Share | 03/31/2022
El cálculo del volumen de los acopios sigue siendo una de las tareas más importantes, aunque complicadas, de la minería y las canteras. El tamaño del emplazamiento, el área de cobertura, el tipo de material y los factores de seguridad pueden dar lugar a que las operaciones recojan datos insuficientes. Para completar eficazmente la tarea, las operaciones necesitan una combinación de las herramientas adecuadas que les permitan medir las existencias con precisión, eficacia y rapidez.
Para Wingfield Scale and Measure, con sede en Chattanooga (Tennessee), estos valores son el núcleo de su negocio y la promesa que hacen a sus clientes. Durante los últimos 85 años, han crecido hasta convertirse en una empresa de básculas y adquisición de datos reconocida a nivel nacional y, en la actualidad, ofrecen a sus clientes servicios innovadores de cartografía y medición para trabajos de superficie/cantera, cartografía subterránea, escaneado estructural, productos de inventario en tiempo real y servicios de drones.
Wingfield, la primera empresa de básculas de EE.UU. que obtuvo la acreditación ISO 9000 e ISO 17025, presta especial atención al tiempo de respuesta, la precisión de los informes y las prácticas de seguridad in situ. Su trabajo de cartografía refleja la verdadera naturaleza de los materiales almacenados sobre el terreno, así como la topografía de base bajo el material, creando una representación digital real de la zona estudiada. Este enfoque se presta a la entrega precisa, repetible y rápida de información volumétrica a los clientes.
“El 90% del trabajo que hacemos requiere múltiples plataformas de medición. Ya se trate de un escáner terrestre, una estación total, un UAV de fotogrametría o un UAV LiDAR, existen diferentes herramientas que, utilizadas conjuntamente, ofrecen un resultado mejor y más completo.” Hayes Wilkinson, UAS Certified Mapping Scientist, and Senior Aerial Mapping Specialist at Wingfield Scale & Measure
“El 90% del trabajo que hacemos requiere múltiples plataformas de medición. Ya se trate de un escáner terrestre, una estación total, un UAV de fotogrametría o un UAV LiDAR, existen diferentes herramientas que, utilizadas conjuntamente, ofrecen un resultado mejor y más completo.”
Atribuyen este éxito a una combinación de tecnologías topográficas, flujo de trabajo y atención a factores de gestión de datos que mejoran tanto la calidad como la precisión.
No hay una bala de plata cuando se trata de obtener una recopilación de datos completa. Wingfield Scale and Measure es un grupo de adquisición de datos y siempre recomienda utilizar la combinación de herramientas adecuada para cada trabajo.
Por ejemplo, si la mitad de los pilotes de su operación se encuentran bajo estructuras, será casi imposible inspeccionarlos sin algún tipo de tecnología LiDAR.
“El 90% del trabajo que realizamos requiere múltiples plataformas de medición”, afirma Hayes Wilkinson, científico cartográfico certificado por UAS y especialista principal en cartografía aérea de Wingfield Scale & Measure. “Ya se trate de un escáner terrestre, una estación total, un UAV de fotogrametría o un UAV LiDAR, existen diferentes herramientas que, utilizadas conjuntamente, ofrecen un resultado mejor y más completo.”
Wingfield Scale & Measure ha utilizado diversos vehículos aéreos no tripulados a lo largo de los años, y recientemente ha añadido un dron de ala fija eBee X y una cámara S.O.D.A. a su caja de herramientas de inspección. El eBee X se utiliza desde hace tiempo en minas de todo el mundo por su capacidad para cubrir rápidamente emplazamientos de mediana y gran envergadura y ofrecer una fotogrametría de gran precisión.
Wilkinson añade que el eBee X tiene la facilidad de uso y la facilidad de manejo necesarias para cumplir los requisitos de alta precisión con fotogrametría, a la vez que complementa y valida directamente sus mediciones LiDAR para garantizar la precisión en los informes.
