پهپادها در معادن سطحی چه کاربردی دارند؟

کاربرد پهپادها در معادن سطحی

به طور کلی معادن در مناطق کوهستانی وسیع و دور افتاده قرار دارند. این امر باعث نظارت برمعادن و زیرساخت‌های مرتبط یک کار چالش برانگیز است که به نیروی انسانی گسترده نیاز دارد. از این رو، نظارت بر معادن با روش‌های سنتی زمان‌بر و هزینه‌بر است .به طور مناسب، هواپیماهای بدون سرنشین می تواند در نظارت، بررسی و نقشه برداری از محیط معادن سودمند باشد. پهپادها می توانندبرای نظارت بر فعالیت ها در معادن و تغییرات توپوگرافی منطقه معدن، که می تواند به یک دستورالعمل برای برنامه ریزی و ایمنی معدن  منجر شود.

به عنوان مثال ، یک پهپاد مجهز به دوربین فریم فراطیفی برای نظارت گودال ایمنی تولید استفاده شد. در معادن روباز، بهینه سازی زاویه شیب دارای اهمیت است نقش در کاهش هزینه تولید، کارایی معدن و منابع بازیافت تانگ و ادغام اسکن لیزری زمینی و فتوگرامتری استفاده شده هواپیماهای بدون سرنشین برای بررسی مناطق شیب توسط جابجایی نقطه نظارت و نقشه برداری سه بعدی از مناطق شیب روباز موجودی معدن و تغییرات در منطقه معدن نظارت هم انجام دادند.

یکی از چالش های اصلی در صنعت معدن، جمع آوری داده های ژئوتکنیکی یا دسترسی به مناطق غیرممکن است. علاوه بر این، ناپیوستگی نقشه برداری برای پایداری شیب می تواندبا روش LiDAR زمینی انجام شود. با این حال، "مناطق سایه" یا شکاف تولید شده ، به دلیل زاویه اسکن کوچک فناوریLiDAR در داده ها به طور مکرر وجود دارد  .با این حال، می توان از هواپیماهای بدون سرنشین برای گرفتن عکس و اندازه گیری با استفاده از تجزیه و تحلیل عکس های همپوشانی استفاده کرد.

مک لئود و همکاران، در سال 2013، تحقیقی را در یک معدن روباز برای یافتن جهت ناپیوستگی بر روی سطح شیب سنگ با استفاده از پهپادهای بررسی توپوگرافیانجام دادند.

چالش دیگر در صنعت معدن، نقشه برداری زمین شناسی مهندسی سایت است. مهندسی زمین شناسی شامل نقشه برداری رخنمون ها، ضربه ها، شیب ها، نشانه گذاری ویژگی ها و نام هایی است که باعث ایجاد خصوصیات سایت می شود. هواپیماهای بدون سرنشین قادر به گرفتن تصاویر دقیق از رخنمون هستند. با این اوصاف، بیشتر اوقات، نتایج باید توسط یک نظرسنجی انسانی بررسی شوند. الگوریتم های جدید در تصویر پردازش به فرد امکان می دهد تا نوع سنگ ها، ضربه ها، گسل ها و فرورفتگی ها را شناسایی کند که باعث کاهش حجم کار به طور قابل توجهی می شود.

یکی از فعالیت هایی که به طور معمول در صنعت معدن تکرار می شود، انفجار است. انفجار همیشه درگیر با خطرات ایمنی است ، که می تواند توسط هواپیماهای بدون سرنشین بازرسی شود. پارامترهای مهم در انفجار طراحی شامل نوع سنگ، زمین شناسی، توپوگرافی، هندسه، محل گمانه و غیره است که توسط هواپیماهای بدون سرنشین قابل کنترل است. علاوه بر این، داده‌ها کم‌هزینه جدیدی با استفاده از پهپادها در عملیات انفجار در دسترس است.

