Учёные разработали революционный метод, который значительно повышает точность измерения объёмов сыпучих материалов — таких как песок, уголь или щебень — на складах. Эта инновация, основанная на обработке 3D-данных, может кардинально изменить логистику и учёт ресурсов в горнодобывающей промышленности, строительстве и других отраслях.
Всё начинается со съёмки. Специальные камеры, установленные на кранах или других конструкциях, автоматически фотографируют склад. С помощью фотограмметрии — технологии создания 3D-моделей по серии снимков — формируется так называемое «облако точек». Это миллионы виртуальных точек в пространстве, которые вместе описывают форму всех объектов в зоне съёмки: и саму груду материала, и стены склада, и посторонние предметы.
Проблема в том, что в этом цифровом хаосе помимо полезных данных о поверхности материала содержится много «шума»: случайные точки от пыли, бликов, элементы конструкций, нависающие над материалом. Традиционные методы очистки таких данных либо неточны, либо требуют ручной настройки и огромных вычислительных мощностей, что делает автоматизацию процесса сложной и ненадёжной.
Российские исследователи из Иркутского национального исследовательского технического университета, Сибирского государственного университета геосистем и технологий и Сибирского транспортного университета предложили изящное и эффективное решение — метод «скользящего конуса».
Его принцип действия интуитивно понятен и основан на физике сыпучих материалов. Любой такой материал — будь то зерно или гравий — не может лежать как угодно. Он образует склоны под определённым углом, который называется «углом естественного откоса». Этот угол является своеобразным паспортом материала.
Метод использует это фундаментальное свойство. Представьте перевёрнутый вверх дном конус, который последовательно «ставится» своим остриём на каждую точку облака. Угол при вершине этого виртуального конуса в точности равен углу естественного откоса материала. Если какая-либо другая точка облака оказывается внутри этого конуса, это означает, что в реальности она не может принадлежать ровной поверхности материала — она либо «парит» в воздухе (шум, блик), либо является частью постороннего объекта (балка, ограждение). Все такие точки алгоритм признаёт нерелевантными и удаляет.
В результате после такой фильтрации остаётся идеально очищенное облако точек, с высочайшей точностью соответствующее реальной поверхности сыпучего материала. Это позволяет без искажений рассчитать его объём.
Эффективность метода подтверждена практическими испытаниями. Объёмы, рассчитанные по отфильтрованным данным, сравнили с эталонными измерениями, полученными с помощью высокоточного лазерного сканирования. Результаты показали, что метод «скользящего конуса» обеспечивает значительное повышение точности — погрешность составила всего 1.1–1.7% в разных секциях склада, что соответствует современным строгим нормативам маркшейдерского учёта.
Этот прорыв открывает дорогу для создания полностью автоматизированных систем учёта, которые в реальном времени могут отслеживать изменения объёмов материалов на складах, минимизируя человеческий фактор и повышая эффективность и безопасность складских операций.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник СГУГиТ»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
