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下載手機APP 進入5G時代，隨著各類信息化技術(shù)在礦山行業(yè)的廣泛應(yīng)用，無人機進入地下勘查，這可能為采礦業(yè)打開了新世界的大門，科技將徹底改變采礦業(yè)。筆者為您編譯了來自國際礦業(yè)雜志International Mining(IM)的文章， 文章介紹了無人機和無人駕駛卡車正在改變古老的采礦業(yè)，自動化等新技術(shù)的成熟，為采礦企業(yè)削減成本、提高效率、提高生產(chǎn)力并解決了作業(yè)人員的安全問題。
由于新冠疫情的爆發(fā)，使用無人機和無人機群的應(yīng)用場景正逐漸增多。在采礦領(lǐng)域，無人機的出現(xiàn)將作業(yè)人員從最危險的作業(yè)區(qū)域撤離。無論是自動運輸、裝載還是補充注油，在沒有操作人員參與的情況下，機器執(zhí)行作業(yè)正在提升生產(chǎn)效率和安全性，在許多情況下還提高了利潤率。
未來，完全自動化的礦井將需要無人機群和地面無人機來完成目前人工執(zhí)行的所有檢查;例如，檢查發(fā)動機的穩(wěn)定性或排除故障設(shè)備。
采礦行業(yè)已經(jīng)在向這一目標邁進，但是，要想無人機能順利完成這些任務(wù)，就需要可靠而穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。這正是 美國Rajant公司專用無線網(wǎng)絡(luò)-創(chuàng)新動力網(wǎng)格可以提供幫助的地方。
Rajant公司歐洲、中東和非洲地區(qū)銷售副總裁Chris Mason表示，Rajant公司專用無線網(wǎng)絡(luò)-創(chuàng)新動力網(wǎng)格消除了劣質(zhì)網(wǎng)絡(luò)或基于訪問點的網(wǎng)絡(luò)所造成的切換和通信距離問題，并能夠提供一定程度的靈活性和通信距離——“這為機器人技術(shù)注入了生命”, 使地面機器人和空中無人機能夠承擔(dān)惡劣的、枯燥和危險的工作，從而使采礦更加安全和高效。Mason解釋，這意味著作業(yè)人員不再需要將自己置于危險的工作環(huán)境中。
Mason說：“例如，高機動性的機器人可以用于不穩(wěn)定的地面或空區(qū)。” 機器人可以攜帶復(fù)雜的傳感器進行激光測量，并在地震發(fā)生時或可能存在煙霧的地方發(fā)回實時高清視頻。因此，作業(yè)人員可以遠程查看并響應(yīng)、處理這些信息。
Mason還表示，和扳手以及發(fā)動機分析器一樣，無人駕駛卡車正在成為機械師工具箱的基本元素。
如果一輛車需要檢查，而情況很危險無法派工程師到地下作業(yè)，這些車輛可以進行自動視頻檢查來定位問題;此外，這些圖像甚至可以發(fā)送給遠程技術(shù)人員或發(fā)送給機器制造商以進行專家評估。
Mason表示，當問題定位在地表附近，或者問題區(qū)域在“有限范圍”內(nèi)，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)這種接力式連接功能。當出現(xiàn)較大深度、距離較遠、需要繞過障礙或操作多個自動化系統(tǒng)的情況時，就需要一個更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。即使是操作一架地面或空中無人機也需要無縫連接，當無人機或無人機群失去與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，它即停止運行，正在傳輸?shù)年P(guān)鍵數(shù)據(jù)也隨之停止。
創(chuàng)新動力網(wǎng)格創(chuàng)造了一種新場景，在這種場景下無人機有效地扮演著“網(wǎng)絡(luò)”的角色。最簡單的方式是，當一架無人機在其有效航程范圍內(nèi)進行安全檢查并發(fā)回一系列實時視頻時，可以發(fā)送第二架無人機加入它的行列。由于兩架無人機可以相互連接，搜索范圍實際上翻了一番。
