Share | 03/31/2022
O cálculo do volume das pilhas de estocagem continua a ser uma das tarefas mais importantes, mas desafiantes, nas minas e pedreiras. A dimensão do local, a área de cobertura, o tipo de material e os factores de segurança podem potencialmente resultar em operações que recolhem dados de qualidade inferior. Para concluir eficazmente a tarefa, as operações necessitam de uma combinação das ferramentas certas que lhes permitam medir os stocks com precisão, eficiência e rapidez.
Para a Wingfield Scale and Measure, sediada em Chattanooga, Tennessee, estes valores estão no centro da sua atividade e da promessa que fazem aos seus clientes. Ao longo dos últimos 85 anos, cresceram para se tornarem uma empresa de aquisição de dados e balanças reconhecida a nível nacional e, atualmente, oferecem aos seus clientes serviços inovadores de mapeamento e medição para trabalhos de superfície/pedreira, mapeamento subterrâneo, digitalização estrutural, produtos de inventário em tempo real e serviços de drones.
Como a primeira empresa de balanças nos EUA a completar a acreditação tanto para a ISO 9000 como para a ISO 17025, a Wingfield mantém um forte enfoque no seu tempo de resposta, precisão dos relatórios e práticas de segurança no local. O seu trabalho de cartografia reflecte a verdadeira natureza da forma como os materiais são armazenados no solo, bem como a topografia de base por baixo do material – criando uma verdadeira representação digital da área que está a ser estudada. Esta abordagem permite a entrega precisa, repetível e rápida de informações volumétricas aos clientes.
“90% do trabalho que fazemos requer múltiplas plataformas de medição. Quer se trate de um scanner terrestre, de uma estação total, de um UAV de fotogrametria ou de um UAV LiDAR, existem diferentes ferramentas que, quando utilizadas em conjunto, proporcionam um resultado melhor e mais completo.” Hayes Wilkinson, UAS Certified Mapping Scientist, and Senior Aerial Mapping Specialist at Wingfield Scale & Measure
“90% do trabalho que fazemos requer múltiplas plataformas de medição. Quer se trate de um scanner terrestre, de uma estação total, de um UAV de fotogrametria ou de um UAV LiDAR, existem diferentes ferramentas que, quando utilizadas em conjunto, proporcionam um resultado melhor e mais completo.”
Atribuem este sucesso a uma combinação de tecnologias de levantamento topográfico, fluxo de trabalho e atenção aos factores de gestão de dados que melhoram a qualidade e a precisão.
Não existe uma solução milagrosa quando se trata de obter uma recolha de dados completa. A Wingfield Scale and Measure é um grupo de aquisição de dados e recomenda sempre a utilização da combinação correcta de ferramentas para o trabalho.
Por exemplo, se a sua operação tiver metade das estacas sob estruturas, será quase impossível efetuar o levantamento sem algum tipo de tecnologia LiDAR.
“90% do trabalho que fazemos requer múltiplas plataformas de medição”, diz Hayes Wilkinson, Cientista Certificado em Mapeamento UAS e Especialista Sénior em Mapeamento Aéreo na Wingfield Scale & Measure. “Quer se trate de um scanner terrestre, de uma estação total, de um UAV de fotogrametria ou de um UAV LiDAR, existem diferentes ferramentas que, quando utilizadas em conjunto, proporcionam um resultado melhor e mais completo.”
A Wingfield Scale & Measure tem utilizado uma variedade de UAVs ao longo dos anos, e recentemente adicionou um drone de asa fixa eBee X e uma câmara S.O.D.A. à sua caixa de ferramentas de levantamento. O eBee X é utilizado há muito tempo nas minas de todo o mundo pela sua capacidade de cobrir rapidamente locais de média a grande dimensão e de fornecer uma fotogrametria de grande precisão.
Wilkinson acrescenta que o eBee X tem a facilidade de utilização e a facilidade de utilização necessárias para cumprir requisitos de elevada precisão com a fotogrametria, complementando e validando diretamente as medições LiDAR para garantir a precisão dos relatórios.