مدیناک و همکاران از هواپیماهای بدون سرنشین برای تجزیه و تحلیل اندازه بلوک سنگ قبل و بعد از انفجار استفاده کرد. در مورد دیگر،پهپادها برای نظارت بر ذرات گرد و غبار پس از عملیات انفجار در یک معدن روباز قرار گرفتند.

علاوه بر این، ذرات گرد و غبار فعالیت های معدنی و باطله ها دارای یک مسئله زیست محیطی بر محیط مجاور مناطق معدنی که با پایش و کنترل می توان رطوبت معدن و باطله معدن را کاهش داد قابل توجه است. در ، حسگرهای حرارتی بر روی پهپادها نصب شده است ثبت تغییرات در رطوبت سطح مکانی و زمانی در باطله معدن آهن. با این حال، تجزیه و تحلیل رابطه محتوای رطوبت و مدیریت باطله معدن می تواند در مدیریت باطلهمعدن مفید باشد.

استفاده از پهپادها در صنعت معدن می تواند اتوماسیون را با ارائه بصری و متنوع آسان کندانواع داده های سنجش با توجه به قابلیت مانور عالی و کم هزینه و نگهداری ،پهپادها می توانند با بررسی مناطق وسیع در مدت زمان کوتاهی در مقایسه با معدن، سود زیادی برای معدن داشته باشند نسبت به روش های سنتی که از نیروی انسانی استفاده می کرد.خطرات بهداشتی و ایمنی مانند شیب ها  یا حفره های ناپایدار وجود دارد. بنابراین، باعث می شود معادن یک محل کار ایمن تر در مقایسه با گذشته باشد.

در سال 2018، روپرشت و پیترز پهپادی را برای پرواز بر فراز منطقه برای بازگشایی یک هواپیمای قدیمی پیشنهاد کردند.

معدن متروکه در آفریقای جنوبی، پهپاد مورد ارزیابی مالی قرار گرفت و حساسیت و ریسک آن بررسی شد. پهپاد مورد استفاده قادر به گرفتن عکس از کل زمین مورد هدف بود که شامل تصاویری از آسیب ها و زیرساخت ها آن نیز می شد.

در دانشگاه کوئینزلند، از فناوری پهپاد برای بررسی خصوصیات انفجار ستون استفاده شد. پهپادها می توانند توده های انفجاری را با غلظت 1 میلی گرم بر متر مکعب اندازه گیری کنند دقت سنسور،کیفیت هوا و داده های خلبان خودکار برای تولید ذرات معلق در هوا ادغام شدند شخصیت پردازی در زمان و مکان، که بدون استفاده از پهپاد قابل دسترسی نبوده است. چالش برانگیز،بخشی از این تحقیق انتخاب سنسوری برای پایش گرد و غبار با استفاده از پهپادها بود

در یک هواپیمای بدون سرنشین برای اندازه گیری جهت شکستگی در یک معدن روباز استفاده شد.این یک تحقیق بود که در سه مرحله اصلی انجام می شود.

ابتدا پهپاد از شکستگی ها عکس گرفت.

 دوم، سه بعدی ابر نقطه ای (سه بعدی) (مجموعه ای از نقطه داده در فضا را ابر نقطه می گویند) با استفاده از آن تولید شد ساختار از نرم افزار حرکت (SFM).

 سوم، یک الگوریتم پردازش تصویر برای تخمین ایجاد شد جهت گیری شکستگی در یک معدن روباز، آنها از یک پهپاد چند روتور به نام Aeryon Scout برای حمل یک هواپیما استفاده کردند به همراه دوربین 100 گرمی برای گرفتن فیلم و عکس.

