Аэросъемка и 3D модель карьера

Хочу поделиться опытом работы, результаты которой одновременно удивили и порадовали. Перед нашей командой была поставлена задача — сделать съемку карьера общей площадью 4 кв. км. в Ивановской области (Рис.1) с целью оперативно и с минимальными затратами:

1. Определить объемы выработки породы;
2. Подсчитать объем склада готовой продукции;
3. Получить поверхность для уточнения уровня гидроотвала;
4. Получить 3D модель всей территории.

Основным критерием было выполнение вышеуказанных целей в сжатые сроки при помощи недорогого оборудования.

Рис.1 Территория съемки.

Мы планировали осуществить работы в поле в течение одного светового дня при том, что поздней осенью темнеет достаточно рано.

Для выполнения вышеуказанных работ мы вооружились Квадрокоптером DJI Fantom 3 стоимостью 100 тыс. руб, 5 батареями, ноутбуком и GPS приемником для координации на местности.

Остановившись в г. Иваново накануне, построили полетное задание (Рис.2) для нашего Фантома и с рассветом, набросав примерные позиции координат для геодезистов, выехали на объект.

Рис. 2 Полетное задание.

Для получения точной модели поверхности необходимо закоординировать местность. Для площади в 400 Га мы решили взять с запасом 24 точки, равномерно распределенные по площади. Точки брали специально с запасом на случай, если часть из них будет уничтожена карьерной техникой.

Встретившись с заказчиком на месте, мы получили новую вводную о приоритетах съемки, в связи с чем маршрут пришлось переделать, затратив дополнительно минут 40.

Итак, работа началась в 11 утра. Геодезисты получили на мобильный телефон сетку координат, погрузились в УАЗ 469, любезно предоставленный заказчиком, и умчались координировать точки. В качестве вооружения они получили пластиковые одноразовые тарелки и гвозди 110 мм для фиксации точек на местности.

Мы, в свою очередь, поехали поближе к первому маршруту. Надо отметить, что Фантом 3 имеет дальность полета от пульта управления не более 2км. Вот почему маршруты строились так, чтобы наш беспилотник не потерял сигнал и не прекратил полетное задание, поскольку это потеря времени и заряда батареи. На выполнение всех маршрутов мы потратили все 6 батарей с расходом порядка 50 %. Одну из батарей нам пришлось зарядить. Начав в 11:00 утра, геодезисты закончили свою работу по координированию 24 точек к 14 часам дня, а мы свои полеты (общей протяженностью 45 км., Рис.3) завершили в 15:15, таким образом, успев осуществить работы в поле за световой день и отсняв 27 Гб видео материала. Погода надо сказать была нелетная: сильный ветер порядка 10 м/с, снег после 12:00, что заставило нас сдвинуть свой обед до окончания работ.

Рис.3. Общая длина маршрутов 45 км. (4,5 часа работы в поле).

Поблагодарив за прием на карьере и поддержку при осуществлении работ, в этот же день мы вернулись домой.

Следующим утром мы получили файл от геодезистов с координатами в WGS 84 и скачали 27Гб видеоматериала, сделанного фантомом.

Далее речь пойдет о камеральной работе (работа в офисе), а именно обработке фотографий в программе ведущего мирового производителя софта компании Bentley и продукта построения цифровой модели на основе фотографий Context Capture.

В программу Context Capture было загружено 27 Гб видео и координаты в системе WGS 84. Запустили процесс обработки видео и процесс аэротриангуляции. Затраченное время 2,5 часа. Далее был запущен процесс построения трехмерной модели. На нашем компьютере не высокой производительности данный процесс длился 28 часов. Машина обработала в итоге 1860 фотографий и построила трехмерную модель всего карьера (470Га). Из данной модели были получены необходимые нам форматы Las (облако точек), OBJ (текстурированная модель), FBX (трехмерная графика Рис.4) и ортофотоплан. На этом этап обработки фотоматериала закончился.

Рис. 4. Трехмерная закоординированная модель карьера. Результат обработки в Bentley Context Capture.

Файл с расширением Las (облако точек) размером 1,5 Гб был передан заказчику для сравнения результатов аэрофотосъемки и классического метода, применяемого на карьере. К сожалению, данный файл не получилось открыть, поскольку AutoCAD Civil 3D замер и не подавал признаков жизни. Было принято решение разрядить облако точек в 300 раз. Однако, неразряженное облако легко открывалось и крутилось в программе Bentley Power Civil, которая работает на платформе Microstation (Рис.5). Облака в десятки гигабайт ей нипочем, за что отдельно спасибо разработчику.

Что же мы увидели, когда сравнили результаты по участку готовой продукции, где измерения происходят каждую декаду месяца? Разница между работой маркшейдера с тахеометром и аэрофотосъемкой составили 0,5% при допуске в горном деле до 5% (по нормативу в зависимости от объема).Рис. 6,7.

Рис.6. Сравнение двух 3D моделей классический замер и результат аэрофотосъемки.

На мой взгляд, точность аэрофотосъемки получается выше, поскольку модель строится по поверхности с миллионами точек, тогда как маркшейдер набирает их значительно меньше.

Рис.7. Сравнение продольного и поперечного разреза.

Какую цель мы преследовали, и что же в итоге получили?

Мы пришли к пониманию, что развитие беспилотной техники и софта Bentley Context Capture позволяет сделать всю работу по получению объемов выработки на территории, например, 470 Га за 3 дня, тогда как классическим методом на такой объект может уйти целый месяц. Важно отметить еще и тот факт, что съемка выполнялась квадрокоптером DJI Phantom 3. Это модель, устойчивей и проще в управлении которой я еще не встречал. Немаловажно, что стоит она сейчас 100 тыс. руб. Данная технология значительно удешевляет, ускоряет и одновременно упрощает производство маркшейдерских работ.