Содержание
В статье мы подробно разберем недавний успешный опыт создания цифровой модели местности (ЦММ) для нужд золотодобывающей отрасли на площади 14,31 км² (около 1400 га) в Магаданской области. Рассмотрим все этапы работ: от планирования аэрофотосъемки с использованием БПЛА до построения конечных продуктов – ортофотоплана и цифровой модели рельефа, – их точности и практического применения в проектировании карьера.
Магадан и роль золотодобычи
Магаданская область издавна является опорным регионом золотодобычи России. Здесь с середины XX века формировались крупные горные предприятия, а освоение месторождений стало частью истории и экономики всего Дальнего Востока. Сегодня развитие отрасли требует современных инструментов геодезии, которые позволяют быстро и точно фиксировать большие территории и получать цифровые модели для проектирования карьеров и сопутствующей инфраструктуры.
Изображение 1-3. Путь до объекта
Проектирование современного горнодобывающего предприятия, особенно в условиях сложного рельефа и сурового климата Дальнего Востока, требует наличия точных и актуальных пространственных данных. Традиционные методы топографической съемки для таких объемов являются чрезвычайно трудоемкими и времязатратными. Использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в сочетании с технологией фотограмметрии позволяет в сжатые сроки получить комплексные данные, служащие основой для всего последующего проектирования.
Изображение 4-6. Невероятно красивая осень в походных условиях
Задачи проекта
Для получения высокодетальных аэрофотоснимков с точной геопривязкой и для последующего построения топографического плана масштаба 1:2000 и цифровой модели местности был выбран промышленный дрон геодезического класса DJI Mavic 3E. Этот аппарат сочетает в себе мобильность, достаточную продолжительность полёта и профессиональную камеру с механическим затвором, что исключает смазывание изображения при движении.
Изображение 7. Общий вид обследуемой территории
Изображение 7. Промышленный дрон DJI Mavic 3E
В рамках подготовки к освоению нового участка был поставлен ряд задач:
- проведение аэрофотосъемки на площади 1400 га;
- составление топографического плана в масштабе 1:2000 с сечением рельефа через 2 м;
- создание цифровой модели местности для проектирования будущего золотодобывающего карьера.
Особенностью района стал значительный перепад высот — около 750 м, что сделало работу интересной и технологически сложной.
Методика аэрофотосъемки
Съемка выполнялась в солнечную погоду, при температуре +12…+16 °C, скорости ветра 4–8 м/с. Умеренный ветер не оказал критического влияния на стабильность полета Mavic 3E, а хорошее освещение обеспечило высокое качество и контрастность снимков.
Технические параметры аэрофотосъемки:
- площадь 14,31 км²,
- размер снимка 421,16 × 316,48 м,
- количество точек 402 и проходов 25,
- съемка по расстоянию (1677 кадров, шаг 63,30 м).
Изображение 8. DJI Mavic 3E с установленным модулем RTK
Вся съемка была выполнена за один рабочий день. Потребовалось 9 полетов общей продолжительностью около 3 часов (9 × 20 мин). Это наглядно демонстрирует высочайшую эффективность БПЛА-технологий по сравнению с наземными методами.
Параметры облета:
Маршруты рассчитывались в ПО UgCS, что позволило рассчитать маршруты с учетом сложного рельефа местности. Это означает, что высота полета адаптировалась под цифровую модель рельефа, обеспечивая постоянное расстояние до земли и, как следствие, единообразное разрешение всех снимков.
- высота полета — 300 м. Данная высота обеспечивает оптимальный баланс между охватом территории и разрешением снимка, необходимым для создания плана масштаба 1:2000;
- продольное перекрытие — 80%;
- поперечное перекрытие — 60%. Высокие значения перекрытий являются критически важными для построения качественной 3D-модели рельефа методом фотограмметрии;
- скорость — 10 м/с. Оптимальная скорость для обеспечения резкости снимков при заданных перекрытиях.
Изображение 9. Маршрутная полетной миссии в ПО UgCs
Обработка данных
Для достижения высокой точности использовалась базовая станция, установленная непосредственно на участке работ. Это позволило применять метод кинематики в постобработке (PPK), который существенно точнее стандартной GPS-привязки самого БПЛА.
Геопривязка снимков - координаты центров фотографий были уточнены в программе TOPODRONE Post Processing. На этом этапе «сырые» GPS-данные с дрона и базовой станции корректируются, что позволяет определить координаты каждого снимка с сантиметровой точностью.
