進(jìn)入5G時(shí)代,隨著各類信息化技術(shù)在礦山行業(yè)的廣泛應(yīng)用,無(wú)人機(jī)進(jìn)入地下勘查,這可能為采礦業(yè)打開(kāi)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(lái)自國(guó)際礦業(yè)雜志International Mining(IM)的文章, 文章介紹了無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛卡車正在改變古老的采礦業(yè),自動(dòng)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(wèn)題。
由于新冠疫情的爆發(fā),使用無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)群的應(yīng)用場(chǎng)景正逐漸增多。在采礦領(lǐng)域,無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)將作業(yè)人員從最危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)域撤離。無(wú)論是自動(dòng)運(yùn)輸、裝載還是補(bǔ)充注油,在沒(méi)有操作人員參與的情況下,機(jī)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(rùn)率。
未來(lái),完全自動(dòng)化的礦井將需要無(wú)人機(jī)群和地面無(wú)人機(jī)來(lái)完成目前人工執(zhí)行的所有檢查;例如,檢查發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)邁進(jìn),但是,要想無(wú)人機(jī)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(guó)Rajant公司專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)-創(chuàng)新動(dòng)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)-創(chuàng)新動(dòng)力網(wǎng)格消除了劣質(zhì)網(wǎng)絡(luò)或基于訪問(wèn)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)所造成的切換和通信距離問(wèn)題,并能夠提供一定程度的靈活性和通信距離——“這為機(jī)器人技術(shù)注入了生命”, 使地面機(jī)器人和空中無(wú)人機(jī)能夠承擔(dān)惡劣的、枯燥和危險(xiǎn)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(xiǎn)的工作環(huán)境中。
Mason說(shuō):“例如,高機(jī)動(dòng)性的機(jī)器人可以用于不穩(wěn)定的地面或空區(qū)。” 機(jī)器人可以攜帶復(fù)雜的傳感器進(jìn)行激光測(cè)量,并在地震發(fā)生時(shí)或可能存在煙霧的地方發(fā)回實(shí)時(shí)高清視頻。因此,作業(yè)人員可以遠(yuǎn)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(dòng)機(jī)分析器一樣,無(wú)人駕駛卡車正在成為機(jī)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(xiǎn)無(wú)法派工程師到地下作業(yè),這些車輛可以進(jìn)行自動(dòng)視頻檢查來(lái)定位問(wèn)題;此外,這些圖像甚至可以發(fā)送給遠(yuǎn)程技術(shù)人員或發(fā)送給機(jī)器制造商以進(jìn)行專家評(píng)估。
Mason表示,當(dāng)問(wèn)題定位在地表附近,或者問(wèn)題區(qū)域在“有限范圍”內(nèi),基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)這種接力式連接功能。當(dāng)出現(xiàn)較大深度、距離較遠(yuǎn)、需要繞過(guò)障礙或操作多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的情況時(shí),就需要一個(gè)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。即使是操作一架地面或空中無(wú)人機(jī)也需要無(wú)縫連接,當(dāng)無(wú)人機(jī)或無(wú)人機(jī)群失去與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系,它即停止運(yùn)行,正在傳輸?shù)年P(guān)鍵數(shù)據(jù)也隨之停止。
創(chuàng)新動(dòng)力網(wǎng)格創(chuàng)造了一種新場(chǎng)景,在這種場(chǎng)景下無(wú)人機(jī)有效地扮演著“網(wǎng)絡(luò)”的角色。最簡(jiǎn)單的方式是,當(dāng)一架無(wú)人機(jī)在其有效航程范圍內(nèi)進(jìn)行安全檢查并發(fā)回一系列實(shí)時(shí)視頻時(shí),可以發(fā)送第二架無(wú)人機(jī)加入它的行列。由于兩架無(wú)人機(jī)可以相互連接,搜索范圍實(shí)際上翻了一番。
