СРАВНЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЁМОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПО ДАННЫМ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СЪЁМКИ И БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты сравнения геодезических и фотограмметрических данных, полученных с беспилотных летательных аппаратов, для оценки запасов песчано-гравийной смеси на месторождении Рохат в Чирчикском районе Ташкентской области. Оценка точности выполнялась с использованием погрешности вычислений каждого метода. Для открытого участка карьера построены 3D модели выемки двух площадок. Расчет объёмов выполнялся по построенным TIN-поверхностям площадок до и после выемки.

ABSTRACT

The paper presents the results of a comparison of geodetic and photogrammetric data obtained from unmanned aerial vehicles to assess the reserves of sand and gravel at the Rohat field in the Chirchik district of the Tashkent region. Accuracy estimation was performed using the calculation error of each method. For an open pit section, 3D excavation models of two sites were built. The calculation of volumes was performed on the constructed TIN-surfaces of the sites before and after excavation.

Ключевые слова: фотограмметрические данные, геодезический метод, 3D модель, TIN-поверхность.

Keywords: photogrammetric data, geodetic method, 3D model, TIN-surface.

Объем полезных ископаемых многих месторождения является необходимой величиной для определения календарного плана развития участка работ. Точность определения объёма в большей степени зависит от стоимости единицы объема самого материала и, наоборот, чем дороже материал, тем точнее необходимо знать его объем. Как следствие, возрастают и требования к количеству земляных работ. Эти требования определяют время, необходимое на разработку и стоимость сырья. Для больших карьеров объем достигает миллионов кубометров, и поэтому погрешность его вычисления может привести к значительным финансовым расходам. Согласно нормативным требованиям, точность вычисления объема достигает 1-3% от общего объёма ископаемых материалов. Поэтому метод вычисления запасов полезных ископаемых должен удовлетворять следующим критериям: точность, периодичность, оперативность, трудозатраты, коэффициент плотности и потери [1, 2]. В настоящее время для определения объёма полезных ископаемых применяются следующие современные методы съёмки:

1. геодезический метод, выполняемый с помощью электронного тахеометра и приёмника глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС);
2. наземное лазерное сканирование;
3. фотограмметрический метод с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА);
4. наземная фотосъемка (Light Detection and Ranging, LIDAR).

Из всех перечисленных методов вычисления наиболее точным является наземное лазерное сканирование, точность которого равна 1-3 см, а дискретность топографических замеров составляет 4-5 см. Погрешность определения объема для лазерного сканирования равна 0,01%. Но, с другой стороны, данный метод является самым дорогостоящим для проведения топографических работ [3]. Во многих странах для вычисления объема полезных ископаемых применяется геодезический метод, выполняемый с тахеометром и ГНСС приемником, как наименее затратный из вышеперечисленных. Технология БПЛА также находит применение для решения топографических задач, благодаря высокому разрешению, возможности создания панорамных снимков, низкой стоимости и экологической безопасности. В данной работе выполнено сравнение точности определения объема запасов песчано-гравийной смеси на месторождении Рохат в Чирчикском районе Ташкентской области традиционным геодезическим методом с фотограмметрическим методом с БПЛА.

Тахеометрическая съёмка выполнялась с помощью прибора фирмы Leica TS11 на 3 опорных пунктах съёмки, расстояние между которыми не превышает 100 м. Систематическая погрешность составила 2-3, погрешность измерений расстояний 2 мм, а погрешность угловых измерений 3². Топографическая съемка с применением ГНСС приемника выполнена относительно выбранного опорного пункта - базы с известными координатами. Всего выбрано 240 характерных точек для создания плана и вычисления объёма полезных ископаемых. Для фотограмметрического метода с применением дрона съёмка производилась с высоты 50 м, при этом количество снимков составило 8 штук, базис фотографирования равен 40-50 м [4]. Размер пикселей на местности составляет не более 5 см, а остаточные величины дисторсии 2-4 пикселя. Для топографической съёмки с БПЛА были установлены специальные маркеры для привязки опорных пунктов в виде квадратной доски с чёрно белыми расцветками. Обработка данных выполнялась в программе AutoCad Civil 3D. В программе Civil 3D были созданы TIN поверхности (рис.1) и рассчитаны объемы.

Рисунок 1. Поверхности объекта, полученные в программе Civil 3D: по геодезической съемке (слева) и с помощью БПЛА (справа)

Результаты сравнения объемов, полученных обеими методами приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнение результатов вычисления объемов полезных ископаемых геодезическими и фотограмметрическим методами

Как видно из табл.1 значения объема для всех традиционных методов с помощью тахеометра и ГНСС приемника практически совпадают. Но, следует отметить, что нами было выбрано небольшое месторождение. При больших размерах объекта съемки, очевидно, что будут увеличены затраты и трудоемкость выполнения работ с помощью приемника и тахеометра. В таких случаях рентабельнее окажется применять фотограмметрический метод использованием БПЛА.

На основании выполненного исследования можно сделать следующие рекомендации по выбору метода топографической съемки. Для карьеров с объемом от 200 тыс. м³ до 300 тыс. м³ предпочтительно выполнять работы с помощью тахеометра или ГНСС приемника. Для карьеров среднего размера объема от 300 тыс. м³ до 500 тыс. м³ можно выполнить работы комбинированным методом, дополняя для труднодоступных территорий геодезический метод фотограмметрическим. А для карьеров объем, которых больше 500 тыс. м³ преимущество будет применять фотограмметрический метод.

Список литературы:

1. Руководство о порядке эксплуатации беспилотных летательных аппаратов в гражданской и государственной авиации Республики Узбекистан 31 август с 2016 г. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https:// https://lex.uz/ru/docs/3024319 (дата обращения: 31.08.2016).
2. Комиссаров А.В., Аврунев Е.И., Ямбаев Х.К. Сравнение точности определения объемов сыпучих материалов по данным съемки с беспилотных летательных аппаратов и геодезическим измерениям // Вестник СГУГиТ. – 2019. – Том 24. № 4. – С. 70-77. DOI: 10.33764/2411-1759-2019-24-4-70-77.
3. Манухов В.Ф. Совершенствования топографических съёмок и инженерно-геодезических работ с использованием современных технологий // Вестник Мордовского университета. – 2008. – №1. – С.105-108.
4. Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия: учебное пособие по фотограмметрии для студентов 3 курса специальности «Картография». – М.: УПП “Репрография” МИИГАиК, 2008. – 160 с.