Mason表示，Rajant公司的專用無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新動力網(wǎng)格只是這類網(wǎng)絡(luò)靈活性應(yīng)用的開始。“ 因為每一架Rajant公司的無人機都裝有堅固多射頻的無線發(fā)射接收器，可在使用時與其他無線發(fā)射接收器設(shè)備組建成一個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這種便攜式無線網(wǎng)狀節(jié)點包含兩個無線電，確保與數(shù)以百萬的現(xiàn)有設(shè)備完全兼容。因此，執(zhí)行檢查任務(wù)中的每一架無人機都會自動、無縫地成為網(wǎng)絡(luò)的一部分——向其他無人機發(fā)送和接收信息，并返回到基站或控制中心。創(chuàng)新動力網(wǎng)格讓網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)擴展和加強，無需繁瑣的基礎(chǔ)設(shè)施就能輕松提供永不失效的可靠連接。” Mason總結(jié)說：“自動駕駛和遠程車輛正在使采礦業(yè)發(fā)生巨變。”
連接OEM
Sandvik礦業(yè)和巖石技術(shù)公司是最了解這一點的原始設(shè)備制造商(OEM)。經(jīng)過150余年的發(fā)展，Sandvik已經(jīng)成長為一家年銷售額達近千億瑞典克朗的工業(yè)巨頭，也是礦山機械、硬質(zhì)合金刀具和特種鋼材產(chǎn)品領(lǐng)域的No.1。
在產(chǎn)品服務(wù)一體化、智能化、自動化的目標下，Sandvik礦業(yè)和巖石技術(shù)部門的所有產(chǎn)品和技術(shù)被整合進兩個子系統(tǒng)： AutoMine?和 Optimine?。 Optimine?為礦山信息管理系統(tǒng)，為礦山提供了一體化的管理功能，幫助很多礦山實現(xiàn)井下設(shè)備監(jiān)控、實時位置跟蹤、任務(wù)計劃下達、任務(wù)管理、鉆孔計劃可視、地下巷道三維可視化幫助礦山優(yōu)化采礦流程。而 AutoMine?則為客戶提供了智能化，自動化的采礦系統(tǒng)及遠程控制采礦設(shè)備的能力。憑借OptiMine?和AutoMine?解決方案，Sandvik在地下自動化裝礦和運輸工程領(lǐng)域建立了良好的聲譽，2020年7月20日，Sandvik宣布正在通過與 Exyn技術(shù)公司建立新的伙伴關(guān)系以增強其自動化采礦能力。Sandvik在官方新聞稿中表示：“Sandvik的客戶將受益于其世界領(lǐng)先的數(shù)字采礦解決方案和Exyn在自動化空中機器人系統(tǒng)方面的深厚知識的獨特組合。”
“我們致力于為地下采礦業(yè)向自動化轉(zhuǎn)型賦能，”Sandvik礦山和巖石技術(shù)公司巖石鉆機與技術(shù)總裁Patrick Murphy表示，“此次合作將帶來獨特的效益，以我們行業(yè)領(lǐng)先的自動化產(chǎn)品為基礎(chǔ)，推動采礦過程中更快的決策，抓住新的機遇，提高生產(chǎn)性能。”
通過此次合作，兩家公司將共同 "為地下礦山的測繪和視覺可視化提供高效的解決方案，在涉及危險、難以到達或傳統(tǒng)的耗時勘測和檢查的礦區(qū)時，這將帶來實質(zhì)性的改變。" Sandvik的OptiMine?解決方案與Exyn的空中機器人收集的數(shù)據(jù)相結(jié)合，可逐步形成礦山實際環(huán)境的可視化，以提高采礦過程的整體透明度。"Sandvik和Exyn未來的合作將包括研究如何自動應(yīng)用和生成地下空間的3D視圖，同時充分發(fā)揮Sandvik AutoMine?系統(tǒng)的潛力。"