Mason表示,Rajant公司的專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新動(dòng)力網(wǎng)格只是這類網(wǎng)絡(luò)靈活性應(yīng)用的開(kāi)始。“ 因?yàn)槊恳患躌ajant公司的無(wú)人機(jī)都裝有堅(jiān)固多射頻的無(wú)線發(fā)射接收器,可在使用時(shí)與其他無(wú)線發(fā)射接收器設(shè)備組建成一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這種便攜式無(wú)線網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)無(wú)線電,確保與數(shù)以百萬(wàn)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(wú)人機(jī)都會(huì)自動(dòng)、無(wú)縫地成為網(wǎng)絡(luò)的一部分——向其他無(wú)人機(jī)發(fā)送和接收信息,并返回到基站或控制中心。創(chuàng)新動(dòng)力網(wǎng)格讓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展和加強(qiáng),無(wú)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(shuō):“自動(dòng)駕駛和遠(yuǎn)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(diǎn)的原始設(shè)備制造商(OEM)。經(jīng)過(guò)150余年的發(fā)展,Sandvik已經(jīng)成長(zhǎng)為一家年銷售額達(dá)近千億瑞典克朗的工業(yè)巨頭,也是礦山機(jī)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(dòng)化的目標(biāo)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(jìn)兩個(gè)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(shí)現(xiàn)井下設(shè)備監(jiān)控、實(shí)時(shí)位置跟蹤、任務(wù)計(jì)劃下達(dá)、任務(wù)管理、鉆孔計(jì)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(dòng)化的采礦系統(tǒng)及遠(yuǎn)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(dòng)化裝礦和運(yùn)輸工程領(lǐng)域建立了良好的聲譽(yù),2020年7月20日,Sandvik宣布正在通過(guò)與 Exyn技術(shù)公司建立新的伙伴關(guān)系以增強(qiáng)其自動(dòng)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(dòng)化空中機(jī)器人系統(tǒng)方面的深厚知識(shí)的獨(dú)特組合。”
“我們致力于為地下采礦業(yè)向自動(dòng)化轉(zhuǎn)型賦能,”Sandvik礦山和巖石技術(shù)公司巖石鉆機(jī)與技術(shù)總裁Patrick Murphy表示,“此次合作將帶來(lái)獨(dú)特的效益,以我們行業(yè)領(lǐng)先的自動(dòng)化產(chǎn)品為基礎(chǔ),推動(dòng)采礦過(guò)程中更快的決策,抓住新的機(jī)遇,提高生產(chǎn)性能。”
通過(guò)此次合作,兩家公司將共同 "為地下礦山的測(cè)繪和視覺(jué)可視化提供高效的解決方案,在涉及危險(xiǎn)、難以到達(dá)或傳統(tǒng)的耗時(shí)勘測(cè)和檢查的礦區(qū)時(shí),這將帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的改變。" Sandvik的OptiMine?解決方案與Exyn的空中機(jī)器人收集的數(shù)據(jù)相結(jié)合,可逐步形成礦山實(shí)際環(huán)境的可視化,以提高采礦過(guò)程的整體透明度。"Sandvik和Exyn未來(lái)的合作將包括研究如何自動(dòng)應(yīng)用和生成地下空間的3D視圖,同時(shí)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?yàn)樗麄兪菢I(yè)內(nèi)公認(rèn)的創(chuàng)新者,并對(duì)地下采礦進(jìn)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(méi)有GPS的危險(xiǎn)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(shí)使采礦更安全,提高生產(chǎn)率。我們希望通過(guò)此次合作,為客戶賦予高效的決策能力,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化采礦作業(yè)的愿景。”
近幾年來(lái),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(guò)采礦業(yè)的全要素、全生命周期的解決方案,開(kāi)發(fā)自動(dòng)化機(jī)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(gè)或多個(gè)機(jī)器人,并實(shí)時(shí)動(dòng)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(chǎng)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(shuō)法,Sandvik公司的建議很簡(jiǎn)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(shí)有助于地下作業(yè)安全。
