«Использование дронов упростило геологические работы, БПЛА в корне изменили наши привычные методы, и это только начало. Потенциал дронов просто колоссальный», — профессор Джон Хауэлл, Абердинский университет
Геология — наука об изучении горных пород и строении Земли. Ключевой аспект науки заключается в наблюдении за поверхностью скал и карьеров, а затем, использовании этих данных для исследования того, что лежит у нас под ногами. Геологи создают карты и проводят исследования уже более 200 лет, но недавнее распространение дронов в корне изменило принципы работы. Проф. Джон Хауэлл и его группа из Абердинского Университета, совместно с исследовательской группой NORCE в Норвегии, попробовали изучить возможности дронов в создании геологических карт.
Они сосредоточили работу на сотрудничестве с нефтяными компаниями, помогая им принимать более взвешенные решения при бурении в таких местах, как Северное море. Проф. Хауэлл объясняет, что «компания готова пробурить скважину на тысячи метров ниже морского дна, чтобы достигнуть цели. Знания о местоположении основываются на соседних скважинах, которые могут находиться в нескольких километрах. Мы используем породы на поверхности, чтобы лучше понять, что происходит со слоями, которые находятся под поверхностью». Учитывая то, что обычные скважины стоят от 25 миллионов долларов, есть смысл попытаться сократить неопределенности при бурении.
Исследовательская группа проф. Хауэлла попробовала найти зоны на скалах с одинаковой геологией и собрать данные о слоях под поверхностью при помощи дронов DJI, но это не было простой задачей.
На протяжении более, чем десяти лет, при картографировании геологи полагались на точность датчиков LiDAR, помещавшихся на землю или вертолеты, — они стали альтернативой ручных измерений. В обоих случаях исследователям приходилось сталкиваться с провалами в тенях и непомерными расходами, исчислявшимися тысячами фунтов в час.
Именно поэтому проф. Хауэлл решил перейти на дроны с камерами как эффективное и доступное решение. Поворотной точкой для геологов стало то, что он называет «революцией виртуального обнажения» — с кульминацией в качестве двух событий в 2006 и 2007 годах.
В 1990-х исследовательская группа проф. Хауэлла начала сбор данных, используя инновационные технологии. Методы включали фотографию, зарисовки, измерения и спуск на канате — в зонах, к которым было сложно получить доступ.
Позднее в 2004 году они стали использовать наземный лидар для геодезии, который повысил точность, но был дорогим и громоздким. Было по-прежнему непросто создать изображение верхней части скалы. Это привело к сотрудничеству с Helimap, швейцарской группой, установившей наземный лидар на вертолет. Эксперимент был успешным, но сбор данных таким способом оказался очень дорогостоящим, данные с 1 км скалы стоили более 1000 долларов США. Переход к дронам в 2011 году стал естественным этапом, устройства использовались сначала для получения изображений для заполнения пробелов в моделях, а затем для построения моделей с помощью фотограмметрии.
К 2014 году, когда был приобретен первый DJI Phantom, дроны и фотограмметрия заменили лазеры как повседневный регулярно используемый инструмент. Эти техники стали широко использоваться геологическим сообществом четыре года спустя. Проф. Хауэлл называет это «революцией виртуального обнажения».
Виртуальное обнажение — реалистичная 3D-модель секции скалы, используемая для получения измерений, аналогичных тем, которые геолог может получить в реальности. Широкое распространение подхода в геологии случилось благодаря двум одновременным разработкам в технологии.
- Появление доступных, легких в использовании дронов с качественными камерами, таких как серия DJI Phantom.
- Разработка Structure for Motion (SfM) — типа фотограмметрии, который позволяет создавать 3D-модели со сложными характеристиками, такие как скалы, при помощи фотографий на обычном ноутбуке или компьютере. Фотограмметрия существует уже около 100 лет, однако эти новые алгоритмы делают ее доступной не только для специалистов.
Проф. Хауэлл и его коллеги провели несколько важнейших исследований, чтобы сравнить модели, созданные при помощи сканера лидара и при помощи дронов. Модели, созданные с использованием лидара, более точны, однако и фотограмметрические модели отлично справляются с поставленными целями. Традиционное измерение 1 км скалистой местности могло потребовать участия 2 человек и занять 2-3 дня на сканирование и неделю на обработку, аналогичный участок можно покрыть за 20 минут, используя дрон, и обработать данные за один вечер.