En un estudio reciente para una planta cementera, Wingfield realizó un estudio de pilas utilizando equipos terrestres y el eBee X en una amplia variedad de tamaños de pilas y materiales, y quedó satisfecho con los resultados.
Como se observa en las comparaciones siguientes, los datos de escaneado láser y los datos 3D de eBee X / S.O.D.A se complementan muy bien, ya que los datos de eBee pudieron rellenar las zonas que no eran visibles o inaccesibles en los datos de escaneado láser terrestre, debido a la geometría del acopio.
En el efecto contrario, los datos del escáner láser complementan los datos del eBee en zonas visualmente obstruidas, como se muestra a continuación, donde este acopio estaba cubierto por el tejado de un cobertizo.
En este ejemplo, ambos tipos de datos se fusionaron fácilmente produciendo una combinación de conjuntos de datos rica y precisa que ofrece a los gestores de inventario un mayor control sobre los volúmenes y los cálculos de KPI resultantes.
Sentar las bases de una recogida eficaz es, en primer lugar, comprender la precisión que requiere el tipo de material que se va a medir. Esta precisión es importante para los supervisores que realizan informes semanales y controlan los indicadores clave de rendimiento mensuales.
“Si se trata de un material de gran valor, como el mineral de oro, una variación del 5% o el 10% en la precisión del volumen puede tener enormes efectos en la contabilidad y las decisiones operativas de una empresa. Incluso con materiales de menor valor, como el yeso o la arcilla, ocurre lo mismo: la precisión afecta a la cuenta de resultados”, afirma Wilkinson.
En consecuencia, los ámbitos en los que se trabaja son muy diferentes en cuanto a la diferencia y el rigor de los requisitos de datos.
Las propiedades reflectantes de la superficie del material del proyecto son muy importantes cuando se trata de ruido frente a precisión. El color de la superficie de una pila cambia drásticamente según su forma, mientras que la textura de la superficie sigue siendo la misma.
Al procesar en fotogrametría, es importante que la cámara pueda ajustarse a esta diferenciación de la reflectancia de la luz y ofrecer una buena corrección general del balance de blancos, para no sobreexponer las imágenes y producir ruido en los datos.
“Este ruido puede equivaler a una falsa detección de volumen extra si no se filtra o elimina cuidadosamente”, afirma Michael Blake, director de producto de AgEagle. “Dependiendo del tipo de material, estos falsos volúmenes pueden hacer fluctuar los informes semanales y los KPI mensuales que pueden determinar los logros estratégicos, financieros y operativos de una empresa”.
Esta diferencia de volumen puede ser exponencialmente más evidente en materiales de alto valor como el oro, la plata y el cobre.
Gracias a la facilidad de uso de la plataforma eBee X y al intuitivo software de planificación de vuelos eMotion, el equipo de Wingfield también consiguió mejorar el flujo de trabajo, desde la planificación del vuelo hasta el postprocesamiento.
Es un paso natural de eMotion a Pix4D para producir rásters finales y datos vectorizados y este flujo de trabajo resulta en menos trabajo. Con otras plataformas, es habitual necesitar software adicional de terceros en esta fase para producir datos georreferenciados y archivos de proyecto.
Para ir un paso más allá en el procesamiento de datos, Wingfield suele reunir los datos de drones y LiDAR en un software de terceros y los filtra, eliminando cualquier ruido antes de realizar los cálculos de corte y relleno.
Este paso adicional aumenta la riqueza de los datos que proporciona el dron, al tiempo que aporta una mayor precisión general a los cálculos finales de los KPI mensuales. Michael Blake, Director de Producto, AgEagle
Este paso adicional aumenta la riqueza de los datos que proporciona el dron, al tiempo que aporta una mayor precisión general a los cálculos finales de los KPI mensuales.
