Use of unmanned aerial vehicles to determine extracted volumes of earth mass from open mining

The purpose of the work is to consider, using the example of one of the quarries for the extraction of common minerals in the Vitebsk region, the possibilities of using unmanned aerial vehicles to accurately calculate the volumes of extracted earth masses, allowing to optimize the processes of planning and management of natural resources. The sand quarry of the Shalygi-1 deposit, located in the northern part of the Vitebsk region, 0,9 km northwest of the center of the village of Shalygi, 0,5 km south-southeast of the center of the village of Trigubtsy and 14,0 km north of the center of Vitebsk, which has been in operation since 2023, was chosen as a test site for practicing the calculation and survey methodology. The assessment of the volumes of extracted earth masses was carried out using modern software solutions and technologies, which ensured high accuracy and efficiency of the analysis. The work involved the use of vectorization methods (Easy Trace, etc.), photogrammetric analysis (Agisoft Metashape), and geoinformation analysis (QGIS, Axiom), as well as computer modeling based on CAD (Geonics nanoCAD module) and solution programming. The initial data were obtained as a result of automatic aerial photography using a high-resolution camera of the Phantom UAV. As a result of the aerial photography of the quarry, an array of 527 images was obtained in the visible spectrum (RGB) with a resolution of 2.5 cm/pixel. Using the Agisoft Metashape program, an orthophotoplan, model, point cloud, and digital terrain model of the quarry territory were built. In addition, the volumes of earth masses were preliminarily calculated using the model “on the fly”. Then, in the QGIS program, the data on the terrain of the territory was processed and prepared for export to nanoCAD Geonics. The main calculations were carried out on the basis of a specialized module of the Russian analogue of AutoCAD – nanoCAD Geonics. The construction of surfaces was carried out in several ways based on imported point clouds (.las) and contours (.shp). Cartograms of earth masses were constructed by squares (analogous to the manual calculation method). The final calculations were compared with the materials of the traditional ground survey of the subsoil user. The use of unified calculation and positioning methods allows us to say that the difference in the results is due to the higher accuracy of modeling based on unmanned survey data. Thus, based on the quality of the results in combination with a higher level of safety and efficiency, we can say that remote assessment of quantitative parameters of subsoil use is preferable compared to traditional methods.

1. Алгоритмическое и программное обеспечение с применением беспилотных летательных аппаратов для оценки остатков угля на открытых складах / О. В. Тайлаков [и др.] // Уголь. – 2015. – № 2. – С. 68–71.

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

3. Вьюнов, М. В. Оценка использования возможности применения аэрофотосъемочных БПЛА для учета горных работ при добыче полезных ископаемых [Электронный ресурс]. – 2017. – Режим доступа: http://config.com/files/pdf/презентации_2017/Вьюнов.pdf. – Дата доступа: 04.03.2025.

4. Гафуров, А. М. Возможности использования беспилотного летательного аппарата для оценки почвенной и овражной эрозии / А. М. Гафуров // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 4. – С. 654–667.

5. ГОСТ 21.508–2020. Правила выполнения рабочей документации генеральных планов предприятий, сооружений и жилищно-гражданских объектов. – М. : Стандартинформ. – 2020. – 38 с.

6. Золкин, А. Л. Цифровой мониторинг агроэкосистем на основе космических и беспилотных технологий как основа органического земледелия / А. Л. Золкин, Е. В. Матвиенко, Ю. В. Осоргин. – М., 2023. – 66 с.

7. Зуев, Н. А. Использование беспилотных авиационных систем при проведении маркшейдерских работ на разработках открытого типа / Н. А. Зуев, Е. А. Кобзева // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2018. XIV Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 9 т. Новосибирск, 23–27 апр. 2018 г. – Новосибирск : СГГА, 2018. – Т. 1. – С. 26–33.

8. Катаев, М. Ю. Анализ практических возможностей применения беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве / М. Ю. Катаев, О. А. Пасько, Е. Ю Карташов // Вестник КрасГАУ. – 2023. – № 1 (190). – С. 54–62.

9. Колесатова, О. С. Использование БПЛА для съемки объектов открытых горных работ / О. С. Колесатова, А. В. Красавин // Глобус: геология и бизнес. – № 4 (63). – 2020. – С. 124–126.

10. Реализация возможностей использования беспилотных летательных аппаратов в горном деле / И. А. Гришин [и др.] // Уголь. – 2022. – № 5. – С. 36–41. – DOI: 10.18796/0041-5790-2022-5-36-41.

11. Следюк, Д. Подсчет объемов с применением дронов. Ожидания и реальность // Взгляд с небес [Электронный ресурс]. – 2022. – Режим доступа: https://aerophoto.com.ua/2022/01/18/drone-volumecounting/. – Дата доступа: 04.02.2025.

12. Уведомление о планируемой деятельности. Планируемая деятельность: «Разработка и рекультивация месторождения песчано-гравийно-валунного материала (гравийно-песчаной смеси) и песка Шалыги (северо-западная часть) Витебского района Витебской области, строительства и обслуживания подъездной автомобильной дороги к нему Витебского района Витебской области. Внесение изменений». Общественные обсуждения [Электронный ресурс]. – 2023. – Режим доступа: https://vitebsk.vitebsk-region.gov.by/ru. – Дата доступа: 04.02.2025.