Droonilt mõõdistamise võimalikkus markšeideritöödel [Magistritöö. Juhendaja: E. Lüütre]

Käesolevas töös on analüüsitud GPS-mõõdistamise ja droonilt mõõdistamise kõrgusandmete erinevust kolme erineva iseloomuga objekti näitel – valmistoodangu puistangud, liivakarjäär ja lubjakivikarjäär. Töö käigus on koostatud digitaalsed pinnamudelid GPS-mõõdistuse and-mete alusel ja kasutatud varem koostatud droonimudeleid, arvutatud valitud kontuurides ma-hud nii GPS-mudeli kui droonimudeli alusel, saadud mahtude erinevusi on võrreldud kehtiva-te õigusaktidega. Lisaks on koostatud droonilt mõõdistamise ja GPS-mõõdistamise võrdlus-mudelid, et hinnata mudelite kõrguserinevuste esinemise sageduse visualiseerimiseks on koostatud histogrammid kõrguserinevuse vahega 0,05 m.
Valmistoodangu puistangute puhul varieerus mahtude erinevus vahemikus 0,4…5,0%, kus-juures liites kõikide puistangute mahud kokku, tuli erinevuseks kõigest 0,7%. Droonimudeli ja GPS-mudeli kõrguserinevused kõiguvad vahemikus 0,63…1,03 m, keskmiselt on droonimudel 0,02 m võrra GPS-mudelist kõrgem.

Liivakarjääri puhul tuli mahu arvutuse kontuuris mahtude suhteliseks erinevuseks 2,3%, mis jääb markšeideritöö korras lubatud erinevuse piiresse rohkem kui neljakordse varuga. Mudeli-te kõrguserinevused varieerusid vahemikus 0,58…1,07 m, keskmiselt on droonimudel 0,12 m võrra kõrgem kui GPS-mudel. Liivakarjääri puhul kõiguvad kõrguserinevused enam-vähem samas vahemikus kui puistangute puhul, aga mudelite keskmine kõrguserinevus on ligi kuus korda kõrgem kui puistangute mudelite keskmine kõrguserinevus.

Lubjakivikarjääri puhul tuli mahu arvutuse kontuuris mahtude suhteliseks erinevuseks 3,6%, mis jääb markšeideritöö korra alusel lubatud erinevuse piiridesse rohkem kui kolmekordse varuga. Mudelite kõrguserinevused mahu arvutuse kontuuris varieerusid vahemikus 0,02…0,42 m, kusjuures keskmiselt oli droonimudel 0,18 m võrra kõrgem.

Lubjakivikarjääri puhul on küll keskmine üle lubatava piiri (0,10 m), ent mudelite kõrguserinevuste varieeruvus on võrreldes liivakarjääri ja puistangutega umbes neli korda väiksem. Lubjakivikarjääri puhul tuleb arvestada seda, et GPS-mõõdistamisel mõõdab markšeider looduslikust seisundist eemaldamata maavara, ent droonilt mõõdistamise korral on mõõdetud ka kobestatud kivim.

Kuigi mahtude ja ka keskmise kõrguserinevuse suhtes jäävad tulemused lubatud piiridesse, on siiski kõrguserinevuste varieeruvus suhteliselt suur ning selliselt saadud mõõdistamisandmeid mäeeraldise plaani koostamisel kasutada ei tohiks. Eriti arvestades seda, et mäeeraldise piiri sügavuti ületamisel kehtib nulltolerants, ei ole tolereeritav see, et tegelik karjääri põhi osades punktides võib olla 0,63 m allpool või 1,07 m ülalpool. Samas tuleks arvestada ka seda, et GPS-mõõdistamine oli teostatud tavapärase mõõdistuse tihedusega, mistõttu on reljeef väga üldistatud ning samuti ka seda, et droonimudeli koostamisel ei ole punktide filtreerimisel ka-sutatud tarkvara kõiki võimalusi, seega võib tihedama GPS-mõõdistamise punktide võrgu ja drooniandmete suurema töötlemisega saavutada täpsemaid tulemusi. Lisaks tuleb arvestada ka seda, et esialgset droonilt mõõdistamise detailsust on vähendatud umbes kümme korda, mis omakorda mõjutab saadud tulemuste täpsust.

