أجهزة SLAM المحمولة: "عيون ذكية متنقلة" لمسح التعدين - حل تحدي النمذجة عالية الدقة

في مجال سلامة المناجم وإنتاجها، تُوفر القوانين الوطنية والمعايير الفنية أساسًا متينًا لتطوير هذا القطاع. ويُعدّ قانون سلامة المناجم لجمهورية الصين الشعبية، بوصفه الوثيقة القانونية الأساسية في هذا المجال، مُلزمًا بوضوح باستخدام معدات تقنية متطورة ومناسبة لتعزيز السلامة الذاتية. وهذا يُرسي الأساس القانوني للتطبيق الموحد لأدوات التكنولوجيا المتقدمة، مثل المسح الليزري ثلاثي الأبعاد، في عمليات التعدين.

في الوقت نفسه، تؤكد مواصفات بناء المناجم الذكية (DZ/T 0376-2021)، وهي وثيقة إرشادية للتحول الرقمي في هذا القطاع، على بناء نظام معلومات جغرافية متكامل متعدد المصادر ومتجانس البيانات. ويُبرز هذا أهمية أجهزة المسح الليزري ثلاثي الأبعاد كمكونات حيوية في طبقة الإدراك ضمن أنظمة المناجم الذكية، ويحدد دورها المحوري في البنية التقنية.

تعتمد هذه الأجهزة المحمولة على خوارزميات SLAM (التحديد والملاحة المتزامنة) المطورة بشكل مستقل وتقنية LiDAR عالية الدقة، مما يتغلب على قيود المسح التقليدي. فهي تتيح نمذجة فورية أثناء التنقل في بيئات معقدة كالأنفاق تحت الأرض والمناجم المكشوفة. وسواءً أكان العمل في أنفاق عميقة تصل إلى كيلومترات أو في مساحات سطحية واسعة، يمكن تحقيق دقة تصل إلى مستوى السنتيمتر، مما يضمن وعيًا مكانيًا شاملًا لاتخاذ القرارات الحاسمة المتعلقة بالسلامة.

الأساليب التقليدية غير فعالة ومحفوفة بالمخاطر

بيئات معقدة ومتغيرة:

تُشكل الأنفاق ظروفاً متغيرة باستمرار. وتتطلب عمليات المسح اليدوي التعرض لفترات طويلة للمناطق الخطرة، مما يُشكل مخاطر كبيرة على السلامة.

المناجم المكشوفة شاسعة. يتطلب المسح الثابت إعدادًا متكررًا، مما يبطئ عملية جمع البيانات ويجعل النمذجة واسعة النطاق غير فعالة.

ارتفاع تكاليف العمالة: تتطلب الطرق التقليدية تنسيق الفريق وتتضمن إجراءات عمل معقدة معرضة للخطأ البشري.

ضعف القدرة على التكيف مع المشاهد الديناميكية:

تتسم عمليات التعدين بديناميكية عالية. فأنشطة مثل التفجير والحفر والدعم تُغير التضاريس باستمرار. وتصبح نتائج المسح الثابت قديمة بسرعة، مما يحد من فائدتها في اتخاذ القرارات في الوقت الفعلي.

تتطلب الكوارث الجيولوجية، مثل الانهيارات أو الانهيارات الأرضية، إجراء مسح سريع للموقع بعد وقوع الحدث لتقييم الموقع بسرعة ودقة.

تصميم خفيف الوزن، مُحسَّن للتشغيل من قِبل شخص واحد

تزن جميع أجهزة SLAM المحمولة الشائعة أقل من 2 كجم، بينما يبلغ وزن الطراز المقاوم للانفجار (بما في ذلك البطارية) 2.3 كجم، وهو وزن خفيف بما يكفي للاستخدام بيد واحدة في أعمال الحفر تحت الأرض لفترات طويلة. ويتوفر حامل للظهر مناسب للتضاريس الوعرة.

حماية معتمدة ضد الانفجار: تصميم آمن بطبيعته يسمح بالتشغيل الآمن في البيئات المعرضة لغبار الغاز والفحم.

مصمم للبيئات القاسية: حاصل على تصنيف IP54 لمقاومة الغبار والماء، ومجهز بنظام تحكم داخلي في درجة الحرارة لأداء مستقر تحت الأرض.

دقة تصل إلى مستوى السنتيمتر، جاهزة للمشاهد المعقدة

دمج البيانات من عدة مستشعرات: يشمل ذلك تقنية LiDAR ووحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) والكاميرات المرئية. وتقوم خوارزمية SLAM صناعية خاصة بدمج تدفقات البيانات هذه، محققةً دقة نسبية في حدود ±2 سم.

