Применение ДЗЗ В Горнодобывающей Промышленности

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) с помощью спутников становится все более востребованным в горнодобывающей отрасли благодаря охвату крупных территорий и возможности точного определения особенностей земной поверхности, указывающих на месторождения полезных ископаемых, а также отслеживания изменений ландшафта, связанных с их добычей.

Мы взяли интервью у координатора проектов в EOS Data Analytics Натальи Боротканич, чтобы выяснить, как спутниковое дистанционное зондирование и анализ полученных данных используются для принятия решений на протяжении всего жизненного цикла шахты — от разведки месторождений полезных ископаемых до рекультивации горных выработок, т.е. экологического восстановления земель после добычи ископаемых. Наталья также рассказала об участии команды EOSDA в проекте “GoldenEye” от HORIZON 2020, который нацелен на разработку аналитической платформы для пользователей горнодобывающей промышленности.

Как ДЗЗ Используют В Горнодобывающей Промышленности?

Дистанционное наблюдение за поверхностью Земли с помощью спутников применяется на всех стадиях жизненного цикла горнодобывающего объекта.

Спутниковые снимки являются важной составляющей проектов по разведке месторождений полезных ископаемых. Спектр их применения достаточно широк. Они предоставляют геологам и полевым бригадам информацию о наличии автомобильных и грунтовых дорог, ограждений и т.д. Другими словами, спутниковые снимки являются основой для создания карт почвенно-растительного покрова. Это необходимо для составления карт потенциальных подъездных путей к разведанным участкам и оценки возможных экологических последствий крупных проектов.

Спутниковый дистанционный мониторинг упрощает и ускоряет геологическую разведку в труднодоступных регионах. Например, Европа почти исчерпала запасы высококачественной руды, поэтому специалисты вынуждены искать новые месторождения в отдаленных районах.

Спутниковые карты также полезны для обнаружения мест обнажения и выветривания горных пород, а также мониторинга растительности в разведочных районах.

Мониторинг карьеров (расположенных на поверхности Земли) во время добычи полезных ископаемых — еще одно возможное применение спутниковых данных. Например, мы анализируем радарные снимки со спутника Sentinel 1 для отслеживания устойчивости склонов и ежемесячных изменений в тех частях ландшафта, где ведется активная добыча полезных ископаемых (т.е. для определения объемов запасов). Целью такого мониторинга является обеспечение безопасности работников путем своевременного обнаружения потенциальных проблем и информирования руководства шахты для принятия мер по предотвращению несчастных случаев.

Мультиспектральные спутниковые снимки используются для рекультивации горных районов (восстановления земель после добычи полезных ископаемых до состояния, близкого к первоначальному), поскольку они позволяют отслеживать состояние растительности и так называемый кислотный дренаж (отток кислых вод из железорудных и угольных шахт).

Полученные данные высокого временного и пространственного разрешения позволяют отслеживать реакцию растительности на воздействие неблагоприятных факторов. Поэтому снимки являются основой для более эффективного ведения рекультивации. Спутниковое дистанционное зондирование и анализ изображений также полезны, учитывая возможность ведения сельского хозяйства или другой экономической деятельности на землях после добычи полезных ископаемых.

Как Именно Спутниковые Снимки Помогают В Картировании Месторождений Полезных Ископаемых?

На Земле существует более 4000 минералов. Благодаря своему химическому составу каждый из них отражает, пропускает и рассеивает солнечную радиацию характерным для него образом. Это так же уникально, как отпечатки пальцев, и называется спектральной сигнатурой. Спектральную сигнатуру минерала можно определить из космоса, измерив мелкие колебания длины электромагнитных волн с помощью спутниковых сенсоров.

Эти аппараты позволяют делать снимки интересующих территорий из космоса и интерпретировать изображения, полученные в частях спектра за пределами видимого диапазона. Например, данные в инфракрасном и коротковолновом диапазоне используются для выявления структурных особенностей земной поверхности.

Благодаря спектральным снимкам и тематическому картографированию исследователи получают информацию об отражательных и поглотительных свойствах почв, составе горных пород и растительности. Такие данные позволяют обнаружить залежи глины и оксидов и определить типы почв на спутниковых снимках.

Вы Упомянули Проект “Goldeneye”. Пожалуйста, Расскажите О Нем Вкратце.

“GoldenEye” — это трехлетний проект H2020, финансируемый Еврокомиссией. Проект направлен на создание платформы на основе искусственного интеллекта для мониторинга и анализа шахтных участков по всему Евроcоюзу в целях повышения рентабельности и эффективности разведки полезных ископаемых, а также обеспечения безопасности работников и снижения пагубного воздействия на окружающую среду. Координатором проекта выступает Центр технических исследований Финляндии VTT.