Olenemata objektist on mõõdistustulemustes nähtav teatav seaduspära – droonimudel on keskmiselt mõnevõrra kõrgem GPS-mudelist, kuigi mõningates punktides on ka droonimudel madalam kui GPS-mudel. See erinevus tuleb peamiselt välja nõlvadel, kus GPS-mõõdistamise käigus on mõõdetud nõlv ainult alt ja pealt, mitte keskelt ning ka sellistes kohtades, kus markšeider lihtsalt lohkusid mõõtnud ei ole. Lisaks võib GPS-mõõdistamisel sau vajuda ma-terjali sisse (liiv, kruus jm puistematerjal). Kuna keskmiselt on droonimudel siiski natuke kõrgem, on kaevandatud mahtude arvutamisel droonimudeli järgi kaevandatud maht mõne-võrra väiksem ning puistangute maht mõnevõrra suurem kui GPS-mudeli järgi arvutades.

Droonilt mõõdistamise eelisteks on suurte alade kiire mõõdistamine, saadud andmete detail-sus ning andmete keeruline manipuleeritavus, samas on drooni suureks puuduseks sõltuvus ilmastikutingimustest, piiratud lennukordade arv ning ka see, et hetkel kehtiva seadusandluse järgi droonilt mõõdistamise andmete alusel kaevandatud mahtu määrata ei tohi. Lisaks on droonilt mõõdistamise puuduseks ka see, et mõõdetud saab kõik, mis väljas on (autod, kivid tee ääres, kobestatud maavara jms), mistõttu tuleks droonimudel enne kasutamist kriitilise pilguga üle vaadata.

Eeltoodust tulenevalt saaks droonilt mõõdistamist kasutada karjääride mõõdistamisel, kus looduslikust olekust eemaldatud maavara on kaevefrondilt täielikult teisaldatud. Sellistes kar-jäärides, kus maavara esmalt kobestatakse (paekarjäärid ja põlevkivikarjäärid) ning seejärel transporditakse, saaks droonilt mõõdistamise andmeid kasutada sellisel juhul, kui kogu kae-vandatud alast on kobestatud kivim täielikult teisaldatud. Vastasel juhul tuleks hakata droonimudelit muutma GPS-mõõdistamise tulemuste alusel ning selle asemel oleks otstarbe-kas kohe kasutada GPS-mõõdistamist.

Arvestades käesolevas töös saadud tulemusi droonilt mõõdistamise toormudeli kohta, jäävad arvutatud mahud lubatud piiresse, ent kõrguserinevuste vahemikud on liiga suured, et kasuta-da toormudelit mäeeraldise plaani koostamisel. Samas arvestades droonilt mõõdistamise kii-rust ja teostatud toormudeli analüüsi tulemusi, on droonilt mõõdistamise kasutamine kõrgema andmete töötlusastme korral väga perspektiivikas. Enne droonilt mõõdistamise kasutusele võtmise üle otsustamist tuleks teha põhjalikumaid uuringuid ja määrata parameetrid (piksli suurus, andmete töötlusaste jms) ja ka andmete töötlemiseks kasutatavad tarkvarad, mille kor-ral on droonilt mõõdistamise täpsus piisav.

Abstract

The aim of this study is to analyse the possibility of using drones for mine surveying. For this reason data has been gathered using both drone and GPS surveying. The data gathered has been analysed to find out the accuracy of drone surveying, bring out pros and cons of drone surveying and the possibility of manipulating with both GPS and drone data.
The study uses surveying data of three different objects – sand quarry, limestone quarry and stock piles in limestone quarry. First digital elevation models are created from GPS data, fol-lowed by comparison with previously created drone elevation models. There are different software products for processing drone flight data, therefore raw survey data is used to create drone models in order to assess the overall possibility of using drones for mine surveying. The volumes were calculated and height comparison models were created using both models. His-tograms have been used to visualise the frequency of height differences.

The study indicates, that the difference between calculated volumes is within the permitted limits when using raw drone models but the height differences vary within a wide range (0,63…1,07 m). Because of the variations of the height differences, raw drone models can-not be used for creating quarry plans. In addition to above-mentioned, drone surveying can only be used for mine surveying in quarries, where the mineral resources that are removed from the natural state are fully transferred. On the other hand drone surveying can be em-ployed when surveying stock piles if the customer wants it for private use.

All considered, use of drone surveying is a perspective after thorough data processing and further studies should be carried out in order to determine the parameters (for example pixel size, data processing level etc) that are required to ensure accuracy.