"我們很高興與Sandvik建立新的合作關(guān)系，因為他們是業(yè)內(nèi)公認的創(chuàng)新者，并對地下采礦進行了革命性的變革。"Exyn技術(shù)公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Nader Elm表示，“即便是在沒有GPS的危險環(huán)境中，客戶將首次能夠繪制其地下作業(yè)的全部地圖，同時使采礦更安全，提高生產(chǎn)率。我們希望通過此次合作，為客戶賦予高效的決策能力，推動實現(xiàn)完全自動化采礦作業(yè)的愿景。”
近幾年來，Exyn技術(shù)公司一直致力于在復(fù)雜的、不支持GPS的環(huán)境下，通過采礦業(yè)的全要素、全生命周期的解決方案，開發(fā)自動化機器人系統(tǒng)。Exyn已經(jīng)與 Rupert資源公司和 Dundee貴金屬公司等公司合作，部署了可以智能導(dǎo)航的單個或多個機器人，并實時動態(tài)適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。
International Mining (IM)雜志與Exyn技術(shù)公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Nader Elm、Exyn技術(shù)公司市場和行業(yè)總監(jiān)Raffi Jabrayan取得了聯(lián)系，想了解更多關(guān)于他們和Sandvik的合作信息。根據(jù)Elm的說法，Sandvik公司的建議很簡單：為決策者提供盡可能多的信息——這將有利于更好的規(guī)劃，同時有助于地下作業(yè)安全。
采礦無人機
似乎每個行業(yè)都在想方設(shè)法以某種方式使用無人機，但在地下深處，情況就完全不同了。在礦井或管道的范圍內(nèi)，沒有GPS，很少或沒有燈光，現(xiàn)成的無人機是沒有用處的。但是，一家名為 Emesent的澳大利亞初創(chuàng)公司，正在賦予無人機空間感知和智能化的能力，讓他們能夠自動導(dǎo)航和繪制地下空間。
最近， Emesent幫助大疆的M300無人機實現(xiàn)了地下自動化飛行(通過為其工業(yè)無人機Hovermap開發(fā)出的Autonomy Level 2技術(shù)(AL2)解決方案)，并與Deswik(一款專業(yè)的采礦業(yè)規(guī)劃軟件)簽署協(xié)議，旨在為測量人員和規(guī)劃者提供難以進入地區(qū)的更準確數(shù)據(jù)。
Emesent的解決方案Hovermap，為標準大疆無人機配備了一個強大的激光雷達傳感器和一個強大的機載計算設(shè)備，該設(shè)備可以同時執(zhí)行定位和地圖繪制(SLAM)工作。它的處理速度非?？?，飛行器可以一邊飛行一邊使用。你把它放在采礦場附近，它就會起飛并做它該做的事。
為了了解更多，IM雜志對Emesent首席執(zhí)行官Stefan Hrabar博士進行了專訪。Hrabar為讀者介紹了Emesent詳細的解決方案。“測量員沒有風(fēng)險，也會獲得更好的數(shù)量級的數(shù)據(jù)。所有的東西都在無人機上實時運行，并用于路徑規(guī)劃——這是我們的核心知識產(chǎn)權(quán)，”Hrabar說。“開發(fā)團隊擁有無人機自動化、碰撞規(guī)避、地形跟蹤的技術(shù)背景——基本上這也是無人機感知環(huán)境的方式。”
Hrabar介紹：“無人機可以通過水平隧道或垂直隧道進行自我導(dǎo)航，慢慢前進，幾分鐘后帶著構(gòu)建高度詳細地圖所需的數(shù)據(jù)返回。這個想法是將整個堆棧作為即插即用的解決方案賣給礦業(yè)公司，但是對于那些想要許可和定制SLAM軟件的人來說，要單獨將它商業(yè)化。歸根結(jié)底，礦業(yè)公司想要的是一份報告。因此，這不僅僅是收集數(shù)據(jù)，還包括分析。”
IM雜志：如果沒有通信基礎(chǔ)設(shè)施，Emesent的無人機如何將環(huán)境的3D地圖傳回操作者的電腦?
