Применение беспилотных летательных аппаратов для определения извлекаемых объемов земляных масс из открытых горных выработок

Цель работы – рассмотреть на примере одного из карьеров по добыче общераспространенных полезных ископаемых на территории Витебской области возможности использования беспилотных летательных аппаратов для точного подсчета извлекаемых объемов земляных масс, позволяющие оптимизировать процессы планирования и управления природными ресурсами.
В качестве тестового полигона для отработки методики расчетов и съемки был выбран песчаный карьер месторождения «Шалыги-1», расположенный в северной части Витебского района в 0,9 км на северо-запад от центра д. Шалыги, в 0,5 км на юг – юго-восток от центра д. Тригубцы и в 14,0 км на север от центра г. Витебска, который эксплуатируется с 2023 г.
Оценка объемов извлекаемых земляных масс была выполнена с использованием современных программных решений и технологий, что обеспечило высокую точность и эффективность анализа. В ходе работы применялись методы векторизации (Easy Trace и др.), фотограмметрического анализа (Agisoft Metashape) и геоинформационного анализа (QGIS, Аксиома), а также компьютерное моделирование на основе САПР (модуль Geonics nanoCAD) и программирование решений. Исходные данные были получены в результате автоматической аэрофотосъемки с использованием камеры высокого разрешения БПЛА Phantom. В результате проведенной аэрофотосъемки карьера получен массив из 527 снимков в видимом спектре (RGB) с разрешением 2,5 см/пиксель. С помощью программы Agisoft Metashape построены ортофотоплан, модель, облако точек и цифровая модель местности территории карьера. Кроме того, предварительно были рассчитаны объемы земляных масс по модели «на лету». Далее в программе QGIS производилась обработка данных о рельефе территории и их подготовка для экспорта в nanoCAD Geonics. Основные расчеты проводились на базе специализированного модуля российского аналога AutoCAD – nanoCAD Geonics. Построение поверхностей осуществлялось несколькими способами на базе импортированных облака точек (.las) и горизонталей (.shp). Картограммы земляных масс построены по квадратам (аналог ручного способа расчетов). Итоговые расчеты были сопоставлены с материалами традиционной наземной съемки недропользователя. Применение единых методик расчета и позиционирования позволяет говорить о том, что разница в результатах связана с более высокой точностью моделирования на основе данных беспилотной съемки. Таким образом, исходя из качества результатов в совокупности с более высоким уровнем безопасности и оперативности, можно говорить о том, что дистанционная оценка количественных параметров недропользования является предпочтительной по сравнению с традиционными методами.

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.