся информацию можно прикрепить к отчёту, который ляжет на стол высшим руководителям и владельцам компании.

Считаем погрешность

Несмотря на то, что практически вся работа по сбору и анализу полученных данных была сделана автоматически, оценку того, как сработала связка дрона и специализированных программных продуктов, все равно должны дать люди. Маркшейдерская группа приступила к сравнению результатов аэрофотосъемки и последующей компьютерной обработки, а данными, собранными опытными геодезистами непосредственно на участке.

Дрон — это такой же инструмент, что и тахеометр, поэтому погрешности в измерении им неизбежны. Идеальной точности маркшейдера может помешать масса факторов — зыбкий грунт, дождь или яркое солнце на закате. Препятствий для беспилотника тоже хватает — это и сверхнизкая облачность, и особенности исследуемой поверхности, и т. д. Вот почему тахеометр маркшейдера и камера дрона демонстрируют разные результаты.

Насколько они различаются? Геодезисты, вооруженные тахеметром и приложением Suprac, насчитали 49536,2 кубометра угля на складе. Беспилотник в связке с Bentley ContextCapture — 50162,8 кубометра. Таким образом, разница в подсчётах объемов продукции на складе составила 626,6 кубометра — чуть более одного процента. Нередко оба метода — тахеометрия и аэрофотосъемка — были феноменально близки друг к другу: «разлёт» между ними не превышал 0,01 %!

Эффективнее на 50 %

Экономический смысл — еще одно преимущество технологии сбора исходных данных. Он складывается из нескольких факторов. Первый —  дрон работает существенно быстрее. Скажем, на обследование склада угля он потратил всего 20 минут чистого времени, хотя даже у опытных геодезистов на аналогичную операцию ушло бы несколько дней.

Второе — беспилотник удобнее при изыскательских работах. Он с легкостью осуществит съемку участка, куда маркшейдеру с его оборудованием просто так не пробраться, либо где условия окружающей среды не способствуют точности измерений.

Третье — на некоторых объектах дрон целесообразно применять постоянно, чтобы с нужной периодичностью (хоть каждый день) создавать модель объекта и фиксировать все изменения, которые на нем происходят.

Ну и четвёртый фактор базируется на здравом смысле: опытный геодезист намного полезнее при подготовке участка к исследованию с помощью дрона, при анализе получившихся данных и составлении ортофотоплана, чем «в полях» в обнимку с тахеометром. Таким образом, применение связки «беспилотник + специализированный софт» для первоначального сбора и анализа данных оказывается на целых 50 % целесообразнее.

Лётная погода

Эксперимент показал, что тандем дрона и софта Bentley Systems может быть использован для получения полной закоординированной 3D-модели местности, подсчёта объёмов насыпей или выемок, изучения новых территорий для проектирования, а также для оперативного мониторинга территорий — чтобы понимать динамическое изменение объемов складских остатков.

Фактически это означает, что передовой метод съёмки с беспилотника и обработки полученных данных в современных программных средах применим для заказчиков целого спектра отраслей — от добывающей промышленности до муниципального управления с его потребностью в правильном развитии территорий. Так что беспилотники еще не раз взлетят не только над перспективными месторождениями, но и над мегаполисами — для повышения качества жизни людей в больших городах.