Дроны проникают в нашу жизнь семимильными шагами. С внедрением БПЛА в процесс добычи, эффективность и производительность предприятия растет в разы. Специфические задачи, над которыми квалифицированный персонал работает несколько недель, дрон способен решить за пару дней. К тому же, некоторые типы работ в шахтах и карьерах представляют серьезную угрозу жизни и здоровью людей. С беспилотником в штате подобные риски можно свести к минимуму.
Ferrexpo, ведущий специалист в области добычи полезных ископаемых, активно использует промышленные беспилотные технологии в своей деятельности для достижения максимальной эффективности рабочих процессов, поставил задачу протестировать и сравнить две промышленные беспилотные платформы для обеспечения безопасности во время проведения взрывных работ на карьере. Исходя из полученных данных выяснить преимущества используемых дронов и полезных нагрузок. Сравнить все затраты на проведения беспилотной инспекции с традиционным методом выполнения работ с целью принять решение об использовании технологии дронов в обеспечении безопасности на объектах на постоянной основе. Во время взрыва на объекте безопасность поддерживали две промышленные платформы Matrice 300 оснащенный полезной нагрузкой с тепловизором Zenmuse H20T и Matrice 200 оснащенный зум камерой Zenmuse Z30.
Задача:
Наблюдение за периметром карьера во время проведения массового взрыва с помощью дрона
Цель:
- Обеспечение безопасности во время подготовки к массовому взрыву
- Исключение “слепых зон” при выполнении охраны периметра
- Наблюдение за персоналом, на постах и проверка корректности их расстановки
- Осмотр состояния техники после проведения работ
Проблематика/Текущее положение дел:
При выполнении массовых взрывов устанавливаются зоны следующих типов:
- опасная зона для людей,
- опасная зона для техники,
- опасная зона для сооружений.
Случайное или умышленное нарушение периметров зон влечет за собой тяжелые последствия, как нанесение вреда здоровью, так и финансовые и административные.
Для обеспечения безопасности на объектах у предприятий существуют определенные нормативы на установления зон и детально прописанные процедуры по обеспечению безопасности, т.к. ответственность за проведение подобных видов работ лежит на специалистах предприятия.
Но даже при соблюдении всех норм и при тщательном контроле, существуют “слепые пятна” которые не могут быть учтены при использовании существующих инструкций.
Для увеличения мер безопасности по контролю периметра было принято решение испытать технологию промышленных дронов во время выполнения взрывных работ.
Инициатором проведения данного тестирования является Александр Тубальцев, главный горняк, Ferrexpo Yeristovo Mining
“Идея использования дрона для охраны периметра заключается в том, чтобы помочь ответственному за вывод людей из опасной зоны взрыва, контролировать процесс не только по радиостанции и телефону, а и с помощью видео с воздуха”
Оборудование:
Так как карьеры — сложная среда для работы беспилотных устройств, только промышленные платформы подходят по функционалу для выполнения подобных видов работ:
- возможность работы в условиях магнитных аномалий;
- устойчивость к погодным условиям;
- совместимость с системами непрерывного питания;
- возможность установки различных сенсоров;
- наличие интеллектуальных режимов у сенсоров;
В арсенале DroneUA есть такие решения и мы с радостью представили наиболее подходящие модели для тестирования.
DJI Matrice 200 series c камерой Zenmuse Z30
DJI Matrice 300 RTK c камерой Zenmuse H20T
Одними из наиболее критичных параметров для оценки и сравнения дронов в данном кейсе являются следующие:
- Время нахождения дрона в воздухе
- Передача сигнала (качество сигнала, способ передачи)
- Возможности установки подвесного оборудования
За час до проведения взрыва смотровые, которые контролируют периметр, занимают заранее согласованные посты. Соответственно, есть необходимость мониторить периметр на протяжении одного часа и более, для этого есть несколько вариантов:
Вариант 1 — Питание от аккумулятора.
Средняя продолжительность нахождения дрона в воздухе составляет 30-40 минут.
На полетное время влияют погодные условия, и интенсивность выполнения полета, количество навесного оборудования и другое.
Соответственно для выполнения мониторинга необходимо минимум 2 комплекта аккумуляторов. В случае необходимости оценки состояния карьерной техники и изменений после выполнения взрыва количество аккумуляторов необходимо увеличить.
Преимущества:
отсутствие ограничений по высоте, маневрам и передвижению
Недостатки:
3-5 минут перерыв на возврат дрона для замены аккумуляторов (время зафиксировано во время проведения тестирования).
Среднее время чистого использования полетного времени приведено в таблице ниже.
Matrice 200 Matrice 300
20-30 минут 30-45 минут
Вариант 2 — Установка системы бесперебойного питания.
Данные системы позволяют дрону зависать в воздухе часами, ведь питание идет по тросу с земли, но взамен приходится жертвовать мобильностью, однако современные камеры компенсируют это.
Преимущества:
Возможность нахождения в воздухе 4-6 часов, без необходимости посадки для смены аккумулятора.
Недостатки:
радиус и дальность полета дрона значительно снижается.