Stefan Hrabar：Hovermap的設(shè)計非常巧妙，可以在操作者的通信范圍之外進行操作。Hovermap是具備導(dǎo)航功能的，因此操作者并不總是需要查看動態(tài)地圖。操作者可以在地圖當前的限制區(qū)域之外或視線和通信范圍之外放置一個路徑點。Hovermap可以自動導(dǎo)航到路徑點且避開障礙物，并在行進過程中構(gòu)建地圖。一旦它到達了路徑點(或者如果這個路徑點無法到達)，它就會自動返回。地圖數(shù)據(jù)存儲在Hovermap上，當它返回到Wi-Fi范圍內(nèi)時，新的地圖數(shù)據(jù)就會自動上傳到電腦上。操作者可以看到被繪制的新區(qū)域，并在地圖上或地圖之外放置一個新的路徑點，讓無人機再次返回進行進一步探索。
IM雜志：據(jù)了解，Pybar公司與Emesent合作，在澳大利亞新南威爾士州的Dargues和Woodlawn運營測試自動無人機。這些無人機使用光探測與測距(LiDAR)和同時定位與制圖(SLAM)技術(shù)進行地下跟蹤并使其遠離障礙物。
到目前為止，在各個礦井針對Hovermap解決方案所使用的AL2級自動駕駛技術(shù)得到了什么樣的結(jié)果? Pybar在Dargues和Woodlawn礦井的測試結(jié)果符合您的預(yù)期嗎?
Stefan Hrabar：去年，我們在澳大利亞的Dargues和Woodlawn礦井進行的試驗為Pybar團隊展示了一些很棒的成果，包括展示了使用 Autonomy Level 1技術(shù)(AL1)的Hovermap具備獲取有價值數(shù)據(jù)的能力。該團隊看到了技術(shù)上的巨大潛力，購買了兩個系統(tǒng)供自己使用。去年早些時候，AL2飛行最后階段的預(yù)發(fā)布測試在Dargues進行。即便是在Dargues的第一個采礦場使用AL2繪制的地圖，也凸顯了該系統(tǒng)相對于 傳統(tǒng)CMS技術(shù)的優(yōu)勢。在Hovermap掃描中，我們發(fā)現(xiàn)了大面積的超挖。而在同一個采礦場，我們從CMS掃描位置上看不到這個區(qū)域，因而無法識別出超挖。
許多礦井一直在使用AL2技術(shù)來繪制他們的采場以及視線之外的其他區(qū)域的地圖。通過AL2，他們可以將Hovermap發(fā)送至以前無法進入的地方，使其能夠在不危及機器或人員的情況下實時獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
最近，我們還進行了一次超越視線范圍的放礦溜井飛行，——使用Hovermap引導(dǎo)無人機下降120米，然后安全返回并進行詳細掃描。
AL2技術(shù)提供的高度自動化也使遠程操作無人機成為可能。我們最近完成了一個跨大陸的演示——在南非的一個客戶使用我們的AL2技術(shù)和標準遠程協(xié)作工具在澳大利亞操作一架無人機。在南非的遠程操作員可以使用他們的筆記本電腦在世界的另一端試驗這項技術(shù)，發(fā)送Hovermap到隧道下進行探索。這是未來的一種場景，可以從地面或數(shù)千公里外的遠程操作中心操作地下的無人機。這將消除對現(xiàn)場技術(shù)人員的需求，并減少在地下花費的時間。
IM雜志：您認為您與Deswik的合作對礦山規(guī)劃和調(diào)查過程有何影響?這是否減少了執(zhí)行這項工作所需的時間，以及潛在地降低了與之相關(guān)的成本?您是否已經(jīng)在礦山進行過驗證這些好處的工作?
