Handheld SLAM-Geräte: „Mobile intelligente Augen“ für die Vermessung im Bergbau – Lösung der Herausforderung der hochpräzisen Modellierung

Im Bereich der Bergwerkssicherheit und -produktion bilden nationale Gesetze und technische Normen eine solide Grundlage für die Branchenentwicklung. Das Bergwerkssicherheitsgesetz der Volksrepublik China, als grundlegendes Rechtsdokument in diesem Bereich, schreibt eindeutig den Einsatz fortschrittlicher und geeigneter technischer Ausrüstung zur Erhöhung der Eigensicherheit vor. Dies schafft die rechtliche Basis für die standardisierte Anwendung von Hightech-Werkzeugen wie dem 3D-Laserscanning im Bergbau.

Die Spezifikation für den intelligenten Minenbau (DZ/T 0376-2021), ein Leitfaden für die digitale Transformation der Branche, betont den Aufbau eines heterogenen, datenintegrierten Geoinformationssystems aus verschiedenen Quellen. Dabei werden 3D-Laserscanner als zentrale Komponenten der Wahrnehmungsschicht intelligenter Minensysteme hervorgehoben und ihre Schlüsselrolle in der technischen Architektur definiert.

Diese auf eigens entwickelten SLAM-Algorithmen (Simultaneous Localization and Mapping) und hochpräziser LiDAR-Technologie basierenden Handgeräte überwinden die Grenzen traditioneller Vermessungsmethoden. Sie ermöglichen die Echtzeit-Modellierung vor Ort in komplexen Umgebungen wie unterirdischen Tunneln und Tagebauen. Ob in kilometertiefen Tunneln oder weitläufigen Oberflächenbereichen – zentimetergenaue Messungen werden erreicht, was ein umfassendes räumliches Lagebild für sicherheitskritische Entscheidungen gewährleistet.

Traditionelle Methoden sind ineffizient und riskant.

Komplexe und variable Umgebungen:

Tunnel weisen ständig wechselnde Bedingungen auf. Manuelle Vermessungen erfordern einen längeren Aufenthalt in Gefahrenbereichen und bergen daher erhebliche Sicherheitsrisiken.

Tagebaue sind riesig. Statisches Scannen erfordert wiederholtes Einrichten, was die Datenerfassung verlangsamt und die großflächige Modellierung ineffizient macht.

Hohe Arbeitskosten: Traditionelle Methoden erfordern Teamkoordination und beinhalten umständliche Arbeitsabläufe, die anfällig für menschliche Fehler sind.

Schlechte Anpassungsfähigkeit an dynamische Szenen:

Der Bergbau ist ein hochdynamisches Feld. Aktivitäten wie Sprengungen, Aushubarbeiten und Stützmaßnahmen verändern das Gelände häufig. Statische Vermessungsergebnisse veralten schnell und sind daher für Entscheidungen in Echtzeit nur bedingt aussagekräftig.

Geologische Katastrophen wie Einstürze oder Erdrutsche erfordern eine schnelle Kartierung nach dem Ereignis, um das Gebiet schnell und genau beurteilen zu können.

Leichtes Design, optimiert für den Ein-Personen-Betrieb

Alle gängigen SLAM-Handgeräte wiegen unter 2 kg, das explosionsgeschützte Modell (inklusive Akku) sogar nur 2,3 kg – leicht genug für die einhändige Bedienung bei längeren Untertagearbeiten. Für unwegsames Gelände ist eine Rucksackhalterung erhältlich.

Zertifizierter Explosionsschutz: Die eigensichere Konstruktion ermöglicht einen sicheren Betrieb in Umgebungen mit hoher Gas- und Kohlenstaubbelastung.

Konzipiert für raue Umgebungen: Schutzart IP54 für Staub- und Wasserbeständigkeit, ausgestattet mit interner Temperaturregelung für einen stabilen Betrieb unter Tage.

Zentimetergenaue Präzision, bereit für komplexe Szenen

Multisensorfusion: Integriert LiDAR, IMU und visuelle Kameras. Ein proprietärer SLAM-Algorithmus in Industriequalität fusioniert diese Datenströme und erreicht eine relative Genauigkeit von ±2 cm.

