Беспилотники в тяжелой промышленности: цифровые решения по видеоаналитике «Норникеля»
На тяжелых производствах масштабы огромны, и «взгляд сверху» бесценен на всех этапах. Беспилотные воздушные суда с различным подвесным оборудованием значительно упрощают выполнение важных задач. В первую очередь это геодезические и маркшейдерские работы, которые заключаются в анализе и измерении месторождений в недрах и на поверхности. Они необходимы для определения объемов и условий, построения карт и планирования добычи ресурсов. Особенно аппараты помогают в маркшейдерской съемке труднодоступных мест: подземных горных выработок без доступа людей, отвалов пород, хвостохранилищ (хранилищ с радиоактивными и токсичными отходами обогащения полезных ископаемых) и территорий с зыбким и топким грунтом. Людям запрещено находиться в этих местах, поэтому приходится прибегать к дистанционному анализу, но и он порой невозможен из-за огромных расстояний и отсутствия прямой видимости.
Также беспилотники в разы ускоряют инспекцию и обследование объектов инфраструктуры, которые находятся на высоте или вблизи опасных зон. Например, подвесных трубопроводов, эстакад, линий, мачт, промышленных объектов, крыш зданий и т. п. Такая работа требует монтажа строительных лесов, на который уходит много времени и трудозатрат, и всё равно риск возникновения несчастных случаев остается очень высоким. Беспилотные воздушные суда справляются намного быстрее.
К примеру, для выполнения топографической съемки породного отвала площадью около 12 га (0,12 км2) бригаде из 4–6 человек требуется около 4 часов только полевых работ. И дискретность съемки — количество съемочных точек на единицу площади — все равно получается недостаточной. Используя беспилотник для аэрофотосъемки, два человека справляются с этой задачей за 20–30 минут, и плотность точек составляет всего 5–10 см. Хотя, конечно, при этом в два-три раза возрастает время на обработку данных. Другой пример: осмотр подвесного трубопровода и проверка соединений. Традиционно для такой инспекции необходима спецтехника и монтаж предохранительных устройств. Теперь — один оператор с беспилотником и в десять раз меньше времени. И это становится решающим фактором, когда необходима внеплановая срочная проверка.
На предприятиях «Норникеля» такие работы выполняет квадрокоптер DJI Matrice 210 RTK V2. Он совсем не похож на распространенные сегодня развлекательные дроны. Это профессиональный беспилотный аппарат из тех, которые разрабатывают специально для промышленности. Они выдерживают суровые погодные условия и способны носить на себе сразу несколько камер, сканеров и датчиков.
В частности, на промышленный беспилотный летательный аппарат (БПЛА) помимо видеокамер устанавливают тепловизоры, дальномеры и лазерные сканеры. Шестикилограммовый аппарат может нести три камеры и несколько датчиков, но их суммарный вес не должен превышать 1,23 кг. Квадрокоптер может поднять и больше, но в таком экстремальном режиме ему может не хватить мощности моторов для того, чтобы выровнять крен, например, от порыва ветра. Также при высокой нагрузке значительно сокращается время полезного полета, что снижает эффективность использования БПЛА.
Беспилотник поднимается на высоту до трех километров, развивая скорость до 72 км/ч. Благодаря двум аккумуляторам, максимальное время полета составляет 38 минут. Впрочем, как рассказывает руководитель по направлению маркшейдерского контроля и аудита горных проектов департамента минеральных ресурсов «Норникеля» Сергей Соболев, при хороших погодных условиях на фотовидеофиксацию породного отвала объемом два миллиона кубометров уходит всего 15–20 минут. Ускорение сбора данных не единственное преимущество. Гораздо важнее для специалистов тип и вид этих данных.
Лазерное сканирование дает маркшейдерам готовое облако точек для дальнейшего анализа. Чтобы получить такие данные из фотографий и видеосъемки, их нужно сперва обработать. Теперь этого этапа нет. По данным сканера сразу создается детальная модель сложного объекта, по которой маркшейдеры уже могут строить рельеф и определять объемы открытых горных разработок и складов полезных ископаемых. А инженерная служба — планировать расширение производства.
Сегодня по собранным БПЛА данным «Норникель» составляет генеральные планы строительства на будущее. А тем временем квадрокоптер инспектирует строящиеся объекты. Общий вид площадки сверху дает возможность эффективнее использовать пространство при строительстве, а также следить за выполнением работ и безопасностью на объекте. Дрон шифрует передаваемые данные, поэтому его используют даже там, где действует режим постоянного контроля.
