Применение БПЛА в мониторинге

Доступность недорогих автономных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) вместе с техническими достижениями в области программного обеспечения для обработки данных подтверждает, что БПЛА все чаще используются в качестве специализированного метода для составления карт открытых карьеров для определения изменений, связанных с объемными показателями (объемами добычи), и для обнаружения деформаций откосов уступов. Их преимущество по сравнению с другими воздушными платформами заключается в том, что они способны летать гораздо ниже и, следовательно, могут делать изображения с гораздо более высоким разрешением, часто менее 10 см, и даже с такой детализацией, как 1 см/пиксель. Напротив, данные с самым высоким пространственным разрешением, доступные с пилотируемых летательных аппаратов или спутников, обычно находятся в диапазоне 20-50 см/пиксель. В случае фотограмметрии беспилотные летательные аппараты могут предоставлять исчерпывающие, многофункциональные данные с использованием обычной камеры RGB, которая может охватывать всю площадь открытого карьера (включая свалки отходов, хвостохранилища и т.д.). Благодаря сочетанию специально подобранных беспилотных летательных аппаратов и датчиков может быть достигнута более высокая точность (<1 см) и обнаружение изменений других показателей, таких как содержание влаги и температура поверхности.

Для систем долгосрочного мониторинга абсолютная точность и целостность контроля обследования необходимы для поддержания непрерывности данных в течение всего срока эксплуатации. Для средне-, краткосрочных систем и систем, работающих в режиме реального времени, воспроизводимая точность наиболее важна для обнаружения изменений. Ключевой стратегией, которая наилучшим образом подходит для использования беспилотных летательных аппаратов для мониторинга откосов, является привязка данных, полученных с течением времени, путем определения «стабильных» областей в наборе данных, независимо от контроля обследования. Программное обеспечение привязывает все данные за один цикл к этим стабильным областям, позволяя с высокой степенью достоверности обнаруживать сдвижения относительно стабильных областей.

Геометрическая точность 3D-моделей, а также построенных цифровых моделей рельефа (ЦМР) и ортофотомозаики могут быть дополнительно улучшены путем определения местоположения контрольных точек с помощью GNSS-приемников.

Величина и направление векторов смещения могут быть получены путем корреляции двух затененных слоев ЦМР, соответствующих визуальной интерпретации сдвижения откосов карьера. Они могут включать в себя использование видимых признаков смещения (трещин растяжения), массивов почвы и участков растительности на вершине откоса.

Легкие беспилотные летательные аппараты, способные к полностью автономному полету, весом чуть менее 1 кг, имеют крейсерскую скорость ~ 40 км/ч для безопасной и простой эксплуатации. Чтобы начать миссию, беспилотник облетит заранее заданную стартовую точку, чтобы набрать высоту, а затем выполнит свою запрограммированную миссию. БПЛА будет приземляться сам с разумной степенью точности. БПЛА определяет, как далеко он находится от земли, когда заходит на посадку. Программное обеспечение используется для планирования миссии и обработки изображений. Наземные контрольные точки «кресты» должны быть четко обозначены (Рисунок 1) и точно скоординированы для использования в качестве опорных точек на аэрофотоснимках. Они необходимы для обеспечения того, чтобы обработанные данные находились в одной и той же системе координат, что позволяет сравнивать данные за разные периоды времени. Перед полетом по всей площади карьера предварительно устанавливаются и отмечаются контрольные точки. Контрольные точки следует размещать вне зоны влияния деформаций. 

Маршрут полета всегда должен планироваться в офисе перед запуском в полевых условиях. Это включает в себя:

- обеспечение достаточного количества опорных точек для охвата выбранной области. Постоянные опорные точки улучшат точность повторения;

- определение высоты полета путем вычисления размера пикселя на местности (GSD). Чем меньше GSD, тем выше разрешение данных и, в случае мониторинга, тем меньше размеры отдельных пикселей, которые можно будет обнаружить. GSD рассчитывается как:

Имитация полета гарантирует, что БПЛА запрограммирован правильно. Это также позволяет осуществлять расширенное планирование, например, редактировать путевые точки в полете и имитировать влияние сильного ветра, не подвергая БПЛА риску. Google Earth также позволяет просматривать траекторию полета в 3D. Это помогает определить любые возможные препятствия.
После обработки данные выводятся в виде растрового изображения и ЦМР. Затем выходные данные могут быть импортированы в программное обеспечение ГИС для сравнения и анализа. Анализ может быть аналогичен полевому визуальному осмотру, где выявляются такие показатели, как трещины на поверхности, влажность и обводнённые участки. ЦМР можно импортировать в программное обеспечение для моделирования поверхности, где сравнение поверхностей создает тепловые карты на основе различий в поверхности.

Технические достижения в области систем БПЛА и ПО обеспечили экономичный источник многофункциональных данных для мониторинга. Дальнейшее развитие автоматизированного распознавания контрольных точек, обработки данных и анализа поверхности повысит надежность данных.