А.Б. Райс, директор по развитию бизнеса, Kespry Inc., США. Журнал "Цемент и его применение", № 5 за 2016 год.
Данный обзор описывает использование технологии беспилотных летательных аппаратов, или дронов, применительно к цементной промышленности. Дроны являются универсальным инструментом, который может позволить различным компаниям сделать значительный шаг вперед в методах их работы. В настоящее время наблюдается рост применения дронов в разнообразных коммерческих сферах, сопровождаемый большим интересом и даже ажиотажем.
Краткий обзор технологии дронов
Дрон — это платформа для малозатратного частого сбора данных. По сути дрон представляет собой летающий компьютер с видеокамерой, способный проводить воздушную съемку рабочей площадки, собирая для пользователя ценную информацию. С технологической точки зрения дроны весьма напоминают устройства сотовой связи: значительное число внутренних электронных компонентов в них заимствовано из конструкции смартфона. Неугасающий спрос на интеллектуальные устройства привел к массовой миниатюризации некоторых базовых электронных компонентов, таких как гироскопы, акселерометры и приемники GPS. Изначально эти компоненты разрабатывались для использования в смартфонах, однако их доступность привела к тому, что большое число коммерческих фирм и частных любителей начали использовать их в своих летательных аппаратах. Успехи в разработке миниатюрной и надежной электроники привели к росту полетной устойчивости и общей надежности дронов, создавая реальные предпосылки для их коммерческого применения.
Существующие сегодня дроны имеют самые разнообразные конструкции и размеры и находят множество применений в различных сферах. Для решения задач цементной промышленности лучше всего подойдут небольшие, легковесные и многофункциональные беспилотные системы, конструкция которых может варьироваться от многовинтовой схемы (например, квадрокоптера) до аппарата с неподвижным крылом (самолета).
Появление первой волны дронов было продуктом любительского интереса. За последние 5 лет технология дронов вышла на рынок и сейчас стала доступна для потребителей. Такие компании как DJI (Da-Jiang Innovations, Китай) капитализировались на любительских рынках, производя простые в использовании квадрокоптерные беспилотные системы с упором на персональную фото- и видеографию. Потребительские дроны DJI имеют видеокамеры с гиростабилизатором и могут полностью управляться посредством GPS, что вызвало к ним повышенный интерес и обусловило их широкое распространение. С учетом простоты в использовании, универсальности, удобоуправляемости и маневренности этих воздушных аппаратов частные лица и организации начали использовать потребительские дроны, выявляя, как их применение помогает сэкономить деньги и время.
При оценке технологии дронов через призму коммерции упор делается в меньшей степени на применяемую аппаратуру и в большей — на получаемые с ее помощью информацию и экономический эффект. Каким образом такой подход сделает работу на промышленной площадке безопаснее? Как полученные данные помогут сделать технологические процессы более эффективными? Как это сэкономит средства в сравнении с текущими методами работы?
За последние несколько лет некоторые изготовители дронов начали отвечать на потребность в коммерческих беспилотных системах, предназначенных для конкретных областей промышленности. Это привело к появлению поставщиков услуг и компаний, предлагающих ряд специальных промышленных продуктов.
Услуги, предлагаемые такими поставщиками цементным компаниям, ориентированы на получение данных, подобно услугам, предоставляемым стандартной изыскательской конторой (например, подготовку волюметрических отчетов, топографические облеты и др.). Другие организации принимают эту технологию на внутрикорпоративный уровень, предоставляя изготовителям дронов сосредоточиться на масштабируемости при выполнении полетов, сборе и обработке данных и выводе на рынок простых и полностью готовых к применению решений, дающих возможность сбора высококачественных аэрофотосъемочных данных без необходимости дополнительного обучения управлению дроном или обработке изображений.
