LiDAR-Kartierung im Tagebau: Wegweisend für Effizienz und Sicherheit

EINFÜHRUNG IN LIDAR IM BERGBAU

Der Tagebau, eine grundlegende Methode zur Gewinnung wertvoller Mineralien aus der Erde, steht vor zahlreichen betrieblichen Herausforderungen, darunter die Aufrechterhaltung der Effizienz und die Gewährleistung der Sicherheit am Standort. In diesem komplexen Umfeld entwickelt sich die LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) zu einem transformativen Werkzeug. Die Fähigkeit von LiDAR, präzise, dreidimensionale Informationen über die Erdoberfläche und die darauf befindlichen Objekte zu generieren, verbessert den Bergbau erheblich. Diese Technologie bietet einen Sprung in der Genauigkeit und Effizienz und liefert eine detaillierte Analyse der Bergbauumgebung, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreicht werden kann.

Abbildung 1. UAV-basierte LiDAR-Vermessung eines Tagebaus.

DIE WESENTLICHE ROLLE DER VERMESSER IM TAGEBAU

Die Vermessung im Tagebau ist von entscheidender Bedeutung. Sie umfasst eine Reihe von Aufgaben, die für den betrieblichen Erfolg und die Sicherheit des Bergbaubetriebs entscheidend sind. Vermessungsingenieure haben die Aufgabe, Sprengstoff genau zu platzieren, das Gelände dynamisch zu kartieren und das Volumen des abgebauten Materials genau abzuschätzen. Herkömmliche Methoden sind zwar bis zu einem gewissen Grad effektiv, erreichen aber oft nicht das erforderliche Maß an Genauigkeit und Effizienz.

• Optimierung der Sprengstoffplatzierung: Die präzise Platzierung von Sprengstoffen ist entscheidend für eine effektive Gesteinszerkleinerung, die wiederum die Effizienz der Mineralgewinnung erhöht.

• Dynamische Kartierung des Geländes: Ständig aktualisierte Geländekarten sind für die Navigation in der sich ständig verändernden Landschaft eines Bergwerks unerlässlich und stellen sicher, dass die Bergbauarbeiten auf den aktuellsten Daten beruhen.

• Genaue Volumenschätzungen: Die genaue Bestimmung des Volumens des abgebauten Materials, der geförderten Mineralien und der Halden ist von grundlegender Bedeutung für die Betriebsplanung und Finanzprognosen.

HERAUSFORDERUNGEN BEI HERKÖMMLICHEN VERMESSUNGSTECHNIKEN

Herkömmliche Vermessungstechniken bilden zwar seit Jahrzehnten die Grundlage, haben jedoch ihre Grenzen. Dazu gehören eine eingeschränkte Genauigkeit aufgrund der manuellen Natur der Aufgaben, Verzögerungen im Betrieb aufgrund zeitaufwändiger Prozesse und ein erhöhtes Risiko für das Vermessungspersonal, das sich in gefährlichen Umgebungen bewegen muss.

• Beeinträchtigte Genauigkeit: Die komplexe Topografie von Bergwerken in Verbindung mit den unregelmäßigen Formen der Materialien führt häufig zu Ungenauigkeiten bei der Volumenmessung.

• Verzögerungen im Betrieb: Die manuelle Datenerfassung in schwierigem Gelände ist zeitaufwändig und beeinträchtigt die Möglichkeit, Entscheidungen in Echtzeit zu treffen.

• Erhöhtes Risiko: Die dem Bergbau innewohnenden Risiken (steile Hänge, herabfallende Felsen und instabile Formationen ...) stellen ein erhebliches Sicherheitsrisiko für das Vermessungspersonal dar.

DER WANDEL DURCH DIE LIDAR-TECHNOLOGIE

Die LiDAR-Technologie geht diese Herausforderungen frontal an. Ihre Effizienz und Genauigkeit übertrifft herkömmliche Vermessungsmethoden, wodurch sich Verzögerungen im Betrieb erheblich verringern und die Sicherheit verbessert. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), die mit LiDAR-Systemen ausgestattet sind, können große Gebiete schnell scannen und liefern Echtzeitdaten, die für eine fundierte Entscheidungsfindung wichtig sind. Diese Fähigkeit beschleunigt nicht nur den Vermessungsprozess, sondern minimiert auch das Risiko für das Personal, da es in potenziell gefährlichen Gebieten nicht mehr vor Ort sein muss.

• Gesteigerte Effizienz: Mit LiDAR ausgerüstete UAVs erfassen Millionen von präzisen Datenpunkten pro Sekunde und erstellen detaillierte 3D-Modelle von Minenstandorten. Diese Methode übertrifft herkömmliche Vermessungstechniken erheblich, da sie große Gebiete schnell und mit weniger Personal abdeckt, Vermessungsarbeiten rationalisiert und Zeit- und Arbeitskosten reduziert.