Num levantamento recente para uma fábrica de cimento, a Wingfield efectuou um levantamento de pilhas utilizando equipamento terrestre e o eBee X numa grande variedade de tamanhos de pilhas e materiais, e ficou satisfeita com os resultados.
Como se pode ver nas comparações abaixo, os dados de varrimento laser e os dados eBee X / S.O.D.A 3D complementam-se muito bem, uma vez que os dados eBee foram capazes de preencher as áreas que não eram visíveis ou inacessíveis nos dados de varrimento laser terrestre, devido à geometria da pilha.
No efeito oposto, os dados de varrimento a laser complementam os dados do eBee em áreas visualmente obstruídas, como se mostra abaixo, onde esta pilha estava coberta por um telhado de um telheiro.
Neste exemplo, ambos os tipos de dados foram facilmente fundidos, produzindo uma combinação de conjuntos de dados rica e precisa que dá aos gestores de inventário um maior controlo sobre os volumes e os cálculos de KPI resultantes.
Para estabelecer as bases de uma recolha eficiente, é necessário, em primeiro lugar, compreender a precisão necessária para o tipo de material a medir. Esta exatidão é importante para os supervisores do local que realizam relatórios semanais e monitorizam os KPIs mensais.
“Se estivermos a lidar com um material de elevado valor, como o minério de ouro, uma oscilação de 5% ou 10% na precisão do volume pode ter enormes efeitos a jusante na contabilidade e nas decisões operacionais de uma empresa. Mesmo com materiais de menor valor, como o gesso ou a argila, o mesmo se aplica – a precisão afecta o resultado final”, afirma Wilkinson.
Consequentemente, há domínios muito diferentes em que se está a trabalhar no que diz respeito ao grau de diferença e de rigor dos requisitos de dados que têm de ser – e são necessários.
As propriedades de reflexão da superfície do material do projeto são muito importantes quando se trata de ruído versus precisão. A cor da superfície de uma pilha muda drasticamente ao longo da sua forma, enquanto a textura da superfície permanece a mesma.
Durante o processamento em fotogrametria, é importante que a câmara se possa ajustar a esta diferenciação de reflectância da luz e proporcionar uma boa correção global do equilíbrio de brancos, de modo a não sobre-expor as imagens e produzir ruído nos dados.
“Este ruído pode equivaler a uma falsa deteção de volume extra se não for cuidadosamente filtrado ou removido”, diz Michael Blake, Diretor de Produto da AgEagle. “Dependendo do tipo de material, estes volumes falsos podem fazer flutuar os relatórios semanais e os KPI mensais que podem determinar os resultados estratégicos, financeiros e operacionais de uma empresa.”
Esta diferença de volume pode ser exponencialmente mais evidente em materiais de elevado valor como o ouro, a prata e o cobre.
Graças à facilidade de utilização da plataforma eBee X e ao software intuitivo de planeamento de voo eMotion, a equipa da Wingfield também percebeu um fluxo de trabalho melhorado, desde o planeamento de voo até ao pós-processamento.
É um passo natural do eMotion para o Pix4D para produzir rasters finais e dados vectorizados e este fluxo de trabalho resulta em menos trabalho. Com outras plataformas, é comum precisar de software adicional de terceiros nesta fase para produzir dados georreferenciados e ficheiros de projeto.
Levando o seu processamento de dados um passo mais além, a Wingfield reúne normalmente os seus dados de drones e LiDAR num software de terceiros e filtra-os, removendo qualquer ruído antes de efetuar cálculos de corte e enchimento.
Este passo adicional aumenta a riqueza dos dados que o drone fornece, ao mesmo tempo que dá uma melhor precisão geral aos cálculos finais para os KPIs mensais. Michael Blake, Gestor de Produto, AgEagle
Este passo adicional aumenta a riqueza dos dados que o drone fornece, ao mesmo tempo que dá uma melhor precisão geral aos cálculos finais para os KPIs mensais.
