В полном объеме. Маркшейдерское оборудование нового поколения в Горном институте

В списке нового оборудования, приобретенного для отдела геомеханики Горного института КНЦ РАН, две удивительные позиции: лидарный комплекс DJI Matrice с лазерным сканером Zenmuse L1 и аэрофотосъемочный комплекс «Геоскан Gemini». Грубо говоря, это квадрокоптеры – один снабжен фотокамерой, второй несет лазерный сканер. Но как может пригодиться в изучении горных выработок, дамб хвостохранилищ и других наземных сооружений то, что летает над землей?

Научный сотрудник лаборатории геомониторинга и устойчивости бортов карьеров Иван Розанов объясняет: именно сверху можно увидеть картину в полном объеме. Современные технологии позволяют в подробностях рассмотреть все трещины, провалы, найти незаметные с земли изменения дневной поверхности, создать подробнейшую карту местности и трехмерную модель рельефа.

– Управляем дроном мы с пульта, – рассказывает Иван Юрьевич. – Можно заранее задать маршрут, по которому он будет летать, и точно задать его координаты. Вот эта модель снабжена фотокамерой. Она поменьше, но очень «выносливая». Вести съемку «Геоскан Gemini» может до 40 минут, за один раз может заснять до полутора квадратных километров с разрешением в три сантиметра на пиксель. Этого более чем достаточно для наших задач. Модель побольше может нести подвес весом до шести килограммов. У нас это – лазерный сканер, но можно его заменить, скажем, на тепловизор. Лидарный комплекс «Matrice» сканирует два квадратных километра за один полет, причем очень точно: точность съемки в плане – пять сантиметров, по высоте – десять сантиметров. Получается облако точек, на основе которого мы строим объемные модели.

На экране компьютера – цветная фотография небольшого песчаного карьера посреди хвойного леса. Но вот она поворачивается, ракурс меняется, и вот мы уже смотрим на карьер совсем с другой точки. Ведущий инженер Михаил Кузнецов демонстрирует, что такое облако точек и для чего оно нужно:

– Фотокамера на лазерном сканере захватывает цвет объекта. Поэтому облако раскрашено в реальные цвета: деревья выглядят, как деревья, песок – как песок. А вот и наша машина попала в облако. Теперь мы проводим обработку и удаляем из модели все деревья. Получается объемная модель поверхности без лишних деталей, с которой мы можем работать дальше!

Во время съемки лидарный комплекс для каждой точки записывает координаты и интенсивность отраженного сигнала, которая зависит от свойств поверхности. При сканировании луч отражается от различного рода поверхностей. Какие-то точки попадают на линии и опоры ЛЭП, листья и хвою деревьев, кусты и траву, а также на поверхность земли или объекта съемки. Специальные программы позволяют обрабатывать облако точек, убирая помехи, ненужные объекты, раскрашивать в разные цвета по типу горной породы, высоте и так далее. В итоге у ученых получается объемная цифровая модель. Сравнивая 2 модели объекта, построенные в разный период времени, можно проследить, как проседает почва или движутся борта карьеров. Дополнительный анализ моделей позволяет определить причины смещения, и дает возможность моделировать изменения, которые еще не случились, но могут произойти в будущем.

Для точного отслеживания медленных и незаметных сдвижений горных пород применяется спутниковое оборудование «PrinCe». Производит его российская компания «ПРИН», история которой начинается с 1990 года. Тогда сотрудники Московского авиационного института создали рабочую группу для работы над навигационным оборудованием. Группа провела в 1991 году первую в России выставку, посвященную спутниковым приборам, ставшую точкой отсчета для использования спутникового навигационного оборудования в России, и начала представлять крупнейших его производителей в нашей стране. С 2013 года компания сотрудничает с китайской фирмой «СНС». Она предлагает оборудование, ГНСС-приемники, контроллеры и аксессуары, развивает собственную сеть базовых станций «PrinNet» (сейчас она насчитывает более 300 пунктов и продолжает расти).

Ведущий инженер Роман Достовалов демонстрирует комплекс «GNSS PrinCe ChokeRing»:

– Мы устанавливаем штатив с прибором, и антенна непрерывно определяет координаты точки в течении заданного периода времени. При выполнении нескольких серий измерений появляется возможность определить значение смещения данной точки, скорость, а также направление.

Когда-то маркшейдерское оборудование состояло из теодолита, нивелира и тахеометра и требовало большого количества расчетов. С развитием вычислительной техники, с появлением спутниковых и лидарных комплексов уже на этапе измерений можно получить информацию в полном объеме.