Применение мобильных летающих платформ в цементной промышленности выходит далеко за пределы простой фото- и видеосъемки. Подобно системам пилотируемой аэрофотосъемки, большинство коммерческих беспилотных систем способны выполнять фотограмметрию с высоким разрешением, что позволяет с помощью специализированного компьютерного ПО строить точные, привязанные к ориентирам геопространственные модели на основе отснятых беспилотными аппаратами изображений. Конечная двух- и трехмерная геопространственная информация может быть использована в различных целях.
Применение технологии дронов в цементной промышленности
Существует много возможностей применения технологии дронов в цементной индустрии. Основной вариант — это волюметрия запасов, которая в случае традиционных методов, включая ручные замеры и аэрофотосъемку, требует значительных временных и финансовых затрат и решения проблем безопасности рабочего персонала. При помощи дронов и специализированного компьютерного ПО те же задачи выполняются быстрее, дешевле и безопаснее: дрон делает многочисленные снимки объекта, а затем с использованием фотограмметрического ПО на базе полученных изображений и географических координат строится масштабированная, привязанная к местности модель объекта, для которой можно рассчитать ее объем. Данные представляются в форматах 2D (орто-проекции, цифровые модели местности) и 3D (полигональные сетки, облака точек, рис. 1—3).
Хотя некоторые продавцы дронов предлагают собственные платформы для поддержки волюметрических вычислений, большинство данных с дронов может быль легко интегрировано в существующие CAD-приложения и технологические карты планирования горных работ. Автономность дронов и возможность выполнения ими полетных заданий по координатам GPS позволяют оператору составить программу и собрать данные, не заботясь о необходимости управлять воздушным судном вручную.
Качественное выполнение задания позволяет дрону предоставить волюметрические данные, сходные по точности с результатами ручных замеров и лазерного сканирования, не говоря о гораздо более высоком уровне безопасности для рабочего персонала. Большинство существующих сегодня коммерческих беспилотных систем могут в течение 20-минутного полета произвести фотосьемку площади в 20—40 га и предоставить информацию в тот же день, что позволяет выполнять соответствующие вычисления быстро и просто. Продвинутое ПО дронов может выполнить расчеты даже в случаях, если на изображении исследуемого объекта (например, штабеля) имеются «помехи», такие как погрузочно-разгрузочное оборудование, или если несколько штабелей находятся в контакте друг с другом.
На рис. 4 показано изображение песчаного карьера в штате Огайо (США). На основе результатов, полученных при 15-минутном облете дрона, отснявшего общую площадь 18 га, составлен аудиторский отчет по этому карьеру. Примерно 3 часа спустя после полета заказчик создал автоматизированный отчет, в котором были представлены характеристики пронумерованных на изображении трехмерных объектов, в том числе их объем, вид сыпучего материала, а в отдельных случаях — также плотность материала и его масса. Таким образом, использование дрона позволило с высокой оперативностью получить расчетные данные о материальных запасах на площадке. Визуальная информация, предоставляемая дронами, может быть также с успехом использована в планировании горных работ. Генерируемые ими 3D-сетки хорошо интегрируются в существующее ПО для горного планирования или дорожного строительства, такое как AutoCAD, Carlsen и др. Многие компании по производству цемента и нерудных материалов смогли бы заменить топографическую аэрофотосъемку на беспилотные миссии, так как дроны способны генерировать уточненные данные, которые затем легко экспортируются и интегрируются в результаты изыскательских работ без дополнительных манипуляций. При наличии дрона можно было бы чаще собирать информацию по действующим участкам разработок без чрезмерных затрат.
Заключение
В данном материале сделан особый акцент на волюметрическом подсчете запасов и планировании горных работ, поскольку данные задачи необходимо решать на регулярной основе. Они представляют собой ту сферу, в которой применение беспилотных дронов стало бы рутинной частью рабочего процесса. Помимо этих повторяющихся задач существует множество других областей, где также можно применять указанную технологию, например для получения данных при проведении инспекций, вскрышных работ, для отслеживания перемещений ресурсов и др.