Gran parte del filtrado realizado en el software de terceros puede automatizarse. Wingfield ha adaptado flujos de trabajo para agilizar ciertos aspectos del filtrado de nubes de puntos y mantener la coherencia de un conjunto de datos a otro. Además, todos los datos recién adquiridos se comparan con estudios anteriores para tomar decisiones fundamentadas sobre dónde delimitar las reservas y cómo reutilizar las bases y los datos históricos. En cada inventario de existencias y levantamiento topográfico se aplica una mirada crítica y experimentada, algo que no ofrecen muchas soluciones de fotogrametría de estructura a partir del movimiento (SfM) basadas en la nube.
“Este paso adicional aumenta la riqueza de los datos que proporciona el dron, al tiempo que aporta una mayor precisión general a los cálculos finales de los KPI mensuales”, afirma Blake.
Wingfield Scale & Measure comparó su nuevo eBee X con su DJI Phantom 4 con un kit PPK posventa para ver si había diferencias observables en la calidad de los datos. Hubo cuatro áreas en las que el equipo notó inmediatamente diferencias entre las tecnologías.
La calidad de varias nubes de puntos puede evaluarse observando la densidad de puntos y el ruido. Generalmente, la densidad de puntos es muy alta en el caso de las nubes de puntos de escaneado láser terrestre, sin embargo, las comparaciones anteriores muestran que las nubes de puntos menos densas del UAV consiguen resultados similares. Aunque las nubes de puntos de los UAV proporcionan menos detalles que las nubes de puntos de los escáneres láser terrestres, siguen siendo lo suficientemente detalladas para la mayoría de las aplicaciones topográficas típicas.
Cuando Wingfield comparó los resultados de sus vehículos aéreos no tripulados, el equipo observó que las imágenes del sensor de 20 MP del DJI Phantom 4 PPK (la misma cámara que el P4P-RTK) tenían más ruido y un balance de color más pobre que las del eBee X con S.O.D.A 3D. Esto puede dar lugar a una gran borrosidad en las imágenes, una mala calidad del ortomosaico y más ruido en las nubes de puntos que hay que filtrar.
Aunque el eBee X con RTK activo ofrece una precisión de hasta 1,5 cm sin necesidad de GCP para la georreferenciación, se recomienda su uso para verificar la calidad de los datos. Como resultado, hay que colocar muchos menos puntos de control y, para el tamaño del proyecto de Wingfield, el equipo sólo necesitaría entre tres y cinco puntos de control para verificar los datos, lo que, por supuesto, aumenta la seguridad y ahorra tiempo.
Se calcula que los drones de ala fija son un 80% más rápidos que los métodos terrestres tradicionales, lo que ahorra un tiempo valioso al recopilar los datos necesarios de forma rápida y eficaz desde un único punto.
Desde la adquisición de datos hasta los cambios de batería y los tiempos de transición, los drones de ala fija también requieren menos vuelos que las plataformas multirrotor. En esta comparación de un terreno de 194 acres, el eBee X cubrió toda la zona en un solo vuelo con suficiente batería de reserva para cartografiar un terreno de tamaño similar 5 veces más en condiciones de vuelo ideales. Se necesitaron dos vuelos con el DJI Phantom 4 PPK para cubrir este único sitio.
La media cuadrática general (RMS) fue mucho mayor con el DJI que con el eBee. Se necesitaron puntos GCP para georreferenciar correctamente los datos RTK del Phantom 4 con los datos LiDAR, mientras que los datos del eBee X se alinearon perfectamente con los datos LiDAR, sin necesidad de puntos GCP.
Desde noviembre, Wingfield ha geoetiquetado más de 20.000 imágenes tomadas con el eBee X con una precisión de nivel CM y una tasa de éxito superior al 99%. Hayes añade que, en comparación, la unidad GPS PPK de terceros para su multirrotor es buena y sencilla de usar, pero menos consistente en los flujos de trabajo de campo y postprocesado.
