Оборудование

Технологии 3D лазерного сканирования на Костомукшском железорудном месторождении

ОАО «Карельский окатыш» — дочернее предприятие ОАО «Северсталь» — ведет разработку Костомукшского железорудного месторождения — крупнейшего на Северо-Западе России. Промышленные запасы железной руды, утвержденные в проектных контурах карьера, составляют 1,15 млрд тонн при сроке отработки месторождения — 40 лет.

Минувшей осенью специалисты маркшейдерской службы предприятия одними из первых в России начали использовать в своей работе маркшейдерский сканер Leica HDS8800, способный выполнять сканирование с расстояния до 2000 м и уверенно работать при температуре воздуха до —40°С. О том, как происходит работа со сканером на открытых разработках и о целесообразности применения технологии 3D лазерного сканирования в маркшейдерии специалисты НАВГЕОКОМ поговорили с маркшейдером карьера ОАО «Карельский окатыш» Владимиром Витальевичем Шмелевым.

Владимир Витальевич, какие задачи Вы решаете с помощью Leica HDS8800?

Основное направление нашей работы со сканером — съемка развалов взорванной горной массы. Эта информация в дальнейшем используется для недельно-суточного планирования горных работ. Наличие поверхности развала позволяет повысить качество планирования. Два раза в неделю в карьере производятся взрывные работы, после которых начинается отработка взорванных блоков. После массового взрыва мы выполняем сканирование взорванных участков карьера. В день взрыва сканируем те блоки или те их участки, которые в первую очередь идут в отработку. На следующий день сканируем оставшиеся блоки или их участки. От нас требуется выполнить съемку как можно быстрее, так как ситуация в карьере стремительно меняется, а информация в цифровой модели должна соответствовать ситуации в карьере до начала отработки блоков, да и наши смежники — геологи и технологи — ожидают эту информацию для дальнейших расчётов.

Сейчас пытаемся развить второе направление технологии лазерного сканирования — наблюдение за устойчивостью бортов карьера. Благо, в программном обеспечении I-Site Studio есть модуль, который позволяет анализировать состояние бортов, отснятых с определённым временным интервалом. Пробовали выполнять съёмку рельефа местности на новом месторождении. 30 га за 40 минут — это потрясающе.

Как происходит Ваш рабочий процесс, какие этапы наиболее важные?

Успех сканирования зависит от трех условий: состояния атмосферы, состояния сканируемой поверхности (главным образом влажная она или нет) и размещения объекта сканирования в карьере (от того, как просматривается объект, зависит наличие «мёртвых» зон). При благоприятном сочетании этих факторов сканирование проходит оперативно и с наименьшими трудозатратами.

Накануне выезда проверяем заряд аккумуляторов в сканере, в планшетном компьютере, в GNSS приемниках, которые используем со сканером. Затем изучаем, какие именно участки будут взорваны, наносим их на цифровую модель карьера. Мы пытаемся, таким образом, предварительно определить для себя, с каких мест придется выполнять сканирование, с какой стороны лучше заезжать, сколько станций придется делать.

Изучаем прогноз погоды. Очень плохо, если льет сильный дождь или густой снег. Для самого сканера — это пустяки, он водонепроницаемый. Но мокрая поверхность теряет отражающую способность, серьезно уменьшается видимость — все это приводит к снижению дальности съемки, и соответственно к падению производительности, так как приходится сканировать с дополнительных точек, чтобы охватить весь объект. Притом, что обычно мы сканируем с расстояния до километра.

Отрадно, что морозы для сканера — не проблема: у нас температура опускалась ниже —35°С. Сканер работал хорошо.

После того как мы определили погодные условия, происходит сам выезд. По приезде на место сканирования делается рекогносцировка: определяется место, где лучше встать, чтобы обеспечить максимальную видимость. На это место из машины переносится сканер, ставится штатив, прибор, устанавливается GNSS приемник, ориентируется сканер и выполняется сканирование.