Изображение 10. ЦМР участка
Фотограмметрическая обработка в Agisoft Metashape.
- Было построено плотное облако точек. Программа, используя уточненные координаты и сами снимки, выполняет поиск тысяч общих точек на перекрывающихся фотографиях. В результате формируется трехмерное облако точек, где каждая точка имеет координаты X, Y, Z и цвет. Это основа всей последующей модели.
- Далее была получена ЦМР (цифровая модель рельефа) – сетка, где каждой ячейке присвоено значение высоты. Сечение рельефа через 2 метра полностью соответствует требованиям к топоплану масштаба 1:2000.
- Также был создан ортофотоплан - исправленный от искажений, равномерно масштабированный фотоплан территории, являющийся точной картографической основой.
Изображение 11. Отображение облака точек по высоте
Изображение 12. Отображение облака точек по высоте
Изображение 13. Облако точек в RGB
Расхождение между координатами этих точек в созданной ЦММ и их реальными, измеренными геодезистами координатами, составило 6–10 см. Эта величина полностью удовлетворяет нормативным требованиям к точности для топографических планов масштаба 1:2000.
Изображение 14. Точность по контрольным точкам
Для независимой проверки точности полученных материалов на территории было заложено 12 опорных точек (в виде геодезических крестов). Их координаты были определены с высокой точностью классическими геодезическими.
Практическое применение модели
Полученная высокоточная ЦММ перестает быть просто набором данных, а становится центральным инструментом проектировщика. Ее применение в контексте золотодобывающего карьера включает:
- Анализ рельефа для проектирования горных работ: Инженеры могут изучать уклоны, формы и особенности рельефа для определения контуров будущего карьера, проектирования уступов и отвалов.
- Расчет объемов выемок и насыпей: ЦММ позволяет с высокой точностью рассчитать объемы вскрыши и руды на начальном этапе, а в дальнейшем – контролировать выемку грунта в процессе эксплуатации.
- Определение оптимальных мест для инфраструктуры: На основе модели выбираются площадки для размещения административных зданий, ремонтных мастерских, складов ВМ, зданий ЗИФ (золотодобывающей фабрики) с учетом минимального влияния на будущий карьер и логистики.
- Моделирование дренажных систем и водоотводов: ЦММ позволяет спрогнозировать направления стока ливневых и талых вод, спроектировать систему канав, водоотводных дамб и коллекторов, что критически важно для экологической безопасности и устойчивости откосов карьера.
- Контроль изменений рельефа в ходе эксплуатации: Регулярная повторная аэрофотосъемка позволяет оперативно отслеживать динамику отработки карьера, вести мониторинг деформаций откосов и актуализировать базу данных. Таким образом, цифровая модель становится основой для инженерных расчётов и позволяет снизить риски на этапе проектирования.
Видео 1. Высокоточное облако точек по итогам аэрофотосъемки
Выводы
Проект показал, что совместное применение БПЛА (DJI Mavic 3E) + PPK-базовая станция + специализированное ПО (UgCS, TOPODRONE, Agisoft Metashape) доказало свою исключительную эффективность. Обработка территории в площадью более 1400 га с достижением сантиметровой точности была выполнена в беспрецедентно короткие сроки – всего за один день полевых работ.
Итоговая точность модели в 6-10 см по контрольным точкам не только является отличным результатом, но и формально подтверждает её пригодность для решения серьезных инженерных задач. Полученные материалы полностью соответствуют требованиям к топографической съемке масштаба 1:2000 и могут быть основой для проектной документации.
Скорость выполнения работ (9 полётов за 1 день) означает значительное сокращение трудозатрат и сроков по сравнению с традиционной геодезической съемкой. Это приводит к прямым экономическим выгодам и ускорению выхода проекта на стадию проектирования и строительства. Созданная цифровая модель – это не просто «картинка» или «чертеж». Это единое и достоверное цифровое пространство, которое становится основой для всех последующих этапов: от проектирования карьера и расчета запасов до создания 3D-моделей и планирования горных работ.
Изображение 15. Перед отъездом
Реализованный проект наглядно демонстрирует, что современные БПЛА-технологии перешли из разряда экспериментальных в категорию обязательных инструментов для проектирования и эксплуатации месторождений. Полученная цифровая модель местности не только снижает риски на этапе проектирования, но и закладывает фундамент для эффективного и технологичного управления всем жизненным циклом золотодобывающего предприятия.