Stefan Hrabar: 我們的承諾是幫助礦業(yè)公司提高安全性和生產(chǎn)效率，同時減少成本和縮短停工期。為此，我們向測量員和規(guī)劃人員提供了來自難以到達地區(qū)的更準確的數(shù)據(jù)，使他們能夠獲得新的觀察。我們與Deswik的合作意味著我們能夠為行業(yè)提供更全面的端到端解決方案。
我們認為，這是一種非常自然的、將改善整體客戶體驗的合作關(guān)系。Hovermap擅長在礦井的各個部分捕獲豐富的3D數(shù)據(jù)(無論是基于無人機、手持、車載或礦井中的纜繩牽引)。一旦數(shù)據(jù)被捕獲并轉(zhuǎn)換為3D模式，客戶需要對數(shù)據(jù)進行可視化處理以獲得結(jié)果——這就是Deswik和其他采礦軟件供應(yīng)商發(fā)揮作用的地方。他們擁有強大的軟件工具，用于規(guī)劃、測量、鉆探和爆破、巖土測繪和許多其他應(yīng)用。我們正在與這些供應(yīng)商合作，以確保Hovermap數(shù)據(jù)與他們的工具之間的無縫集成。我們正在與他們一起構(gòu)建自動化的工作流，以對數(shù)據(jù)進行導(dǎo)入、地理參照、清理和消除處理，并將其轉(zhuǎn)換為適合各種任務(wù)的格式。
Evolution Mining Mungari公司的測量人員一直在Deswik軟件中使用這種新工藝。此前，他們需要第三方軟件工具手動執(zhí)行部分工作。現(xiàn)在，這一中間步驟已被消除，其他步驟也已經(jīng)自動化，每次掃描的時間相應(yīng)地從超過30分鐘減少到5分鐘。
IM雜志：過去5年，無人機的應(yīng)用才在采礦業(yè)開始流行起來。無人機應(yīng)用已經(jīng)從簡單的露天礦監(jiān)測，到鉆孔和爆破平臺，再到勘查解決方案，到執(zhí)行地下采礦中一些最危險的任務(wù)。在未來十年，您認為它們將如何進一步發(fā)展?在提高安全性、降低成本或提高生產(chǎn)效率方面，無人機還能執(zhí)行哪些新任務(wù)?
Stefan Hrabar: Emesent的愿景是推動工業(yè)現(xiàn)場 “有感知的數(shù)字孿生”的發(fā)展，并使其成為永不過時的技術(shù)，并向世界主要行業(yè)推廣——從采礦到能源和建筑。這些行業(yè)將能夠使用一個集中式的決策平臺，利用數(shù)千個數(shù)據(jù)點收集的高質(zhì)量的、自動采集的數(shù)據(jù)，對潛在的危險、機會和效率進行瞬時決策，從而實現(xiàn)更自動化的決策。
我們認為，Hovermap技術(shù)是未來實現(xiàn)這一場景的關(guān)鍵。無人機和其他自動化系統(tǒng)將成為未來礦井不可分割的一部分。無人機將被永久部署在地下并進行遠程操作，為常規(guī)數(shù)據(jù)收集做好準備，或在事故發(fā)生后根據(jù)需要部署。
Hovermap已經(jīng)解決了采礦領(lǐng)域的一些最大挑戰(zhàn)——包括安全問題和作業(yè)中的停工期。它解決了礦井的關(guān)鍵安全問題，使工人遠離危險環(huán)境，同時提供更好的數(shù)據(jù)，為安全決策提供更優(yōu)質(zhì)的信息，如所需的地面支持的等級。然后，通過幫助礦井更準確地計算風(fēng)險和機遇，協(xié)助決策和預(yù)測情況，從而提高效率。來源：礦業(yè)信息化協(xié)同創(chuàng)新中心
