Как измерить уголь с помощью лидара. Кейс EverScan

О том, как с помощью лидара измерить объем угля и чем перспективна эта технология в тяжелой промышленности 

В 1971 году агентство NASA отправила в космос корабль Аполлон-15 в рамках программы по четвертой высадке людей на Луну. Кроме всего прочего, миссия была примечательна тем, что корабль оснастили технологией «лидар» — именно она помогла экипажу просканировать поверхность спутника Земли. Тогда это было не первым, но точно одним из самых примечательных использований этого метода сканирования. С тех пор его распространение только росло, и сейчас лидары используют в самых разных сферах — от сельского хозяйства до археологии.

Лидар (LiDAR, Light Identification Detection and Ranging) — технология, которая позволяет точно сканировать определенную поверхность, либо окружающую местность. Она работает следующим образом: лидар выпускает лазерные импульсы, которые обнаруживают объекты, а затем датчики определяют расстояние до них. Лидары используют для создания точных карт и схем, которые применяются в топографии, исследованиях космоса и для создания самоуправляемого транспорта.

Мы в EverScan активно применяем эту технологию: сканируем здания, заводы, сложные объекты вроде цистерн. Кроме этого, используем лидары в тяжелой промышленности, например, на горно-обогатительных комбинатах. Несколько месяцев назад к нам обратилась компания ДТЭК с предложением попробовать лидары для измерения объема угля на тепловой электростанции. Мы посчитали это интересной задачей. До этого у нас был опыт работы на горно-обогатительных комбинатах, и мы решили, что наши технологии помогут усовершенствовать процесс измерений на ТЭС.

С этим проектом мы подали заявку на участие в Energy Accelerator и прошли на программу. Во время участия в акселераторе мы обсуждали, как лучше подойти к задаче и как адаптировать наши технологии под нужды компании. В итоге EverScan выиграл акселератор. Результатом стала договоренность о пилотном измерении объемов угля на одной из станций.

Измерение угля с помощью лидаров

Всего у компании на складах находится около 100 000 тонн угля. Это большой объем, для измерения которого нужно специальное оборудование. Сейчас компания проводит измерения классическим способом — с помощью тахеометра или ГНСС оборудования. Процесс выглядит так: сотрудник станции, геодезист, перемещается с вешкой по штабелю — угольной насыпи— а в это время другой инженер с помощью тахеометра координирует характерные контуры штабеля. Метод позволяет сравнительно быстро и точно измерить объемы угля, но у него есть ряд недостатков. Во-первых, замеры получаются недостаточно точными, а во-вторых — на всю процедуру уходит много времени — от нескольких часов до полного дня. Тем более, в это время сотрудники находятся в рабочей зоне, а это небезопасно.

Пилотный проект проходил в августе на Ладыжинской ТЭС. От EverScan в процессе участвовало пять человек, от ДТЭК — несколько сотрудников инновационного офиса и представители станции. Для измерения мы использовали дрон, оснащенный лидаром.

Вся съемка с набором контрольных пикетов проходила удаленно с безопасного места без вхождения в зону склада.

Полученные данные мы обработали в специальном программном обеспечении и затем выдали готовый результат — полную модель склада в виде облака точек, очищенную от техногенных объектов, а также непосредственно замеры объемов угля. Дополнительно мы предоставили ортофотоплан и аэросъемку, чтобы понимать как выглядел склад в момент замеров.

Преимущества лидаров

Почему мы решили использовать лидар? Главное преимущество технологии заключается в точности измерений. Используя классический способ, геодезист с одного гектара собирает около 100 замеров. У лидарного сканирования этот показатель куда выше — от 80 до 120 измерений с каждого квадратного метра. Технология предоставляет очень плотную, правильной формы модель штабеля, благодаря чему объем вычисляется максимально точно.

Здесь нужно обратить внимание на важный момент. Сейчас точность измерений на электростанциях оценивается по специальной методике, которая была принята в 2003 году. Правда, она уже не учитывает текущий уровень технологического прогресса и ситуации на рынке, соответственно, мы в EverScan сомневаемся, нужно ли оценивать лидарные вычисления с помощью этого норматива. В нашей практике разница между одновременными классическими и лидарными замерами могла составлять 5-8% а иногда больше 10%.

Мы видим, что в классических замерах не учитывается полезный объем, который находится у основания штабеля. Кроме этого, специалисты используют немного устаревшие данные по базовой поверхности склада. Все эти моменты влияют на конечные исчисления, а соответственно и показатели. Важно учитывать, что 1% угля на складе — это сотни тысяч долларов, которые могут просто не посчитать. Лидарная съемка помогает избежать этих моментов.

Отдельно стоит упомянуть о связке дрона с лидаром. Мы могли бы использовать наземное лазерное сканирование, но тогда бы вся процедура затянулась по времени. Комбинация дрона с лидаром и специальным ПО позволяет максимально быстро произвести объем территории: за 15-25 минут мы способны обработать 40-100 гектар. Сейчас это самый быстрый способ сбора информации с поверхности.

Ключевой момент — быстрая камеральная обработка данных. За 30-40 мин мы получаем предварительные данные об объеме, а в течение 2-4 часов — подготавливаем полноценный отчет об объемах угля на складах. Соответственно, весь процесс занимает меньше рабочего дня. Мы работаем на шести станциях — снять и замерить объем угля на них мы можем за шесть дней.

По сравнению с классическим способом разница чувствительна. Как я упоминал выше, измерения с помощью теодолита занимают несколько часов, и это без учета того, что затем полученные данные нужно проанализировать и определить конкретные показатели.

У лидарной съемки есть еще несколько преимуществ. Во-первых, благодаря дрону бригада не присутствует на территории склада, а соответственно, процесс выходит более безопасным. Кроме этого, сейчас разные станции используют разные формы отчетов. Результаты с лидаров предоставляются в едином унифицированном виде, которые можно сравнивать друг с другом.

Будущее технологии

Мы в EverScan считаем технологию крайне перспективной, и результаты работы с ДТЭК это только подтверждают. Наши партнеры также остались довольны итогами и предложили нам контракт на ежеквартальное измерение объемов угля. Теперь они могут использовать оба способа для проведения замеров, чтобы получать более точные результаты.

В мире уже активно используют лидарную съемку на горно-обогатительных комбинатах и также начинают применять ее на ТЭС. В Украине наш кейс с ДТЭК стал первым случаем, когда компания применила технологию именно для измерения угля. И мы уверены, что в дальнейшем таких кейсов будет больше.

Подобные замеры компании могут проводить в двух форматах. Первый — полноценно интегрировать процедуру в бизнес-процессы, а второй — привлекать внешних специалистов на конкретные замеры. Мы предполагаем, что в краткосрочной перспективе спросом будет пользоваться именно второй вариант. Полноценно интегрировать лидарные технологии в работу ТЭС — перспективное решение, но сейчас это долгий процесс: многое зависит от законодательной базы и норм работы каждой станции.

В любом случае, наш кейс показал — лидар позволяет более быстро и точно измерить большие объемы угля на ТЭС. Уверены, что в будущем технология будет неотъемлемой частью работы электростанций.