Abbildung 2. Digitales Höhenmodell (DEM) eines Tagebaus.

• Unerreichte Genauigkeit: LiDAR liefert detaillierte, hochauflösende Daten, die eine fundiertere und genauere Entscheidungsfindung ermöglichen. Durch die Erstellung hochgenauer 3D-Modelle ermöglicht LiDAR präzise Volumenberechnungen, Haldenmessungen und Hanganalysen.

• Verbesserte Sicherheit: Einer der wichtigsten Fortschritte von LiDAR ist sein Beitrag zur Sicherheit der Vermesser. Bei herkömmlichen Vermessungsarbeiten befindet sich das Personal häufig in der Nähe von Gefahrenquellen, wie z. B. aktiven Sprenggebieten oder instabilem Gelände. Die luftgestützte LiDAR-Vermessung verbessert die Sicherheitsbedingungen für die Vermessungsteams erheblich, da die Anwesenheit von Menschen in gefährlichen Bereichen auf ein Minimum reduziert wird.

ÜBERBLICK ÜBER DEN LIDAR-BASIERTEN VERMESSUNGSPROZESS

Der LiDAR-Vermessungsprozess umfasst mehrere Schritte, von der anfänglichen Flugplanung bis zur abschließenden Datenverarbeitung. LiDAR-Systeme, darunter das CHCNAV AlphaUni 20 (AU20), rationalisieren diesen Prozess. Darüber hinaus ermöglicht die Integration mit fortschrittlichen Softwarelösungen eine effiziente Verarbeitung und Analyse von LiDAR-Daten, was zu verwertbaren Erkenntnissen für den Bergbau führt.

1. Flugplanung:

• Software-Unterstützung: Mithilfe von Software wie SmartGo von CHCNAV oder DJI Pilot 2 werden die UAVs durch sorgfältig geplante Flugrouten geführt. Dies gewährleistet eine unvergleichliche Abdeckung und Datenerfassung, indem die Flugrouten auf die einzigartigen Anforderungen der einzelnen Minenstandorte zugeschnitten werden, wodurch sowohl die Effizienz als auch die Sicherheit optimiert werden.

Abbildung 3. Flugroutenplanung für die UAV-LiDAR-Vermessung.

• GNSS-Korrekturen: Die Genauigkeit der Scanergebnisse hängt vom LIDAR, der Positionierungsgenauigkeit des UAV und der Datenverarbeitung ab. Die Genauigkeit der Positionierung wird durch kinematische Echtzeitkorrekturen (RTK) oder post-processed kinematic (PPK) erheblich verbessert. In Kombination mit strategisch platzierten Bodenkontrollpunkten verfeinern diese Korrekturen die Genauigkeit der Daten auf höchstem Niveau und gewährleisten, dass jeder erfasste Punkt zu einer umfassenden und genauen Vermessung beiträgt.

2. Datenerfassung:

• Überwachung in Echtzeit: Die Automatisierung der Datenerfassung wird durch eine aufmerksame Echtzeit-Überwachung ergänzt, um potenzielle Probleme wie verlorene RTK-Verbindungen oder unerwartete Störungen zu erkennen und zu entschärfen. Darüber hinaus können unvorhergesehene Herausforderungen, wie z. B. eine dichtere Vegetation als ursprünglich angenommen, ein manuelles Eingreifen des Vermessungsingenieurs erfordern, um eine umfassende Abdeckung und Datenintegrität sicherzustellen. Dieser adaptive Ansatz gewährleistet die höchste Qualität der Datenerfassung und stellt sicher, dass kein Detail übersehen wird.

3. Datenverarbeitung:

• Software-Integration: Der Weg der LiDAR-Daten von den Rohpunkten zu verwertbaren Erkenntnissen beginnt mit dem Import in eine fortschrittliche Verarbeitungssoftware wie die CoPre-Software von CHCNAV. Hier durchlaufen die Daten eine sorgfältige Abfolge von Filterung, Korrektur, Klassifizierung und schließlich die Modellierung in Formaten wie digitalen Höhenmodellen (DEM) in der CoProcess-Software. Dieser transformative Prozess verfeinert die Rohdaten in eine strukturierte und hochgradig nutzbare Form, die für eine eingehende Analyse und Anwendung im Bergbau bereit ist.

4. Anwendung der Daten:

Die hochentwickelte CoProcess-Software des CHCNAV bietet eine noch nie dagewesene Genauigkeit und Effizienz bei der Modellierung und Analyse.