El proceso de recopilación de datos de puntos sobre el terreno con el eBee X con RTK significa que los operadores son más eficientes al pasar menos tiempo sobre el terreno, y más seguros al no tener que atravesar terrenos potencialmente peligrosos para colocar numerosos GCP. Gracias a una buena fotogrametría, sólo se necesitan un par de puntos de control alrededor del emplazamiento como mejor práctica para garantizar que el flujo de trabajo RTK/PPK funciona correctamente.
El procesamiento de datos con software de fotogrametría puede llevar mucho tiempo, dependiendo de la cantidad de datos capturados y del hardware informático que se utilice. Sin embargo, utilizando la IMU y los datos de “geoetiquetado directo en vuelo” de S.O.D.A. 3D junto con el preciso método de geolocalización y calibración de la orientación de PIX4Dmappers, puede acelerar la fase de calibración inicial, lo que supone un ahorro de tiempo de hasta el 35-40%.
“Además, la precisión no se ha visto afectada”, añade Blake. “La vegetación y las masas de agua también se reconstruyen y recomponen mucho mejor, dando más detalle e información contextual al conjunto de datos”.
Para más información, consulte nuestra anterior entrada del blog sobre cómo conseguir un procesamiento inicial más rápido.
Como medida adicional de seguridad de los datos, Wingfield realiza todo el procesamiento en un PC local y no carga ninguna imagen en un servidor remoto o en la nube, una consideración habitual en la gestión de datos de clientes con lugares de trabajo sensibles.
Para las grandes minas y canteras, los drones de ala fija representan un método valioso con el que los equipos de topografía pueden reducir su carga de trabajo de recopilación de datos. Por lo tanto, esto permite a las organizaciones reducir sus costes de personal, ofrecer precios más competitivos y/o completar más proyectos en un plazo determinado.
Además, los datos adquiridos con drones, como los ortomosaicos, pueden aportar ventajas adicionales a las operaciones a cielo abierto, el diseño de minas, la planificación de emplazamientos y muchas otras áreas.
Aunque el seguimiento de los inventarios de existencias sigue siendo una de las tareas más importantes en la minería y la explotación de canteras, los drones de ala fija, y la eficacia que ofrecen, están reduciendo al mínimo lo que solía ser un reto. Su capacidad para proporcionar rápidamente fotogrametría y nubes de puntos de alta resolución que mejoran el LiDAR permite gestionar la calidad de los levantamientos de acopios con mayor rapidez, eficacia y precisión.
Si desea conocer más de cerca los datos LiDAR y fotogramétricos comparativos, esté atento a nuestro estudio de caso de Wingfield Scale & Measure, que publicaremos próximamente.
Otro factor clave a tener en cuenta durante la recogida de datos es la configuración adecuada para el control del suelo y las condiciones cambiantes de iluminación. Este paso puede ser fácilmente pasado por alto por el personal ocupado y los resultados en la recolección y procesamiento de datos de calidad inferior desde el principio.
Las minas son entornos muy activos y pueden cambiar muchas cosas en un mes. Hayes recomienda hacer una comprobación rápida antes de cada vuelo para asegurarse de que los puntos de control en tierra están despejados, comprobados y listos para su colocación en todo el emplazamiento.
La iluminación en el momento del reconocimiento aéreo también puede afectar a la recogida de datos, y cabe señalar que los resultados pueden variar en función de la plataforma del dron.
“Una cosa que he notado por experiencia personal con ambas plataformas es que con el eBee es mucho más fácil de controlar para condiciones de iluminación cambiantes que con el Phantom”, dice Hayes. “Si bloqueas la exposición y es demasiado clara o demasiado oscura para tener en cuenta las condiciones de luz cambiantes, puedes obtener resultados un poco torpes”.
Los ajustes de exposición del eBee flotan entre un rango limitado por defecto que se ha refinado con precisión para permitir que la velocidad de obturación sea rápida y, aun así, deje entrar suficiente luz.
“Con la Phantom, a veces, si la dejas flotar en modo automático, la velocidad de obturación puede ser demasiado lenta y las imágenes salen borrosas, lo que no es lo ideal”, añade Hayes.
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