Портативные SLAM-устройства: «мобильные умные глаза» для горнодобывающей геодезии — решение задачи высокоточного моделирования.

В области безопасности и производства на шахтах национальные законы и технические стандарты обеспечивают прочную основу для развития отрасли. Закон о безопасности на шахтах Китайской Народной Республики, как основополагающий правовой документ в этой области, четко предписывает использование передового и соответствующего технического оборудования для повышения внутренней безопасности. Это закладывает правовую основу для стандартизированного применения высокотехнологичных инструментов, таких как 3D-лазерное сканирование, в горнодобывающей промышленности.

Между тем, Спецификация по интеллектуальному горному строительству (DZ/T 0376-2021), являющаяся руководящим документом для цифровой трансформации отрасли, подчеркивает необходимость создания интегрированной географической информационной системы на основе разнородных данных из множества источников. В ней подчеркивается важность устройств 3D-лазерного сканирования как жизненно важных компонентов уровня восприятия в интеллектуальных системах горных работ и определяется их ключевая роль в технической архитектуре.

Созданные на основе независимо разработанных алгоритмов SLAM (одновременная локализация и картографирование) и высокоточной технологии LiDAR, эти портативные устройства преодолевают ограничения традиционной геодезии. Они позволяют проводить моделирование в режиме реального времени, на ходу, в сложных условиях, таких как подземные туннели и карьеры. Независимо от того, работаете ли вы в туннелях глубиной в километры или на обширных поверхностных территориях, достигается точность до сантиметра, обеспечивая всестороннее пространственное восприятие для принятия решений, критически важных с точки зрения безопасности.

Традиционные методы неэффективны и рискованны.

Сложные и изменчивые условия окружающей среды:

В туннелях постоянно меняются условия. Ручные обследования требуют длительного пребывания в опасных зонах, что создает значительные риски для безопасности.

Открытые карьеры имеют огромные размеры. Статическое сканирование требует многократной установки оборудования, что замедляет сбор данных и делает крупномасштабное моделирование неэффективным.

Высокие трудозатраты: традиционные методы требуют координации действий в команде и предполагают громоздкие рабочие процессы, подверженные человеческим ошибкам.

Низкая адаптивность к динамичным сценам:

Горнодобывающие работы отличаются высокой динамичностью. Такие виды деятельности, как взрывные работы, выемка грунта и крепление конструкций, часто меняют рельеф местности. Результаты статических геодезических измерений быстро устаревают, что ограничивает их полезность для принятия решений в режиме реального времени.

Геологические катастрофы, такие как обрушения или оползни, требуют оперативного картирования после происшествия для быстрой и точной оценки ситуации на месте.

Легкая конструкция, оптимизированная для работы в одиночку.

Все распространенные портативные SLAM-устройства весят менее 2 кг, а взрывозащищенная модель (включая батарею) весит 2,3 кг — достаточно легкая для использования одной рукой при длительных подземных работах. Для работы на сложном рельефе доступно крепление на рюкзак.

Сертифицированная взрывозащита: искробезопасная конструкция обеспечивает безопасную эксплуатацию в средах, подверженных воздействию газовой и угольной пыли.

Создан для суровых условий эксплуатации: имеет класс защиты IP54 от пыли и воды, а также оснащен внутренним терморегулятором для стабильной работы под землей.

Точность на уровне сантиметров, готовность к сложным сценам.

Многосенсорное слияние: включает в себя данные с LiDAR, IMU и визуальных камер. Собственный алгоритм SLAM промышленного класса объединяет эти потоки данных, обеспечивая относительную точность в пределах ±2 см.

Отсутствие зависимости от GPS: позиционирование на основе SLAM обеспечивает точность до сантиметра даже в условиях отсутствия GPS, используя сопоставление признаков и обнаружение замыкания контура.

Генерация трехмерного облака точек в реальном времени.

Смотрите во время сканирования: данные облака точек генерируются в режиме реального времени и могут быть предварительно просмотрены от первого лица через мобильное приложение, что позволяет немедленно проверить данные.

Такие модели, как SLAM200 и SLAM2000, поддерживают генерацию цветного облака точек LAS в реальном времени. При подключении к сети CORS данные могут быть привязаны к географическим координатам с помощью абсолютных координат.

Кроссплатформенная совместимость: поддерживает экспорт в форматы LAS, LAZ, e57, PCD и другие распространенные форматы, обеспечивая бесшовную интеграцию с профессиональным программным обеспечением для постобработки.

Для удовлетворения требований заказчика был использован взрывозащищенный портативный SLAM-сканер для сбора данных облака точек в подземных туннелях. Целью было создание как 3D-модели, так и схем поперечного сечения туннеля. Устройство сертифицировано для работы во взрывоопасных средах, имеет сертификат CMA и соответствует взрывозащищенному классу Ex b1 Mb. Его интегрированная конструкция обеспечивает простоту использования и стабильную работу, а также точность и дальность действия, соответствующие отраслевым стандартам.

Облако точек туннеля и цветовая модель

Результаты поперечного сечения

извлечение расстояния до боковой стенки

Продольные профильные данные

Визуализация облака точек туннеля и цветовой модели

Извлечение линий продольного профиля туннеля

В проекте по строительству угольных бункеров для сканирования поверхности отвалов использовалось высокоточное портативное SLAM-оборудование. Полученное облако точек обрабатывалось для восстановления трехмерной формы и расчета объема отвала. В сочетании со значениями плотности система также могла вычислять общий вес материала.

Сканирование угольного склада на месте

Процесс сбора данных

Обзор обработанного облака точек

Расчет объема после демонтажа кровли

Изображение бункера для угля на месте

Процесс сбора данных на месте

Обзор результатов сканирования

Вид сверху без данных о крыше.

Диаграмма результатов объема запасов

Для анализа отклонений при выемке грунта были собраны два набора данных сканирования туннеля с использованием взрывозащищенного оборудования. На следующих рисунках представлены примеры данных и результаты (анонимизированные):

Модель поперечного сечения туннеля

Отчет об отклонениях от нормы при перекопке/недокопке

Данные модели поперечного сечения тоннеля

Снижение затрат при одновременном повышении точности.

Полностью разработано внутри страны: основные технологии на 100% локализованы, что обеспечивает безопасность данных и независимость цепочки поставок.

Полный цикл обслуживания: комплексная поддержка включает обучение работе с устройством, постобработку данных и настройку решений в соответствии со спецификой отрасли.

Экономическая эффективность: Благодаря локальным цепочкам поставок и независимым исследованиям и разработкам, эти SLAM-устройства обеспечивают высокую точность лазерного сканирования и стабильность алгоритмов при значительно сниженных затратах на оборудование.

Низкий общий уровень владения:

Модульные компоненты: Сменные батареи и детали снижают затраты на техническое обслуживание.

Удобный пользовательский интерфейс: китайская ОС и интуитивно понятный интерфейс позволяют новым пользователям начать работу менее чем за час — нет необходимости в дорогостоящих специалистах.

Бесплатные обновления программного обеспечения на протяжении всего срока службы: обновления прошивки по воздуху (OTA) обеспечивают постоянное улучшение алгоритмов без дополнительных затрат на лицензирование программного обеспечения.