Лидерами по производству таких систем является компания Elistair, они выпустили 2 системы бесперебойного питания
Safe-T 2 — полностью автоматическая, с системами дополнительного контроля подачи напряжения и контроля развертывание троса.
Light-T v4.0 — полуавтоматическая система с механической лебедкой.
Сравнение параметров приведено в таблице ниже.
Light-T v4.0
- Размеры:538x405x250mm
- Общий вес:20 кг
- Длина: 70 m
- Входная мощность: 110 — 250 VAC, 50 — 60 Hz
- Система управления тросом: Ручная катушка(опция: моторизированная лебедка)
- Предел прочности: 100 daN
- Вес троса:10.5 g/m — 0.11 oz/ft
- Мощность (выходная):до 2500W (пиковая)
- Рабочая температура: -10°C 40°C
Safe-T 2
- Размер устройства (в сборе):610x410x265mm
- Вес устройства: 25 кг
- Длина: 100 m
- Требования к системе питания: 220-250 VAC, 50-60 Гц, 4 кВт/мин
- Кабель питания: Type E
- Управление микро-тросом: 10 предустановок и функция сброса
- Каретка: 2 складных ручки
- Подключение к интернету: Протокол 802.11 b/g/n, Частота 2.4G-2.5G
- Система торможения: Сила блокирования 36Н
- Предел прочности 150 daN
- Оптоволокно: OM3 Multimode
- Уровень защиты: IP54
- Линейный вес: 20.5 г/м
- Общий вес: 2050 г
- Макс. Длительная мощность: 1500 Вт-2200 Вт (в зависимости от конфигурации)
- Пиковая мощность 3 с: 2300-2800(в зависимости от конфигурации)
- Рабочая температура:-10°C 45°C
Передача сигнала
Так как территория карьера — зона повышенных магнитных аномалий, что не лучшим образом влияет на компас, сигнал GPS и передаваемый сигнал с ПДУ, во избежание постоянных потерь сигнала в самый ответственный момент к дронам представлены особые требования. Промышленные дроны линейки DJI Enterprise созданы для таких условий эксплуатации, потому в нашем тесте они показали себя наилучшим образом. Тестированная дальность на территории Еристовского ГОКа для двух дронов достигала 2 км, что представлено на фотографии ниже. На большую дальность тест не проводился из-за отсутствия потребности, особенно учитывая возможности камер для фиксирования необходимых показателей.
Максимальная дальность передачи сигнала заявленная производителем (в условиях без помех)
Matrice 200 Matrice 300
3,5 км 8 км
Во время тестирование управление дроном осуществлялось со здания АБК Горняк, но рекомендуется управление с открытой пространства и прямой видимости с дроном например с крыши здания.
Важно отметить что качество передаваемого изображения (детализация, скорость передачи, отсутствие “остановки картинка”) на монитор было значительно лучше у дрона DJI Matrice 300 с камерой H20T, что особенно ценно учитывая уровень ответственности, при проведении массового взрыва.
Передача видео сигнала в пункт реагирования(на дисплей, монитор или телевизор) возможна:
- через HDMI, в случае если оператор дрона находится близко к зданию (что и было проведено в рамках тестирования)
- через систему Flight Hub используя интернет подключение.
Оба дрона является отличным многофункциональным решением, способным также выполнять целый ряд задач, но все же разные по своим характеристикам. Сравнение приведено в таблице ниже.
Сравнение дронов
| Matrice 200 | Matrice 300 | |
| Дальность передачи сигнала | 3,5 км | 8 км |
| Качество передачи сигнала во время тестирования по (10ти бальной шкале) | 6 | 10 |
| Полетное время | 20-30 минут | 30-45 минут |
| Дублирующие системы надежности | есть (только система питания) | есть (инерциальная, GPS, питание) |
| Возможность выполнить посадку на 3х винтах | нет | есть |
| Более стабильно летает с дополнительной нагрузкой и поддерживает сенсоры с интеллектуальными режимами (из за наличия бортового модуля для анализа) | нет | да |
| Стабильная передача видео по трем каналам | нет | да |
Возможности подвесного оборудования:
Сами дроны представляют из себя платформы, на которые устанавливается различное совместимое оборудование, это оборудование отличается своим функционалом, и возможностями. Варианты применимые в данном кейсе включают в себя камеры с значительным оптическим зумом, или даже тепловизором.