در سال 2013 از پهپاد Aeryon Scout برای به دست آوردن یک ابر نقطه ای سه بعدی از سطح استفاده شد. در این تحقیق باتری در بالای پهپاد نصب شد و محموله در آن قرار داشت پایین برای سیستم ناوبری، پهپاد مجهز به GPS، سیستم سونار برای ارتفاعات  بالاتر از 2 تا 4 متربود، ارتفاع سنج فشار برای ارتفاع محدوده که سونار نمی تواند به طور دقیق پشتیبانی کند، سنسور دما، مغناطیس سنج سه محوری و ژیروسکوپ سه محوره. (طول و عرض جغرافیایی) و جهت دوربین داده های جمع آوری شده بودند در حافظه داخلی ذخیره می شود تا پس از پایان ماموریت دانلود شود.  فایل لاگ تولید شده توسط اینپهپاد شامل ارتفاع ثبت شده، سرعت، موقعیت (پیچ و انحراف). پهپاد Aeryon Scout با استفاده از رادیو به ایستگاه پایه متصل شدمودم با برد 3 کیلومتراست.

در، یک سیستم ارتباطی اضطراری چند هاپ برای کمک به تیم نجات در شرایط اضطراری و بهبود بهره وری معدنماینرها پیشنهاد شد . ایده استفاده از پهپاد به عنوان یک چارچوب ارتباطی بی سیم، که SkyHelp نام داشت، برای نظارت بر فعالیت های استخراج و پشتیبانی از عملیات جستجو و نجات در معادن روباز عمیق شبیه سازی با استفاده از MATLAB برای ارزیابی ایده. 

پهپادهای تجاری سازی شده برای کاربردهای استخراج سطحی

علاوه بر مطالعات و آزمایشات انجام شده توسط محققان در کاربرد پهپادها در صنایع معدن ، برخی پهپادهای تجاری سازی شده وجود دارد که توسط شرکت ها برای سطح برنامه های ماینینگ استفاده شده است
SenseFly (سوئیس، 2009): SneseFly یک زیرمجموعه هواپیماهای بدون سرنشین تجاری از Parrot Groupاست. این شرکت هم سخت افزار و هم نرم افزار پهپاد را برای جمع آوری و تجزیه وتحلیل داده های هوایی تولید می کند. کاربردهای پهپاد SenseFly عبارتند از ردیابی موجودی (محاسبه حجم انبارها، بررسی سایت)، مدیریت ترافیک (جاده های حمل و نقل، بارگیری طبقات و بهینه سازی مکان انبار، برنامه ریزی انفجار)، مدیریت آب (مدیریت دقیق ارزیابی سدهای باطله، حوضه های آبخیز، حوضه های زهکشی و نقشه برداری جریان بالقوه پایه آب در محل توپوگرافی فعلی)، همکاری (بهبود برنامه ریزی عملیاتی، حسابداری تخلیه، نظارت). عوامل محیطی و تصمیم گیری در مورد تعمیر و نگهداری مورد نیاز)

 (ایالات متحده آمریکا، 2011): این شرکت یک پلت فرم نرم افزار ابری برای پهپادهای تجاری است.این شرکت نرم افزاری برای داده های هوایی ارائه میدهدکه به ویژه با پهپادهایDrone Dpoly DJI  سازگار است.   تجزیه و تحلیل توسط هواپیماهای بدون سرنشین برای صنایع مختلف، از جمله معدن. این نرم افزار قادر به ساخت سه بعدی می باشد مدل‌سازی منطقه، نقشه خط کانتور، بازرسی آفلاین معدن، و محاسبه حجم ذخایر.ادعا شده است که مشتریان Drone Deploy بیش از 30 میلیون  هکتار در بیش از 160 کشورنقشه برداری و تجزیه و تحلیل کرده اند

کسپری (ایالات متحده آمریکا، 2013): شرکت کسپری هم سخت افزار و هم نرم افزار پهپاد را برای کاربرد در صنعت معدن 

خدمات صنعت معدن توسط شرکت کسپری شامل مدیریت ضایعات سنگ و سنگ معدن است موجودی انبار، تولید گزارش‌های برش و پر کردن برای عملیات دراگلین، ارزیابی پایداری شیب در مورد دیوارهای بلند فعال، برنامه ریزی احیاء و تأیید مکان های الگوی انفجار. پهپادکسپری  تصاویری با وضوح 0.5 سانتی متر در هر پیکسل ارائه می دهد. به دلیل زمان کم پرواز مولتی روتور، کسپری قابلیت تعویض میدانی باتری را در پهپاد اضافه کرد. جلوگیری از موانع این پهپاد با حسگر LiDAR حدود (50 متر) رو به جلو است.