Grande parte da filtragem efectuada no software de terceiros pode ser automatizada. A Wingfield tem fluxos de trabalho personalizados para otimizar determinados aspectos da filtragem de nuvens de pontos e preservar a consistência de um conjunto de dados para outro. Além disso, todos os dados recém-adquiridos são comparados com os levantamentos anteriores para tomar decisões informadas sobre onde delinear as reservas e como reutilizar bases e dados históricos. Um olhar crítico e experiente é aplicado a todos os inventários de stocks e levantamentos topográficos, algo que não é fornecido por muitas soluções de fotogrametria Structure from Motion (SfM) baseadas na nuvem.
“Este passo adicional aumenta a riqueza dos dados que o drone fornece, ao mesmo tempo que dá uma melhor precisão geral aos cálculos finais para os KPIs mensais”, diz Blake.
A Wingfield Scale & Measure comparou o seu novo eBee X com o seu DJI Phantom 4 com um kit PPK pós-venda para ver se havia alguma diferença observável na qualidade dos dados. Houve quatro áreas em que a equipa notou imediatamente diferenças entre as tecnologias.
A qualidade de várias nuvens de pontos pode ser avaliada através da observação da densidade de pontos e do ruído. Geralmente, a densidade de pontos é muito elevada no caso das nuvens de pontos de varrimento laser terrestre, no entanto, as comparações anteriores mostram que as nuvens de pontos menos densas do UAV alcançam resultados semelhantes. Embora as nuvens de pontos de UAV forneçam menos detalhes do que uma nuvem de pontos de scanner laser terrestre, ainda há detalhes suficientes para a maioria das aplicações típicas de levantamento.
Quando a Wingfield comparou os resultados dos seus UAVs, a equipa notou que as imagens do sensor de 20 MP do DJI Phantom 4 PPK (a mesma câmara do P4P-RTK) tinham mais ruído e um equilíbrio de cores deficiente em comparação com o eBee X com S.O.D.A 3D. Isto pode resultar numa grande desfocagem das imagens e numa má qualidade do ortomosaico e num maior ruído da nuvem de pontos, que tem de ser filtrado.
Embora o eBee X com RTK ativo ofereça uma precisão elevada até 1,5 cm sem necessitar de GCPs para georreferenciação, a sua utilização continua a ser recomendada para verificar a qualidade dos dados. Como resultado, é necessário estabelecer um número significativamente menor de pontos de controlo e, para a dimensão do projeto de Wingfield, a equipa apenas necessitaria de três a cinco GCPs para verificação de dados, o que, obviamente, aumenta a segurança e poupa tempo.
Estima-se que os drones de asa fixa sejam 80% mais rápidos do que os métodos terrestres tradicionais, poupando tempo valioso ao recolher os dados necessários de forma rápida e eficiente a partir de um único ponto.
Desde a aquisição de dados até às mudanças de bateria e tempos de transição, os drones de asa fixa também requerem menos voos do que as plataformas multirotor. Nesta comparação de um local agregado de 194 acres, o eBee X cobriu toda a área num único voo com bateria de reserva suficiente para mapear um local de tamanho semelhante mais 5 vezes em condições de voo ideais. Foram necessários dois voos com o DJI Phantom 4 PPK para cobrir este sítio.
O Root Mean Square (RMS) global foi muito maior com o DJI em comparação com o eBee. Foram necessários pontos GCP para georreferenciar corretamente os dados RTK do Phantom 4 com os dados LiDAR, enquanto os dados do eBee X se alinharam perfeitamente com os dados LiDAR – sem necessidade de pontos GCP.
Desde novembro, a Wingfield já etiquetou geograficamente mais de 20 000 imagens captadas pelo eBee X com uma precisão de nível CM e uma taxa de sucesso superior a 99%. Hayes acrescenta que, em comparação, a unidade de GPS PPK de terceiros para o seu multirotor é boa e simples de utilizar, mas menos consistente no campo e nos fluxos de trabalho de pós-processamento.