Природные и погодные условия в Норильске суровые: низкая температура, сильный ветер и осадки. Любители дронов знают, что в таких условиях квадрокоптер использовать категорически нельзя — он быстро сломается. У этого БПЛА закрытый влагостойкий корпус и система обогрева для аккумуляторов, которые позволяют ему работать при температуре до –20 градусов Цельсия. Мощные двигатели и 17-дюймовые винты могут противостоять даже сильному ветру. Впрочем, для выполнения сложных задач одной лишь мощности недостаточно — такой аппарат должен быть «умным».
Для инспекции труднодоступных зданий и сооружений раньше приходилось привлекать промышленных альпинистов и подвергать работников высокому риску. Беспилотник значительно упростил эти проверки — во многом благодаря умным системам квадрокоптера, которые не позволяют ему врезаться в здания и следят за положением других летательных аппаратов.
Аппарат оснащен сетью сенсоров, которые обеспечивают безопасность как аппарату, так и окружающим. Визуальные, ультразвуковые и инфракрасные датчики, объединенные в одну систему, распознают препятствия на расстояние до 30 м и огибают их. Приемник ADS-B позволяет следить за находящимися поблизости воздушными судами, что тоже повышает безопасность его использования.
При проверке зданий и сооружений аппарат отлетает относительно недалеко от оператора. При этом максимальная дальность полета у этого БПЛА в хороших условиях достигает семи километров. Такое расстояние позволяет быстро проверять не только здания, но и объекты инфраструктуры: трубопроводы, кабельные эстакады и провода. Так с помощью тепловизора выявляют утечки тепла и нагревы контактов в линиях электропередачи. Ультрафиолетовая камера позволяет засечь коронные разряды в изоляторах на опорах линий электропередач. А простой видеокамерой специалисты проверяют состояние швов железобетонных плит и металлоконструкций, находят прорывы трубопровода, а зимой измеряют толщину снежного покрова на крыше.
Облет квадрокоптером занимает гораздо меньше времени, чем обход пешком. К тому же программное обеспечение беспилотника отчасти автоматизирует процесс. Если инспекцию проводит специалист, то он в режиме реального времени по видео с камеры дрона находит проблему и определяет, насколько она серьезна. В результате не только поиск, но и исправление проблемы занимает гораздо меньше времени, потому что работники знают, что и где произошло. Если же нужно просто собрать данные для дальнейшей обработки и анализа, беспилотник часто пускают в автоматическом режиме, задав траекторию облета.
Расскажем, например, как проходил поиск утечек на газопроводах одного из металлургических предприятий «Норникеля». Сперва специалисты провели лазерное сканирование трассы газопровода и выявили потенциально опасные для беспилотника места. В частности, пересечения газопровода с высоковольтными линиями и участки, проходящие поблизости от высоких зданий. Затем с учетом этих препятствий и рельефа для аппарата построили маршрут полета. На сам дрон установили лазерный метандетектор и нажатием пары кнопок запустили его в небо. Трубы на предприятии проложены в основном по эстакадам высотой 6–10 м, а квадрокоптер способен за 30 минут просканировать до 4 км этих труб. Представьте, сколько сил и времени было сэкономлено.
Будущее использования БПЛА в промышленности — покорение пространств под землей. Разработка подземных месторождений — еще более сложный и опасный процесс. И поэтому «Норникель» сегодня работает над идеей уникальной шахты, проект которой назвали «Безлюдный рудник». В планах организовать полностью роботизированную подземную добычу с помощью роботов, камер и, конечно, дронов. Для использования БПЛА в подземных условиях, где отсутствует сигнал GPS, необходимо оснащать аппарат лидарной сканирующей системой и интегрировать ее с БПЛА. Иначе дрон будет врезаться в бока выработок, аппаратуру и конструкции. Такие технологии пока есть лишь у пары стран, в Китае они только развиваются, и теперь «Норникель» внедряет их в России.
Беспилотные летательные аппараты, приспособленные к работе в сложных погодных условиях, становятся незаменимыми инструментами на крупных промышленных производствах. Большая площадь и немалые расстояния перестают быть насущной проблемой, потому что дрон позволяет регулярно и быстро инспектировать даже самые труднодоступные сооружения. Как следствие, повышаются скорость, эффективность — и безопасность работы людей.