Matrice 200 с камерой Zenmuse Z30
Основные параметры камеры:
- Размер сенсора — 2.13 MP, CMOS, 1/2.8″
- Оптический зум — 30x Optical Zoom
- Цифровой зум — 6x
- Угол захвата — 63.7° — 2.3°
Преимущества:
- 30-ти кратный оптический зум
- автоматическое слежение за техникой (при задании объекта в ручном режиме)
Недостатки:
- отсутствие интеллектуальных режимов,
- отсутствие возможности измерять координаты объектов, которые видны
Matrice 300 c камерой Zenmuse H20T
Основные параметры камеры:
Широкоугольная камера
- Размер сенсора — 12MP 1/2.3” CMOS
- Фокусное расстояние — 24мм
- Угол обзора — 82.9°
Лазерный дальномер
- Дальность действия — 3 m – 1200 m
- Точность — ± (0.2 m + D×0.15%)
Камера с зумом
- Размер сенсора — 20MP 1/1.7” CMOS Sensor
- Zoom — 23× Hybrid Optical Zoom; 200× Max Zoom
- Видео разрешение — 4K/30fps
Радиометрическая термальная камера
- Разрешение — 640×512Px
- Угол обзора — 40.6°
- Скорость — 30fps
- Sensitivity (NETD) — ≤[email protected] (NEDT)
Доступные интеллектуальные режимы камеры Zenmuse H20T
Автоматическое обнаружение людей и автомобилей (эффективно работает в интерфейсе камеры с зумом)
Пример 1: расстояние между человеком и дроном 1,5 км
Вид с камеры при использовании камеры с зумом на расстоянии 1,5 км и автоматическое распознавание человека при разной степени зумирования
На 80ти кратном приближении система автоматически нашла объект
После этого оператором дрона была включена функция автоматического слежения за объектом
Пример видео и автоматического слежения за объектом во время объезда постовыx:
Получение координат объекта
Благодаря полной синхронизации сенсоров в подвесе камеры H20T есть возможность их синхронизировать с лазерным дальномером. координаты объекта будут зафиксированы на экране.
Рабочий диапазон для срабатывания от 3м до 1200м
3. Использование тепловизора
При необходимости обследования с больших расстояний при таких масштабах карьера, тепловизор не является эффективным, т.к. из за параметров камеры (маленькое фокусное расстояние) объекты были слишком маленькие. Но даже так эту функцию камеры можно использовать, применяя следующие рекомендациям для улучшения результата:
- уменьшить расстояние до объекта(ближе подлетать к зоне патрулирования);
- возможно применение для инспектирования объектов инфраструктуры;
- Использовать тепловизор с большим фокусным расстоянием (устанавливается отдельно)
4. Возможность добавления меток для документирования
При получении фото-видео материала есть возможность добавить поверх изображения следующую информацию (модель дрона, серийный номер, дату и время, координаты и высоту, заметки) что может в будущем использоваться для документировании информации о различных потребностей
Пример 2 видео с камеры Zenmuse H20T:
Обе камеры являются отличным решением для большого спектра задач, но в рамках нашего тестирования все же стоит рассматривать не по отдельности, а сравнить. Ниже приведена таблица сравнения двух камер
| Параметр сравнения | Zenmuse Z30 | Zenmuse H20T |
| Сенсоры | зум камера |
|
| Интеллектуальные режимы | слежение за объектом | автоматическое определение объемов (машины, люди)
слежение за объектом определение расстояния и передача координат |
| Документирование (добавление подписи на фото-видеоматериалы) | нет | есть (модель дрона, серийный номер, дату и время, координаты и высоту, заметки) |
| Степень защиты подвеса | — | IP44 |
| Рабочие температуры | -10° C до 45° C | -20° C до 50° C |
Выводы
В результате тестирования флагманский дрон DJI Matrice 300 RTK c камерой Zenmuse H20T полностью раскрыл свои функциональные возможности для анализа текущей ситуации, контроля и оперативного принятия решений. Но и его младший брат Matrice 200 очень достойный дрон со своими преимуществами, и также может быть использован для решения подобного рода задач.
В данном кейсе дроны хорошо себя показали для решения следующих задач:
- проверка соблюдения минимальных расстояний вывода техники,
- корректировка расположения смотровых, контроль времени начала их расстановки, контроль за их действиями во время нахождения на посту
- замена объезда смотровых на машине
- наблюдение за “слепыми зонами”
- съемка массового взрыва
- визуальная оценка состояния бортов карьера, завалов после взрыва
- осмотр техники после взрыва
Ну и конечно самое интересное: видео самого взрыва.
Ferrexpo AG — группа компаний, основные активы которой — несколько производителей железной руды в Полтавской области Украины. Группа зарегистрирована в Швейцарии, входит в FTSE 250 Index.
DroneUA — это международный системный интегратор беспилотных решений. В структуре компании функционируют собственные инженерные и производственные подразделения, открыт центр по обработке данных. Drone.UA – дистрибьютор коммерческих и промышленных решений компании DJI и Parrot, дистрибьютор программного обеспечения Drone Deploy и Pix4D на территории Восточной Европы и Кавказа.
Компания ведет свою деятельность в сферах, энергетики и нефтегазовой промышленности, а также в сферах геодезии и топографии. Основными направлениями работы Drone.UA являются, разработка и внедрение отраслевых решений, основанных на технологии дронов, предоставление услуг, с использованием БПЛА, а также обработка получаемых с помощью беспилотников данных. Технологии Drone.UA используются на более чем 4 млн гектаров посевных площадей Украины.
Группа компаний Drone.UA является ТОП 3 наиболее инновационным предприятием в сельскохозяйственном секторе Украины по версии издания FORBES. И входит в перечень ТОП 20 самых инновационных предприятий Украины.