Платформа GoldenEye будет использовать технологии дистанционного зондирования и позиционирования для получения и сбора данных (посредством спутников, беспилотников и датчиков для измерений in-situ), а также анализировать их с помощью алгоритмов машинного обучения. Оперативные данные о местах добычи полезных ископаемых позволят конечным пользователям повысить эффективность разведки и добычи, а также предотвратить загрязнение окружающих территорий в местах хранения отходов после закрытия шахт.

Команда EOSDA, участвующая в проекте, состоит из пяти человек.

За Что Отвечает EOS Data Analytics В Рамках Проекта?

Мы проводим экологический мониторинг шахтных участков, используя снимки со спутников Sentinel и Landsat. В наши задачи входит оценка целостности хвостохранилищ на стадиях, следующих после закрытия шахт, путем поиска утечек в их бортах.

Хвосты — это отходы, токсичная смесь, образующаяся после переработки и обогащения сырья, добытого в шахте. Прорывы дамб хвостохранилищ приводят к экологическим катастрофам, которые часто влекут за собой человеческие жертвы. За последнее десятилетие в Южной Америке произошло как минимум два трагических события. В 2015 году в результате обрушения Марианской дамбы в Бразилии погибли 19 человек, и была разрушена деревня Бенту-Родригес. В результате аварии 60 миллионов кубометров отходов обогащения железной руды оказались в реке и Атлантическом океане. В 2019 году прорыв дамбы Брумадинью унес жизни 270 человек и нанес серьезный ущерб окружающей среде в бразильском штате Минас-Жерайс: разлив 12 миллионов кубометров отходов привел к загрязнению более 300 км реки. Бразильская компания-оператор Vale SA была вынуждена объявить о выводе из эксплуатации всех хвостохранилищ в регионе стоимостью 1,1 миллиарда долларов.

Таким образом, экологический мониторинг, который мы проводим в рамках этой задачи, направлен на решение насущной проблемы отрасли — утилизацию отходов производства.

Также мы следим за рекультивированными землями вокруг шахт, составляя карты растительности во время вегетации на основе NDVI и других индексов, чтобы оценить темпы роста растений.

Недавно Команда Проекта “Goldeneye” Совершила Поездку В Финляндию. Над Чем Вы Работали И Какие Результаты Получили?

Cтарший специалист по анализу данных Елена Кавац и старший научный сотрудник Катерина Сергиева провели полевые испытания на руднике Пюхясалми, в частности, в действующем карьере и на бортах хвостохранилища. Они измеряли влажность и температуру почвы (на глубине пяти сантиметров), а также температуру приповерхностного слоя атмосферы.

Елена и Катерина использовали снимки со спутников, например, Landsat 8, чтобы получить эти три типа данных. Сенсор Landsat 8 имеет спектральные каналы теплового диапазона, которые регистрируют отражение температурных показателей, и на основе снимков, содержащих тепловые каналы, можно рассчитать температуру почвы.

Команде необходимо было не только провести измерения, но и подтвердить их, поскольку точность температурных данных со спутника зависит от наличия облаков: спутниковые сенсоры могут определять температуру облаков вместо температуры земной поверхности.

Специалисты также использовали индекс влажности почвы (SMI) над полигоном Пюхясалми для воссоздания динамики влажности почвы над хвостохранилищем. SMI основан на нормализованном относительном индексе растительности (NDVI) и индексе температуры земной поверхности (LST).

Данные о температуре и влажности почвы, а также температуре приповерхностного слоя атмосферы необходимы для построения карт влажности почвы. А карты влажности почвы, в свою очередь, необходимы для мониторинга целостности хвостохранилищ. Так, повышенные показатели влажности могут указывать на места утечки хвостов.

Проведение подобных измерений соответствует задачам экологического мониторинга, за которые компания отвечает в рамках проекта “GoldenEye”.

Стоит сказать, что в Финляндии очень трепетно относятся к защите окружающей среды. Шахта находится рядом с озером Пюхяярви, которое является туристическим местом. Вода и воздух здесь чистые. После работы на объекте на обуви даже не было пыли, что приятно нас удивило.

Добыча руды на этом руднике будет вестись до конца сентября. После этого эксплуатация продолжится, но масштабы разведки будут меньше, чем раньше. Мы будем продолжать мониторинг окружающей среды (составлять карты влажности почвы, растительности и т.д.) до апреля 2023 года, когда проект завершится.

Планируют Ли Команды Проекта Снова Проводить Деловые Встречи?

Да, мы встретимся со всеми командами проекта на Генеральной Ассамблее, чтобы обсудить последние достижения проекта и представить наши выводы. Мероприятие пройдет в Румынии 10 октября.