采礦無(wú)人機(jī)
似乎每個(gè)行業(yè)都在想方設(shè)法以某種方式使用無(wú)人機(jī),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(méi)有GPS,很少或沒(méi)有燈光,現(xiàn)成的無(wú)人機(jī)是沒(méi)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(wú)人機(jī)空間感知和智能化的能力,讓他們能夠自動(dòng)導(dǎo)航和繪制地下空間。
最近, Emesent幫助大疆的M300無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)了地下自動(dòng)化飛行(通過(guò)為其工業(yè)無(wú)人機(jī)Hovermap開(kāi)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(cè)量人員和規(guī)劃者提供難以進(jìn)入地區(qū)的更準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
Emesent的解決方案Hovermap,為標(biāo)準(zhǔn)大疆無(wú)人機(jī)配備了一個(gè)強(qiáng)大的激光雷達(dá)傳感器和一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)載計(jì)算設(shè)備,該設(shè)備可以同時(shí)執(zhí)行定位和地圖繪制(SLAM)工作。它的處理速度非常快,飛行器可以一邊飛行一邊使用。你把它放在采礦場(chǎng)附近,它就會(huì)起飛并做它該做的事。
為了了解更多,IM雜志對(duì)Emesent首席執(zhí)行官Stefan Hrabar博士進(jìn)行了專訪。Hrabar為讀者介紹了Emesent詳細(xì)的解決方案。“測(cè)量員沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn),也會(huì)獲得更好的數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)。所有的東西都在無(wú)人機(jī)上實(shí)時(shí)運(yùn)行,并用于路徑規(guī)劃——這是我們的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán),”Hrabar說(shuō)。“開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)擁有無(wú)人機(jī)自動(dòng)化、碰撞規(guī)避、地形跟蹤的技術(shù)背景——基本上這也是無(wú)人機(jī)感知環(huán)境的方式。”
Hrabar介紹:“無(wú)人機(jī)可以通過(guò)水平隧道或垂直隧道進(jìn)行自我導(dǎo)航,慢慢前進(jìn),幾分鐘后帶著構(gòu)建高度詳細(xì)地圖所需的數(shù)據(jù)返回。這個(gè)想法是將整個(gè)堆棧作為即插即用的解決方案賣給礦業(yè)公司,但是對(duì)于那些想要許可和定制SLAM軟件的人來(lái)說(shuō),要單獨(dú)將它商業(yè)化。歸根結(jié)底,礦業(yè)公司想要的是一份報(bào)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(méi)有通信基礎(chǔ)設(shè)施,Emesent的無(wú)人機(jī)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(jì)非常巧妙,可以在操作者的通信范圍之外進(jìn)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(dòng)態(tài)地圖。操作者可以在地圖當(dāng)前的限制區(qū)域之外或視線和通信范圍之外放置一個(gè)路徑點(diǎn)。Hovermap可以自動(dòng)導(dǎo)航到路徑點(diǎn)且避開(kāi)障礙物,并在行進(jìn)過(guò)程中構(gòu)建地圖。一旦它到達(dá)了路徑點(diǎn)(或者如果這個(gè)路徑點(diǎn)無(wú)法到達(dá)),它就會(huì)自動(dòng)返回。地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Hovermap上,當(dāng)它返回到Wi-Fi范圍內(nèi)時(shí),新的地圖數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)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(gè)新的路徑點(diǎn),讓無(wú)人機(jī)再次返回進(jìn)行進(jìn)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(yùn)營(yíng)測(cè)試自動(dòng)無(wú)人機(jī)。這些無(wú)人機(jī)使用光探測(cè)與測(cè)距(LiDAR)和同時(shí)定位與制圖(SLAM)技術(shù)進(jìn)行地下跟蹤并使其遠(yuǎn)離障礙物。
到目前為止,在各個(gè)礦井針對(duì)Hovermap解決方案所使用的AL2級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)得到了什么樣的結(jié)果? Pybar在Dargues和Woodlawn礦井的測(cè)試結(jié)果符合您的預(yù)期嗎?
