Тяжелая промышленность – это, как правило, очень сложные процессы, большой масштаб работ и высокие риски для рабочих. Все это часто осложняется суровыми природными условиями. Здесь, как нигде, пригодятся передовые технологии: все сложные задачи можно передать роботизированным системам.TechInsider узнал, как дрон с камерами и датчиками помогает в производстве, строительстве и контроле безопасности.
Беспилотники с различным подвесным оборудованием в значительной степени упрощают работу: на тяжелых производствах колоссальные масштабы, поэтому «взгляд сверху» просто необходим. Например, для выполнения геодезических и маркшейдерских задач, то есть для анализа и измерения месторождений как в недрах, так и на поверхности. Эти работы проводят, чтобы составить карты и план по добыче ресурсов. Дроны помогают в маркшейдерской съемке таких мест, как подземные горные выработки без доступа людей, отвалы пород, хранилища с радиоактивными и токсичными отходами обогащения полезных ископаемых и площадей с зыбким и топким грунтом. Людям в таких местах находиться запрещено, поэтому анализ приходится выполнять дистанционно, но и это иногда нельзя сделать: слишком велики расстояния и нет прямой видимости.
Неоценима помощь дронов в инспекции и обследовании объектов инфраструктуры, находящихся на высоте или недалеко от опасных зон. К примеру, для осмотра промышленных объектов, подвесных трубопроводов, эстакад, крыш необходимо возводить строительные леса, что требует массы времени и трудозатрат. Работа на высоте опасна, нередки несчастные случаи. Беспилотники выполняют инспекцию намного быстрее, а главное, не подвергаются опасности человеческие жизни.
Рассмотрим топографическую съемку породного отвала площадью около 12 га. Бригаде из четырех-шести человек нужно около четырех часов только полевых работ. При этом дискретность съемки – количество съемочных точек на единицу площади – все равно невелика. С дроном для аэрофотосъемки два человека выполняют эту задачу за 20–30 минут, а плотность точек составляет 5–10 см. Естественно, нужно учесть, что и время на обработку данных увеличивается в два-три раза.
Или, например, требуется инспектировать подвесной трубопровод и проверить соединения. Обычно для этого используют спецтехнику, монтируют предохранительные устройства. Всего один оператор с дроном выполнит все работы в десять раз быстрее, что незаменимо при внеплановой срочной проверке.
На предприятиях «Норникеля» используется профессиональный квадрокоптер DJI Matrice 210 RTK V2, разработанный специально для промышленности. Он выдерживает суровые погодные условия и может оснащаться несколькими камерами, датчиками и сканерами.
Кроме камер, на промышленный БПЛА можно установить тепловизоры, дальномеры и лазерные сканеры. Дрон весом 6 кг поднимает три камеры и несколько датчиков, но их общий вес не должен превышать 1,23 кг. Беспилотник способен взять на борт и больше, но при высокой нагрузке ему может не хватить мощности моторов, чтобы справляться с ветром. Кроме того, сильно уменьшается время полезного полета.
БПЛА развивает скорость до 72 км/ч, поднимаясь на высоту до 3 км. Два аккумулятора позволяют увеличить максимальное время полета: оно составляет 38 минут. Однако, по словам Сергея Соболева, руководителя по направлению маркшейдерского контроля и аудита горных проектов департамента минеральных ресурсов «Норникеля», при хороших погодных условиях фотовидеофиксация породного отвала объемом 2 млн м3 занимает всего 15–20 минут. Экономия времени не единственное преимущество: специалистам намного важнее тип и вид получаемых данных.
При лазерном сканировании маркшейдеры получают готовое облако точек для дальнейшего анализа. Такие данные можно извлечь из фотографий и видеосъемки, но сначала их требуется обработать. При использовании дрона в этом этапе нет необходимости. По данным, полученным со сканера, детальная модель сложного объекта создается сразу. По ней маркшейдеры строят рельеф и определяют объемы открытых горных разработок и складов полезных ископаемых, а инженерная служба планирует расширение производства.
Сегодня по данным, собранным БПЛА, «Норникель» составляет генеральные планы строительства. А в это время дрон инспектирует строительные площадки. Это позволяет следить за выполнением работ и безопасностью на объекте, а также эффективнее использовать пространство при строительстве. Беспилотник шифрует передаваемую информацию, поэтому его применяют даже на объектах с режимом постоянного контроля.
Квадрокоптер прекрасно выдерживает суровые погодные условия в Норильске. Обычный дрон быстро ломается при низкой температуре, сильном ветре и осадках, однако закрытый влагостойкий корпус и система обогрева для аккумуляторов позволяют DJI Matrice 210 RTK V2 работать при температуре до –20 °С. Противостоять ветру помогают мощные двигатели и 17-дюймовые винты. Однако одной лишь мощности недостаточно: БПЛА должен быть «умным».
Беспилотник значительно упростил инспекцию труднодоступных зданий, для которой надо было привлекать промышленных альпинистов. Во многом это стало возможным благодаря умным системам квадрокоптера: они не позволяют ему врезаться в сооружения и следят за положением других ЛА.
Сенсоры БПЛА обеспечивают безопасность как дрону, так и окружающим. Благодаря системе визуальных, ультразвуковых и инфракрасных датчиков беспилотник распознает препятствия на расстоянии до 30 м. Приемник ADS-B позволяет отслеживать положение других летательных аппаратов, что тоже повышает безопасность применения квадрокоптера.
В хороших условиях максимальная дальность полета дрона достигает 7 км. Это позволяет быстро инспектировать не только здания, но и трубопроводы, кабельные эстакады и провода. Утечки тепла и нагревы контактов в линиях электропередачи выявляют с помощью тепловизора, а коронные разряды в изоляторах на опорах линий электропередач – с помощью ультрафиолетовой камеры. Простой видеокамерой проверяют швы железобетонных плит и металлоконструкций, ищут прорывы трубопровода и измеряют толщину снежного покрова на крыше зимой.
Специалист в режиме реального времени по видео с БПЛА находит проблему и определяет, насколько она серьезна. Исправление проблемы занимает меньше времени благодаря тому, что работники знают, что и где произошло. Чтобы просто собрать информацию для обработки и анализа, дрон запускают в автоматическом режиме, задав траекторию облета.
К примеру, поиск утечек на газопроводах одного из металлургических предприятий «Норникеля» происходил таким образом. Сначала специалисты провели лазерное сканирование трассы газопровода и определили потенциально опасные для дрона места – пересечение газопровода с высоковольтными линиями и участки рядом с высокими зданиями. Потом выстроили маршрут полета с учетом этих препятствий и рельефа. На беспилотник установили лазерный метандетектор и запустили в небо. Трубы на предприятии проложены по эстакадам высотой 6–10 м, а квадрокоптер может за полчаса просканировать до 4 км этих труб. Таким образом на «Норникеле» сэкономили массу времени и сил.
В будущем дроны планируют использовать даже под землей. Разработка подземных месторождений сложна и опасна, поэтому «Норникель» сейчас работает над уникальным проектом – его назвали «Безлюдный рудник». Это полностью роботизированная подземная добыча с помощью роботов, камер и беспилотников. Чтобы дрон мог ориентироваться под землей, где нет сигнала GPS, и не врезаться в бока выработок и конструкции, его нужно оснастить лидарной сканирующей системой. Пока такие технологии есть лишь у нескольких стран, и теперь «Норникель» внедряет их в России.