Оборудование

Маркшейдерский лазерный сканер Leica HDS8800

Технология трехмерного сканирования уже с успехом применяется многими российскими и зарубежными горнодобывающими компаниями. Возможность в короткие сроки произвести трехмерную съемку позволяет эффективно решать многие задачи, например, вести учет добычи полезных ископаемых, осуществлять мониторинг горных склонов и оползней, контролировать запасы и перемещение сыпучих материалов на складах или же выполнять крупномасштабную съемку местности со сложным рельефом (долины рек, горные участки). При этом в горном деле к измерительным средствам предъявляются особые требования. Сканеры должны стабильно работать в условиях повышенной запыленности, при сильном дожде или низких температурах. Контрольные съемки открытых разработок и складских запасов необходимо выполнять регулярно, отмена замеров из-за плохой погоды, сильного ветра или холода здесь недопустима.

Один из важнейших показателей для сканера — дальность съемки. При работе на открытых пространствах, например, осуществлении контроля добычи на больших карьерах, или в труднодоступных горных районах, зачастую, успех измерений прямо зависит от данной характеристики прибора. Новый маркшейдерский лазерный сканер Leica HDS8800 был специально создан для работы в таких условиях. Обладая дальностью съемки до 2000 метров и скоростью 8800 измерений в секунду, он полностью удовлетворяет требованиям горняков и способен успешно решать все вышеперечисленные задачи.

Маркшейдеры австралийской компании Atlas Iron Ltd. одни из первых познакомились с преимуществами этого сканера. Компания занимается добычей железной руды в округе Пилбара (Западная Австралия), в ее активе более 15 000 кв. км открытых выработок. Недавно Atlas Iron нацелилась на разработку крупных месторождений на юго-востоке Пилбара, и для сбора топографических данных специалисты компании решили использовать именно сканер Leica HDS8800. Их решение было мотивировано, во-первых, тем обстоятельством, что последние топографические данные региона были получены еще в 1960-х годах методом аэрофотосъемки, и качество этой информации оставляло желать лучшего, а во-вторых, тем, что новые данные с территории в 600 000 кв. м. необходимо было получить в сжатые сроки. К тому же, речь шла о местности со сложным рельефом. С помощью мобильного сканера решить эту задачу можно было за два дня.

Все данные измерений моментально записывались на управляющий компьютер (контроллер) и передавались в офис Atlas, что было бы невозможно при использовании традиционных методов съемки. Транспортабельность сканера позволила выполнить съемку всей области и прилегающих к ней холмов с 13 точек стояния. Менее чем за 4 часа, был отснят 21 миллион точек. Дальнейший анализ полученных данных выполнялся в программном обеспечении Maptek Vulcan™. В результате уже на второй день были созданы две модели рельефа местности с детализацией до 1 м. и 5 м. (для сравнения: на самой подробной из имевшихся до сих пор карт данного района плотность съемки составляла 1 точка на 20 м.). Если бы маркшейдеры Atlas использовали традиционные средства создания топографических моделей, им пришлось бы только на съемку потратить 210 000 часов (исходя из средней скорости выполнения TPS измерений 100 точек в час).

Такой удобный и скоростной сбор пространственных данных стимулировал скорейшее развитие австралийской горнодобывающей отрасли: в частности, сэкономил Atlas Iron Ltd. огромное количество времени, денег и трудозатрат.