Keine Abhängigkeit von GPS: Die SLAM-basierte Positionierung gewährleistet eine Genauigkeit im Zentimeterbereich auch in Umgebungen ohne GPS-Empfang durch Merkmalsabgleich und Schleifenschlusserkennung.

Echtzeit-3D-Punktwolkengenerierung

Sehen während des Scannens: Punktwolkendaten werden in Echtzeit generiert und können über eine mobile App in der Ich-Perspektive angezeigt werden, was eine sofortige Datenverifizierung ermöglicht.

Modelle wie SLAM200 und SLAM2000 unterstützen die Echtzeit-Generierung von farbigen LAS-Punktwolken. Bei Anbindung an ein CORS-Netzwerk können die Daten mit absoluten Koordinaten georeferenziert werden.

Plattformübergreifende Kompatibilität: Unterstützt den Export in LAS, LAZ, e57, PCD und anderen gängigen Formaten und gewährleistet so die nahtlose Integration mit professioneller Nachbearbeitungssoftware.

Um die Kundenanforderungen zu erfüllen, wurde ein explosionsgeschützter, handgeführter SLAM-Scanner zur Erfassung von Punktwolkendaten in unterirdischen Tunneln eingesetzt. Ziel war die Erstellung eines 3D-Modells und von Tunnelquerschnittsdiagrammen. Das Gerät ist für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert und verfügt über die CMA-Zertifizierung sowie die Schutzart Ex b1 Mb. Seine integrierte Bauweise gewährleistet einfache Bedienung und stabile Leistung bei branchenüblicher Genauigkeit und Reichweite.

Tunnel-Punktwolke und Farbmodell

Querschnittsausgang

Seitenwandabstandsextraktion

Längsprofildaten

Tunnel-Punktwolken- und Farbmodellvisualisierung

Extraktion von Tunnellängsprofillinien

Bei einem Kohlebunkerprojekt wurde ein hochpräzises, handgeführtes SLAM-Gerät eingesetzt, um die Oberfläche von Materialhaufen zu scannen. Die resultierende Punktwolke wurde verarbeitet, um die 3D-Form zu rekonstruieren und das Volumen des Haufens zu berechnen. In Kombination mit Dichtewerten konnte das System auch das Gesamtgewicht des Materials ermitteln.

Vor-Ort-Scannen des Kohlenlagers

Datenerfassungsprozess

Übersicht der verarbeiteten Punktwolke

Volumenberechnung nach Dachabtragung

Bild des Kohlebunkers vor Ort

Datenerfassungsprozess vor Ort

Übersicht der Scan-Datenergebnisse

Draufsicht ohne Dachdaten

Ergebnisdiagramm für das Lagervolumen

Zur Analyse von Aushubabweichungen wurden zwei Datensätze von Tunnelscans mit explosionsgeschützter Ausrüstung erfasst. Die folgenden Abbildungen zeigen Beispieldaten und Berichtsergebnisse (anonymisiert):

Tunnelquerschnittsmodell

Abweichungsbericht zu Über-/Unteraushub

Tunnelquerschnittsmodelldaten

Kosten senken und gleichzeitig die Präzision erhöhen

Vollständig im Inland entwickelt: Die Kerntechnologien sind zu 100 % lokal, was Datensicherheit und Unabhängigkeit der Lieferkette gewährleistet.

Komplettservice: Umfassender Support beinhaltet Geräteschulungen, Nachbearbeitung und branchenspezifische Lösungsanpassung.

Kosteneffizient: Dank lokaler Lieferketten und unabhängiger Forschung und Entwicklung bieten diese SLAM-Geräte eine hohe Lasergenauigkeit und Algorithmusstabilität bei deutlich reduzierten Hardwarekosten.

Geringer Gesamtbesitz:

Modulare Komponenten: Austauschbare Batterien und Teile senken die Wartungskosten.

Benutzerfreundliche Benutzeroberfläche: Dank des chinesischen Betriebssystems und der intuitiven Benutzeroberfläche können neue Benutzer in weniger als einer Stunde loslegen – teure Experten sind nicht erforderlich.

Kostenlose Software-Updates auf Lebenszeit: OTA-Firmware-Upgrades gewährleisten kontinuierliche Algorithmusverbesserungen ohne zusätzliche Softwarelizenzkosten.