Stefan Hrabar:去年,我們?cè)诎拇罄麃喌腄argues和Woodlawn礦井進(jìn)行的試驗(yàn)為Pybar團(tuán)隊(duì)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(jià)值數(shù)據(jù)的能力。該團(tuán)隊(duì)看到了技術(shù)上的巨大潛力,購(gòu)買了兩個(gè)系統(tǒng)供自己使用。去年早些時(shí)候,AL2飛行最后階段的預(yù)發(fā)布測(cè)試在Dargues進(jìn)行。即便是在Dargues的第一個(gè)采礦場(chǎng)使用AL2繪制的地圖,也凸顯了該系統(tǒng)相對(duì)于 傳統(tǒng)CMS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在Hovermap掃描中,我們發(fā)現(xiàn)了大面積的超挖。而在同一個(gè)采礦場(chǎng),我們從CMS掃描位置上看不到這個(gè)區(qū)域,因而無(wú)法識(shí)別出超挖。
許多礦井一直在使用AL2技術(shù)來(lái)繪制他們的采場(chǎng)以及視線之外的其他區(qū)域的地圖。通過(guò)AL2,他們可以將Hovermap發(fā)送至以前無(wú)法進(jìn)入的地方,使其能夠在不危及機(jī)器或人員的情況下實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
最近,我們還進(jìn)行了一次超越視線范圍的放礦溜井飛行,——使用Hovermap引導(dǎo)無(wú)人機(jī)下降120米,然后安全返回并進(jìn)行詳細(xì)掃描。
AL2技術(shù)提供的高度自動(dòng)化也使遠(yuǎn)程操作無(wú)人機(jī)成為可能。我們最近完成了一個(gè)跨大陸的演示——在南非的一個(gè)客戶使用我們的AL2技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程協(xié)作工具在澳大利亞操作一架無(wú)人機(jī)。在南非的遠(yuǎn)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(yàn)這項(xiàng)技術(shù),發(fā)送Hovermap到隧道下進(jìn)行探索。這是未來(lái)的一種場(chǎng)景,可以從地面或數(shù)千公里外的遠(yuǎn)程操作中心操作地下的無(wú)人機(jī)。這將消除對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的需求,并減少在地下花費(fèi)的時(shí)間。
IM雜志:您認(rèn)為您與Deswik的合作對(duì)礦山規(guī)劃和調(diào)查過(guò)程有何影響?這是否減少了執(zhí)行這項(xiàng)工作所需的時(shí)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(jìn)行過(guò)驗(yàn)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(shí)減少成本和縮短停工期。為此,我們向測(cè)量員和規(guī)劃人員提供了來(lái)自難以到達(dá)地區(qū)的更準(zhǔn)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?yàn)樾袠I(yè)提供更全面的端到端解決方案。
我們認(rèn)為,這是一種非常自然的、將改善整體客戶體驗(yàn)的合作關(guān)系。Hovermap擅長(zhǎng)在礦井的各個(gè)部分捕獲豐富的3D數(shù)據(jù)(無(wú)論是基于無(wú)人機(jī)、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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(qiáng)大的軟件工具,用于規(guī)劃、測(cè)量、鉆探和爆破、巖土測(cè)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(wú)縫集成。我們正在與他們一起構(gòu)建自動(dòng)化的工作流,以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)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(dòng)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(dòng)化,每次掃描的時(shí)間相應(yīng)地從超過(guò)30分鐘減少到5分鐘。
IM雜志:過(guò)去5年,無(wú)人機(jī)的應(yīng)用才在采礦業(yè)開(kāi)始流行起來(lái)。無(wú)人機(jī)應(yīng)用已經(jīng)從簡(jiǎn)單的露天礦監(jiān)測(cè),到鉆孔和爆破平臺(tái),再到勘查解決方案,到執(zhí)行地下采礦中一些最危險(xiǎn)的任務(wù)。在未來(lái)十年,您認(rèn)為它們將如何進(jìn)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(wú)人機(jī)還能執(zhí)行哪些新任務(wù)?
Stefan Hrabar: Emesent的愿景是推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) “有感知的數(shù)字孿生”的發(fā)展,并使其成為永不過(guò)時(shí)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(gè)集中式的決策平臺(tái),利用數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)收集的高質(zhì)量的、自動(dòng)采集的數(shù)據(jù),對(duì)潛在的危險(xiǎn)、機(jī)會(huì)和效率進(jìn)行瞬時(shí)決策,從而實(shí)現(xiàn)更自動(dòng)化的決策。
我們認(rèn)為,Hovermap技術(shù)是未來(lái)實(shí)現(xiàn)這一場(chǎng)景的關(guān)鍵。無(wú)人機(jī)和其他自動(dòng)化系統(tǒng)將成為未來(lái)礦井不可分割的一部分。無(wú)人機(jī)將被永久部署在地下并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,為常規(guī)數(shù)據(jù)收集做好準(zhǔn)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(wèn)題和作業(yè)中的停工期。它解決了礦井的關(guān)鍵安全問(wèn)題,使工人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)環(huán)境,同時(shí)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(jí)。然后,通過(guò)幫助礦井更準(zhǔn)確地計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇,協(xié)助決策和預(yù)測(cè)情況,從而提高效率。來(lái)源:礦業(yè)信息化協(xié)同創(chuàng)新中心