Propeller Aero : نرم افزاری برای تجزیه و تحلیل داده های هوایی و از پهپاد شخصی سازی شده DJIs Phantom4 Pro(P4P)برای جمع آوری داده ها هوایی توسط DJI استفاده می کند.بسته Propeller Aero  خدمات مختلفی را برای صنعت و معدن ارائه می دهد.شاملپیگیری وضعیت معدن، اندازه گیری حجم ابزار برای ذخیره و حجم گودال، برنامه ریزی انفجار و استخراج، نظارت بر مناطق حفاظت شده و اجتناب ازجریمه های زیست محیطی، ردیابی پیشرفت در برابر طراحی، بازرسی ایمنی، و حفظ درجه بندی جاده های حمل و نقل استوار. Phantom 4 RTK قادر به گرفتن تصاویر با کیفیت بالا با وکتور کل (2.1 سانتی متر) است. 

Quest UAV: نرم افزاری را برای تجزیه و تحلیل داده های هوایی و از پهپادای بال ثابت برای جمع آوری داده های هوایی استفاده می کند. این پهپادها در یک عملیات معدنی در بسیاری از رشته ها کمک می کنند.پهپاد دارای دقت 3.2 سانتی متر در مناطق به دلیل مشکل در فرود هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت، یک چتر نجات مستقر می شودتوسط Quest UAV برای فرود ایمن. علاوه براین، پرتاب با دست، اسکله هوایی طراحی شده یا زیپ در دسترس است علاوه براین پهپادهای Quest UAV اجازه می دهند یک سری محموله به پهپاد متصل شوند.

Skycatch:(ایالات متحده آمریکا، 2013) از یک هواپیمای بدون سرنشین چند روتور برای جمع آوری داده های هوایی، یک ایستگاه پایه سایت استفاده می کند.که از GPS و GNSS برای دقت در جمع آوری مختصات و نرم افزار برای مدیریت داده ها استفاده می کند. پهپاد Explore توسط پایگاه Skycatch بر روی پهپاد DJI Matrice M100  طراحی و توسط شرکت DJI Explore ساخته شده است.

شرکت کوماتسو تلاش کرد با داده های هواپیمای بدون سرنشین Skycatch ماشین خاکی را خود مختارکند.آنها از یادگیری ماشینی و یادگیری عمیق برای یافتن الگوها و بهبود خروجی داده ها استفاده کردند.

Prioria: (ایالات متحده آمریکا،2003) یکی از اولین شرکت هایی بود که داده های هوایی را برای صنعت معدن به کاربرد.این شرکت هم سخت افزار پهپاد برای داده های هوایی و هم نرم افزار تولید می کند.این محصولات انجام تصاویر هوایی،نقشه برداری،محاسبه حجم انبار و بازرسی هایی مانند خط لوله و سودمندی پهپادهای بال ثابت این شرکت به صورت دستی و تیوب پرتاب هستند.دقت از محاسبه حجم عمودی 4 سانتی متر و برای فاصله نمونه برداری  از زمین 1.4 سانتی متر است.