عدم الاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): يضمن تحديد المواقع القائم على تقنية SLAM دقة تصل إلى مستوى السنتيمتر حتى في البيئات التي لا تتوفر فيها إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وذلك باستخدام مطابقة الميزات واكتشاف إغلاق الحلقة.

توليد سحابة نقاط ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي

شاهد أثناء المسح: يتم إنشاء بيانات السحابة النقطية في الوقت الفعلي ويمكن معاينتها من منظور الشخص الأول عبر تطبيق جوال، مما يتيح التحقق الفوري من البيانات.

تدعم نماذج مثل SLAM200 وSLAM2000 توليد سحابة نقاط LAS ملونة في الوقت الفعلي. وعند الاتصال بشبكة CORS، يمكن ربط البيانات جغرافياً بإحداثيات مطلقة.

التوافق عبر المنصات: يدعم التصدير بتنسيقات LAS و LAZ و e57 و PCD وغيرها من التنسيقات الشائعة، مما يضمن التكامل السلس مع برامج المعالجة اللاحقة الاحترافية.

لتلبية متطلبات العميل، استُخدم ماسح ضوئي محمول بتقنية SLAM مقاوم للانفجار لجمع بيانات السحابة النقطية في الأنفاق تحت الأرض. وكان الهدف هو إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد ومخططات مقطع عرضي للنفق. الجهاز معتمد للاستخدام في البيئات القابلة للانفجار، وحاصل على شهادة CMA وتصنيف Ex b1 Mb لمقاومة الانفجار. يضمن تصميمه المتكامل سهولة الاستخدام وأداءً مستقرًا، مع دقة ومدى على مستوى الصناعة.

سحابة النقاط ونموذج الألوان للنفق

مخرجات المقطع العرضي

استخراج مسافة الجدار الجانبي

بيانات الملف الشخصي الطولي

تصور نموذج السحابة النقطية والألوان في النفق

استخراج خطوط المقطع الطولي للأنفاق

في مشروع مخزن للفحم، استُخدمت معدات SLAM محمولة عالية الدقة لمسح سطح أكوام المواد. وتمت معالجة سحابة النقاط الناتجة لإعادة بناء الشكل ثلاثي الأبعاد وحساب حجم المخزون. وباستخدام قيم الكثافة، تمكن النظام أيضًا من حساب الوزن الإجمالي للمواد.

مسح ساحة الفحم في الموقع

عملية جمع البيانات

نظرة عامة على سحابة النقاط المعالجة

حساب الحجم بعد إزالة السقف

صورة مخزن الفحم في الموقع

عملية جمع البيانات في الموقع

نظرة عامة على نتائج بيانات المسح

منظر علوي مع إزالة بيانات السقف

مخطط نتائج حجم المخزون

تم جمع مجموعتين من بيانات مسح الأنفاق باستخدام معدات مقاومة للانفجار لتحليل انحرافات الحفر. تعرض الأشكال التالية عينة من البيانات ونتائج التقرير (مع إخفاء هوية البيانات):

نموذج المقطع العرضي للنفق

تقرير انحراف الحفر الزائد/الناقص

بيانات نموذج المقطع العرضي للنفق

خفض التكاليف مع تعزيز الدقة

تم تطويرها محلياً بالكامل: التقنيات الأساسية محلية بنسبة 100%، مما يضمن أمن البيانات واستقلالية سلسلة التوريد.

خدمة دورة كاملة: يشمل الدعم الشامل تدريب الجهاز، والمعالجة اللاحقة، وتخصيص الحلول الخاصة بكل صناعة.

فعالة من حيث التكلفة: بفضل سلاسل التوريد المحلية والبحث والتطوير المستقل، توفر أجهزة SLAM هذه دقة ليزر عالية واستقرارًا في الخوارزمية بتكاليف أجهزة مخفضة بشكل كبير.

نسبة ملكية إجمالية منخفضة:

المكونات المعيارية: البطاريات والأجزاء القابلة للاستبدال تقلل من تكاليف الصيانة.

واجهة مستخدم سهلة الاستخدام: يتيح نظام التشغيل الصيني والواجهة البديهية للمستخدمين الجدد البدء في أقل من ساعة - لا حاجة لخبراء مكلفين.

تحديثات البرامج المجانية مدى الحياة: تضمن ترقيات البرامج الثابتة عبر الهواء تحسينات مستمرة للخوارزمية دون أي تكلفة إضافية لترخيص البرامج.