• Volumenberechnungen: CoProcess ermöglicht die genaue Bestimmung des Volumens des über bestimmte Zeiträume geförderten Materials und verbessert so die Produktionsüberwachung und das Ressourcenmanagement.

Abbildung 4. Die Berechnung des Volumens des entnommenen Materials über bestimmte Zeiträume in der CoProcess-Software.

• Analyse von Lagerbeständen: CoProcess berechnet auf effiziente Weise die Höhe, die Fläche und das Volumen von Lagerbeständen und erleichtert so die Bestandsverwaltung und die Logistikplanung.

Abbildung 5. Lagerbestandsanalyse in der Coprocess-Software.

• Böschungsanalyse: Unter Verwendung von LiDAR-Daten automatisiert die CoProcess-Software die Extraktion von wichtigen Hangmetriken wie Ober- und Unterkanten und Hangwinkeln. Diese Informationen können nahtlos in das DLG-Format exportiert werden, um eine einfache Integration in CAD-Software zu ermöglichen. Die Durchführung gründlicher Bewertungen der Hangstabilität und die Formulierung wirksamer Strategien zur Risikominderung erhöhen die Sicherheit und betriebliche Effizienz von Tagebauprojekten.

Abbildung 6. Generierung und Analyse von Böschungslinien in der CoProcess-Software.

KRITERIEN FÜR DIE AUSWAHL DES RICHTIGEN LIDARSYSTEMS

Die Auswahl des richtigen LiDAR-Systems für einen Tagebau erfordert die Bewertung mehrerer Faktoren. Das ideale System sollte ein umfassendes Ökosystem bieten, das sich nahtlos in den bestehenden Betrieb einfügt, robuste Scanfunktionen zur Erfassung detaillierter Geländedaten bieten und kosteneffizient sein, um eine hohe Investitionsrentabilität zu gewährleisten. Das AlphaUni 20 (AU20) von CHCNAV ist ein System, das diese Kriterien erfüllt. Es bietet eine Mischung aus hoher Genauigkeit, betrieblicher Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit und ist damit die erste Wahl für Bergbauvermesser.

• Umfassendes Ökosystem: Es umfasst kompatible Sensoren, UAV-Plattformen sowie Flugplanungs- und Nachverarbeitungssoftware und ist für einen reibungslosen Betrieb unerlässlich. Die Lösungen von CHCNAV bieten ein vollständig integriertes Ökosystem, das Kompatibilität und effiziente Arbeitsabläufe während des gesamten Vermessungsprozesses gewährleistet.

• Scanning-Fähigkeiten: Fokus auf Scandistanz, Genauigkeit, FOV und Echointensität. Hochleistungs-LiDARs wie der AU20 von CHCNAV mit einer Reichweite von 1.450 Metern und 200 Scans pro Sekunde bieten eine große Reichweite und schnelles Scannen, was für einen effizienten Bergbau in großem Maßstab erforderlich ist.

Abbildung 7. AlphaUni 20 Multiplattform-LiDAR-Lösung für die Kartierung.

• Kosteneffizienz: Die Priorität liegt auf erschwinglichen, benutzerfreundlichen Lösungen mit vereinfachtem Einsatz und reduziertem Schulungsbedarf, um die Vorlaufkosten mit den langfristigen Vorteilen in Einklang zu bringen und so sicherzustellen, dass die Technologie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet.

DIE ZUKUNFT VON LIDAR IM TAGEBAU

Die Zukunft von LiDAR im Tagebau ist vielversprechend, wobei erschwingliche Technologien wie die AlphaUni 20 von CHCNAV den Weg weisen. Die Präzision und Effizienz von LiDAR-Systemen hat das Potenzial, den Bergbau zu verändern, fundiertere Entscheidungen zu ermöglichen und die Sicherheitsprotokolle erheblich zu verbessern. Mit der weiteren Entwicklung dieser Technologien ist mit weiteren Fortschritten bei den Vermessungsprozessen zu rechnen, die zu noch größerer betrieblicher Effizienz und einer stärkeren Konzentration auf die Sicherheit der Arbeiter führen werden.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt innovative Kartierungs-, Navigations- und Positionierungslösungen, um die Arbeit der Kunden effizienter zu gestalten. Die Produkte und Lösungen von CHCNAV decken zahlreiche Branchen ab, z. B. Geodaten, Bauwesen, Landwirtschaft und Schifffahrt. Mit einer weltweiten Präsenz, Vertriebspartnern in mehr als 120 Ländern und mehr als 1.700 Mitarbeitern ist CHC Navigation heute als eines der am schnellsten wachsenden Unternehmen im Bereich der Geomatik-Technologien anerkannt.