3D Robotics3: (ایالات متحده آمریکا،2009) نرم افزاری را برای تجزیه و تحلیل داده های هوایی تولید می کند.سازگار با پهپادهای Yuneecو DJI3 است. خدمات موجود توسط 3D Robotics Aerial Scan نقشه های مرجع جغرافیایی و ابر نقطه ای هستند.برای اکتشاف مواد معدنی، محاسبه حجم ذخایر فردی،ردیابی موجودی به پایان رسیده است زمان با محاسبه حجم ذخایر فردی در هر پرواز، برنامه ریزی سایت را بهبود می بخشد و هماهنگی با بررسی های قبل و بعد از انفجار، کاهش ریسک پروژه و دسترسی از راه دور به معدن اطلاعات با داشتن پهپاد و نقشه ها و داده های نزدیک به زمان واقعی

شرکت Trimble: (ایالات متحده آمریکا،2003) فناوری های موقعیت یابی را برای انواع مختلف ارائه می دهد.صنایعی مانند نقشه برداری زمین،ساخت و ساز، کشاورزی،حمل و نقل ،مخابرات،داراییردیابی،نقشه برداری، خدمات شهری،مدیریت منابع تلفن همراه و دولت .با ابن حال، اخیرا این شرکت از فناوری پهپاد برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های هوایی استفاده کرد. پهپادهای Trimble می توانند دهنده بررسی های مرزی و توپوگرافی،نقشه برداری درجه بندی، مدل سازی خطوط برق،تسطیح میدان،برنامه ریزی سایت و مسیر، نظارت بر پیشرفت، بررسی های ساخته شده،نقشه برداری منابع،تجزیه و تحلیل بلایا،تعیین حجم،خطوط توپوگرافی، مدل های سطح سه بعد و عکس های ارتوپدی برای استخراج صنعت

Precision-hawk:(ایالات متحده آمریکا،2011) نرم افزاری را برای تجزیه و تحلیل داده های هوایی ارائه می دهد و از موارد دیگر استفاده می کند.پهپادهای شرکت برای جمع آوری داده های هوایی مشخصات مولتی روتور و دید پرندگان پهپاد بال ثابت که توسط DJI Precision-hawk استفاده می شود.این شرکت ابزار اندازه گیری حجم گودال، انبار و ساختار مشابه را برای آن فراهم می کند.صنعت معدن علاوه بر این خروجی های نرم افزار می تواند در نظارت، برنامه ریزی و گزارش ها،ایمنی و انطباق، نظارت، و احیا کمک کند. این شرکت از انواع مختلفی استفاده می کند حسگرهای روی پهپادها برای جمع آوری داده های هوایی حسگرهایی مانند حرارتی برای ردیابی نسبی دمای زمین و اجسام،چند طیفی برای گرفتن تابش مادون قرمز نزدیک و فرابنفش نوری  که برای چشم انسان نامرئی است، فراطیفی برای شناسایی مواد معدنی، پوشش گیاهی و غیره مواد.LiDAR برای جمع آوری ارزیابی با کیفیت بالا از اشیا طبیعی و ساخت بشر، بصری برای گرفتن تصاویر هوایی با وضوح بالا و ویدیو برای پخش زنده و ضبط ویدیو در دستگاه های زمینی را می توان در پهپادها ادغام کرد.

Pix4d:(سوئیس،2011) از تصاویر گرفته شده توسط هواپیماهای بدون سرنشین یا هواپیما برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می کند.با استفاده از روش فتوگرامتری نرم افزار این شرکت با انواع مختلف سازگار است.محصولات شرکت هواپیماهای بدون سرنشین از جمله DJI Parrot3 و DR.

خدمات صنعت معدن توسط شرکت نرم افزار به شرح زیر است:

• پشتیبانی از عملیات انفجار با مکان یابی گمانه ها
• نظارت بر مکان های انفجار بدون در معرض خطر قرار دادن مردم
• اندازه گیری حجم ذخایر و مواد حفاری شده
• نقشه برداری گودال
• نقشه برداری سد باطله سمی

ادعا شده است پهپاد نقشه برداری را می توان در 20 درصد از زمان روش نقشه برداری سنتی بدون ایجاد اختلال انجام داد.