GNSS приемники Вы как используете — прямо на сканер ставите? Как, вообще, ориентируется прибор?

Мы используем одночастотные приемники — укрепляем на сканере (для этого в сканере всё предусмотрено) и определяем координаты точки стояния прибора при постобработке. Ориентирование сканера выполняется наведением на заднюю точку — и это очень большое преимущество Leica, которое я хочу отметить. Мы можем очень быстро все делать. Если сравнивать с другими сканерами, с которыми я немного знаком, то там при сканировании с разных точек надо обязательно заботиться, чтобы была зона перекрытия, либо марки нужны, координаты которых надо определять и их необходимо отсканировать. На всё это нужно время. А тут навел и — вперед. Мы тахеометр никогда с собой не возим. Нам нужен только GNSS приемник, который сверху ставится, и точки, на которые ориентироваться, а они у нас всегда есть: вокруг карьера — пункты опорного обоснования, их координаты мы знаем. Чтобы получить фиксированное решение при работе GNSS приемника, нам достаточно 10-12 минут.

Таким образом, за рабочий день мы можем сделать до 15-16 станций, а скорость для нас очень важна. В случае использования двухчастотного GNSS приёмника и перехода на работу в режиме RTK, время стояния на точке можно уменьшить до 5-7 минут, и, соответственно, увеличить количество станций.

Что происходит с данными сканирования после их сбора? Как производится обработка и представление данных?

Конечная цель нашей работы — цифровая модель карьера с развалом взорванной горной массы. Мы должны представить ее в программном обеспечении Surpac (Gemcom Surpac™ — прим. ред.). Мы начинаем обработку данных в программе I-Site Studio: сшиваем облака точек, очищаем их от «мусора», вырезаем конкретный участок, немного разрежаем и строим триангуляционную поверхность. Эту поверхность экспортируем в формат DXF и загружаем в Surpac, где работаем с ней дальше: отрисовываем с привязкой к поверхности характерные линии, оконтуриваем. В программе есть инструменты построения сетки с заданным шагом, мы «сажаем» эту сетку на триангуляционную поверхность и привязываем к модели. Часть этих инструментов есть и в программе I-Site Studio, но нам привычнее Surpac. А дальше эти данные используются для подсчета объемов взорванной горной массы, которые мы теперь можем подсчитать очень точно.

Полевой этап, зависимость от метеоусловий, сложная обработка данных. Кажется, 3D лазерное сканирование — довольно трудоемкий процесс. Насколько эта технология действительно необходима и востребована в маркшейдерии, на Ваш взгляд?

В целом, мы довольны приобретением сканера. Он работает у нас очень интенсивно. Раньше на всех горных предприятиях, на открытых разработках применялась наземная стереофотограмметрическая съёмка. И у нас было такое оборудование. Но от фотограмметрии мы в своё время отказались, потому что конфигурация карьера такова, что было много «мёртвых» зон. И чтобы покрыть эти зоны, надо было закладывать дополнительные базисы, корректурные точки и т.д. А это влекло за собой повышение трудозатрат и падение производительности. В сравнении с технологией лазерного сканирования необходимо было выполнять в десятки раз больший объем работ. Вот это был по-настоящему трудоемкий процесс. Оттого, что отказались от фотограмметрии, мы конечно, испытывали определённые затруднения. Пробовали электронными безотражательными тахеометрами развалы снимать, но это было непроизводительно, поэтому занимались этим в исключительных случаях. С приобретением сканера мы получили новые возможности, стараемся максимально ими пользоваться и развивать их.



Маркшейдер ОАО «Карельский окатыш» В.В. Шмелев

Маркшейдеры ОАО «Карельский окатыш» знакомятся с работой сканера Leica HDS8800

Облако точек и цифровая модель рельефа карьера

Развал горной массы — конечный результат сканирования

к другим материалам
Упомянутое оборудование