Одна из главных характеристик Leica HDS8800, которая делает его действительно уникальным прибором, — это работоспособность в самых сложных условиях. Сканер имеет степень защиты IP65, что означает полную невосприимчивость к воздействию пыли и струй воды со всех сторон. Такой же стандарт защиты имеет и контроллер для управления сканером. Все приборы аналогичного класса других производителей обладают значительно более низкими характеристиками по этому показателю, то есть, возможен их выход из строя при съемках в дождь и сильный ветер.
 Кроме того, Leica Geosystems гарантирует работоспособность HDS8800 при низких отрицательных температурах: при −40˚С — до 10 минут работы, при −20˚С — до 30 минут работы. Этого времени вполне достаточно, учитывая, что создание среднего по плотности полного скана занимает менее 6 минут. По возможности работать при низких температурах маркшейдерский сканер от Leica Geosystems также лидирует в своем классе, причем с серьезным отрывом от конкурентов, чье оборудование гарантированно работает лишь при 0˚С.
 Очевидно, именно эти два обстоятельства стали определяющими при выборе модели 8800 для сканирования скал «12 апостолов» — основной достопримечательности всемирно известного туристического маршрута «Большая океанская дорога» в национальном парке Порт-Кэмпбелл (штат Виктория, Австралия). Каждый год Большую океанскую дорогу посещают тысячи туристов. «12 апостолов» сформировались более 15 миллионов лет назад и стоят отдельно друг от друга в океане. На самом деле их не 12, а всего 9, и ранее они вообще назывались «Свинья и поросята». Современное название австралийские туроператоры цинично присвоили скалам для привлечения большего количества туристов из христианских стран. Однако за последние годы, в результате разрушительного воздействия волн и эрозии, «поросята-апостолы» были сильно повреждены: одна скала обрушилась в море, и их осталось всего 8. Вследствие этого было принято решение создать виртуальную трехмерную модель природного памятника. Во-первых, это позволило бы сохранить модель для будущих поколений, а во-вторых, появилась бы возможность своевременно отслеживать эрозионную динамику склона: он «ползет» со скоростью примерно 2,5 см в год, в результате чего берег становится обрывистым. Поэтому сканер Leica HDS8800 должен был охватить не только сами скалы, но и значительную часть прилегающего побережья. Задачу усложняло то обстоятельство, что пробраться на берег было совсем не просто. Выйти на пляж для производства работ можно было только в отлив и, соответственно, время на съемку было сильно ограничено. Кроме того, сканер должен был быть устойчивым к воздействию волн и прибрежного песка. 

Общая длина побережья, которое предстояло отсканировать, составляла 850 м. С помощью сканера HDS8800 австралийские геодезисты управились за 1,5 часа. Им потребовалось сделать 13 перестановок сканера, в сумме были набраны 18,5 миллионов точек. Поскольку в выполнении геодезической привязки не было нужды, полученные сканы привязывали по картам Google с точностью в пределах 1-2 м. Структурный анализ трехмерной модели склона производился в программном обеспечении Maptek Vulcan™. Для визуализации объекта была подготовлена менее детализированная модель. Отдельные модели были созданы для каверн, пещер и осыпей. Специалисты, выполнявшие работы, остались довольны сканером, поскольку, помимо качества съемки, он отличался хорошей транспортабельностью, а когда штатив с прибором нечаянно опрокинулся в море, геодезисты просто подняли сканер, и продолжили съемку. Никаких проблем не возникло.

Успех этого проекта доказал необходимость выполнения сканирования побережья на постоянной основе. Мониторинг эрозионных процессов в австралийских штатах ведется на основе сравнения текущих трехмерных моделей с прошлыми.

Помимо дальности съемки до 2 км, абсолютной пыле- и влагозащищенности, маркшейдерский сканер HDS8800 обладает и другими важными преимуществами, оказавшими прямое влияние на выполнение описанных проектов. В его конструкции предусмотрены внутренняя батарея питания и встроенная фотокамера. Использование внешних батарей и камер, практикуемое у других производителей, значительно повышает риск поломки системы, если, например, вести съемку в дождь. Внешняя камера нуждается в постоянной калибровке, и фотосъемка в этом случае требует дополнительного времени. Если бы при съемке «12-ти апостолов» специалисты использовали внешнюю камеру, это сделало бы невозможным выполнение всех полевых работ за время одного отлива. В Leica HDS8800 процесс фотографирования происходит одновременно со сканированием.

Специально разработанный для данной модели компенсатор наклона — важный элемент, который обеспечивает возможность стандартной геопривязки данных сканирования: установки сканера на известную и ориентирования на заднюю точки. Таким образом, для выполнения работ можно использовать как уже существующие реперы с известными координатами, так и привязку с помощью традиционного оборудования: GNSS антенны или отражателя (для их крепления на сканере предусмотрена стандартная резьба 5/8″). При выполнении работ по сканированию рудного месторождения в округе Пилбара маркшейдеры Atlas Iron Ltd. осуществляли геопривязку с помощью GNSS антенны.

Табл. 1. Технические характеристики Leica HDS8800

                                 

 

Дальность

 
 

До 2000 м

 
 

Скорость

 
 

8800 точек в секунду

 
 

Рабочая температура

 
 

От −40˚ до +50˚С

 
 

Пылевлагозащита

 
 

IP65

 
 

Батарея питания

 
 

внутренняя

 
 

Фотокамера

 
 

встроенная

 
 



Маркшейдерский сканер Leica HDS8800 способен вести съемку при -40 С

Сканер с установленной GNSS антенной укреплен на крыше автомобиля

Побережье австралийского парка Порт-Кэмпбелл

Скалы «12 апостолов»

3D модель рельефа месторождения в округе Пилбара

к другим материалам