O processo de recolha de dados de pontos no terreno com o eBee X com RTK significa que os operadores são mais eficientes, uma vez que passam menos tempo no terreno, e mais seguros, uma vez que não têm de atravessar terrenos potencialmente perigosos para colocar numerosos GCPs. Graças a uma boa fotogrametria, apenas são necessários alguns pontos de controlo em torno do local como melhor prática para garantir que o fluxo de trabalho RTK/PPK está a funcionar corretamente.
O processamento de dados com software de fotogrametria pode ser demorado, dependendo da quantidade de dados capturados e do hardware utilizado. No entanto, ao utilizar a IMU e os dados de “geotagging direto em voo” do S.O.D.A. 3D em conjunto com o método de calibração de orientação e geolocalização precisa do PIX4Dmappers, pode acelerar a fase de calibração inicial, resultando numa poupança de tempo de até 35-40%.
“Além disso, não encontrámos qualquer comprometimento da precisão”, acrescenta Blake. “A vegetação e as massas de água também se reconstroem e recompõem muito melhor, dando mais pormenor e informação contextual ao conjunto de dados.”
Para mais informações, consulte a nossa publicação anterior no blogue sobre como conseguir um processamento inicial mais rápido.
Como medida adicional de segurança de dados, a Wingfield conclui todo o seu processamento num PC local e nenhuma imagem é carregada para um servidor remoto/baseado na nuvem, o que é uma consideração comum de gestão de dados para clientes com locais de trabalho sensíveis.
Para as grandes minas e pedreiras, os drones de asa fixa representam um método valioso para as equipas de topografia reduzirem o seu volume de trabalho de recolha de dados. Por conseguinte, isto permite às organizações reduzir os seus custos de pessoal, oferecer preços mais competitivos e/ou concluir mais projectos num determinado período de tempo.
Além disso, os dados adquiridos por drones, como os ortomosaicos, podem trazer benefícios adicionais para operações a céu aberto, conceção de minas, planeamento de locais e muitas outras áreas.
Embora o acompanhamento dos inventários de stocks continue a ser uma das tarefas mais importantes nas minas e pedreiras, os drones de asa fixa e as eficiências que proporcionam estão a minimizar o que costumava ser um desafio. A sua capacidade de fornecer rapidamente fotogrametria e nuvens de pontos de alta resolução que melhoram o LiDAR permite a gestão da qualidade dos levantamentos de stocks com maior rapidez, eficiência e precisão.
Para uma análise mais pormenorizada dos dados comparativos de LiDAR e fotogrametria, veja o nosso estudo de caso Wingfield Scale & Measure – em breve!
Outro fator fundamental a ter em consideração durante a recolha de dados é a configuração adequada para o controlo no solo e a alteração das condições de iluminação. Este passo pode ser facilmente esquecido por pessoal ocupado e resulta na recolha e processamento de dados de baixa qualidade logo à partida.
As minas são ambientes altamente activos e muita coisa pode mudar num mês. Hayes recomenda que se faça uma verificação rápida antes de cada voo para garantir que os pontos de controlo no solo estão limpos, verificados e prontos para serem colocados no local.
A iluminação no momento do levantamento aéreo também pode afetar a recolha de dados e é importante notar que os resultados podem variar consoante a plataforma do drone.
“Uma coisa que notei por experiência própria com ambas as plataformas é que com o eBee é muito mais fácil controlar as condições de iluminação variáveis do que com o Phantom”, diz Hayes. “Se bloquear a sua exposição e esta for demasiado clara ou demasiado escura para ter em conta a alteração das condições de luz, pode obter alguns resultados pouco positivos.”
As definições de exposição do eBee flutuam entre uma gama restrita por defeito, que foi refinada com precisão para permitir que a velocidade do obturador seja rápida, mas ainda assim deixe entrar luz suficiente.
“Com o Phantom, por vezes, se o deixarmos a flutuar no modo automático, a velocidade do obturador pode ser demasiado lenta e as imagens ficam desfocadas, o que não é o ideal”, acrescenta Hayes.
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