Точность традиционно измеряется размером пикселя по земной поверхности. Исследовательская группа копнула глубже, взглянув на корректность и точность рассматриваемых методов. Точность — это расстояние между двумя точками в модели по сравнению с этим расстоянием в реальном мире, а корректность — размещение элементов модели относительно их реальных координат.
«В моделях длиной в несколько километров исследователи обычно достигают уровня корректности в несколько сантиметров». Это сопоставимо с данными лидара, получаемыми намного быстрее. Возможно, сейчас удастся получить не столь корректные данные с помощью современных лидар-систем, но, в отличие от архитектурных съемок, такой уровень детализации обычно не требуется.
С распространением метода виртуального обнажения его применение стало более значимым, чем метод сам по себе. В дополнение к работе в нефтяной отрасли группа выполнила ряд других интересных проектов, например исследовательскую работу на Стромболи на юге Италии, которая привела к созданию первой в своем роде тепловой 3D-модели действующего вулкана.
Использование дронов для предупреждения извержений уже было зафиксировано в случае с вулканом Этна на Сицилии. При работе на Стромболи команда объединила силы с проф. Дугалом Джеррамом, вулканологом из университета Осло. Они использовали серию дронов, предоставленных COPTRZ, чтобы создать карту вулкана, используя методы фотограмметрии и тепловидения. Работа была задокументирована в короткометражном фильме Абердинского университета. Команда возвращалась дважды в 2017 и 2019 годах для наблюдения за изменениями вулкана и планирует вернуться снова, когда будут сняты ограничения на путешествия, введенные в связи с COVID-19.
Такие вулканы, как Стромболи, регулярно наблюдаются и документируются, однако долгосрочная цель исследовательской группы — развитие доступной основанной на использовании дронов системы наблюдения за вулканами, которая могла бы применяться в развивающихся странах. Поскольку в районах, подверженных риску извержений, проживает более полумиллиарда человек, прогнозирование обладает огромной важностью. Их цель — разработать систему, которая позволит выполнять исследования, которые можно использовать для установления изменений в долгосрочной перспективе и изменений поверхности земли, которые часто являются признаками скорого извержения. Такая автономная система составит лишь часть стоимости привычных систем мониторинга.
9 исследователей и 20 студентов PhD группы работают над целым рядом виртуальных геологических проектов, а также стремятся делиться результатами работы с внешним миром. «Изначально, когда мы начали работать над виртуальным обнажением, у нас не было программного обеспечения для визуализации или манипуляции данных, поэтому мы создали свою собственную программу». Недавно они выпустили Lime, специальное программное обеспечение для более широкой аудитории, оно приобрело популярность среди геологов со всего мира.
Когда из-за COVID-19 затруднились путешествия, они запустили сайт под названием V3Geo, который демонстрирует более 200 лучших моделей при помощи специально созданного инструмента просмотра. Модели были доступны в целях обучения и исследования и заслужили признание академиков и исследовательских групп, стремившихся найти замену выездным занятиям.
«Мы приятно удивлены количеством людей, использующих V3Geo», — говорит проф. Хауэлл. «Следующим шагом станет обмен моделями с другими специалистами, создание онлайн-сообщества и демонстрация результатов работы всему миру. Мы создаем геологические карты уже 220 лет, однако методу виртуального обнажения всего 20 лет. Будущий потенциал огромен, и ограничения лишь в нашем воображении», — говорит он.
Проф. Хауэлл является сторонником обмена и поощряет ученых в сборе данных с помощью дронов. Мы рекомендуем рассмотреть следующие решения для картирования, вы найдете подробную информацию в нашем шопинг-гиде:
 |
Высоконадежное и компактное картографическое решение. |
 |
Полнокадровое решение для фотограмметрии |
 |
Полнокадровое решение для фотограмметрии
|
 |
Решение для теплового картирования |
 |
Надежное картографическое программное обеспечение |
Чтобы получать информацию о последних обновлениях технологии дронов для создания 3D-карт или моделей береговых линий, скал и вулканов, подпишитесь на нашу рассылку.
