採掘におけるライダー入門
大地から貴重な鉱物を採掘する基本的な方法である露天掘り採鉱は、効率性の維持や現場の安全確保など、多くの運営上の課題に直面しています。このような複雑な環境において、Light Detection and Ranging (LiDAR)技術は、変革をもたらすツールとして台頭してきています。LiDARの能力は、地表とその上の物体に関する正確な3次元情報を生成することで、採掘作業を大幅に向上させます。この技術は、精度と効率の飛躍的な向上をもたらし、従来の方法では対応できなかった採掘環境の詳細な分析を提供します。
図1.露天掘り鉱山のUAVベースのLiDAR調査。
露天掘りにおける測量士の重要な役割
露天掘り鉱山における測量は極めて重要です。それは、採掘作業の成功と安全にとって極めて重要な、さまざまな作業を含んでいる。測量士は、爆薬を正確に設置し、地形をダイナミックにマッピングし、採掘される物質の量を正確に推定する任務を担っている。従来の方法では、一定の効果はあるものの、必要なレベルの精度と効率には及ばないことが多い。
- 爆薬の配置の最適化：爆薬を正確に配置することは、岩石を効果的に破砕し、鉱物抽出の効率を高めるために非常に重要です。
- ダイナミックな地形マッピング：常に更新される地形図は、刻々と変化する鉱山の景観をナビゲートするために不可欠であり、採掘作業が最新のデータに基づいて行われることを保証します。
- 正確な体積推定：掘削された材料、抽出された鉱物、ストックパイルの量を正確に決定することは、操業計画と財務予測の基本です。
従来の測量技術の課題
従来の測量技術は数十年にわたり基礎となってきましたが、限界があります。手作業による精度の低下、時間のかかるプロセスによる操業の遅れ、危険な環境を移動しなければならない調査員のリスクの増大などである。
- 精度の低下：鉱山の地形は複雑で、材料の形状も不規則であるため、体積測定の精度が低くなることがよくあります。
- 作業の遅れ：困難な地形での手作業によるデータ収集は時間がかかり、リアルタイムの意思決定に影響を与えます。
- リスクの増大：採掘環境に内在するリスク（急斜面、落石、不安定な地層など）は、調査員に重大な安全上の脅威をもたらす。
ライダー技術による変革
LiDAR技術は、これらの課題に正面から取り組んでいます。その効率と精度は従来の測量方法を凌駕し、作業遅延を大幅に削減し、安全性を向上させます。LiDARシステムを搭載した無人航空機(UAV)は、広範囲を素早くスキャンし、情報に基づいた意思決定に不可欠なデータをリアルタイムで提供することができます。この機能は測量プロセスをスピードアップさせるだけでなく、潜在的に危険なエリアでの現場常駐の必要性を減らすことで、作業員のリスクを最小限に抑えます。
- 効率性の向上：LiDARを搭載したUAVは、毎秒数百万の正確なデータポイントを取得し、地雷現場の詳細な3Dモデルを作成します。この方法は、従来の測量技術を大幅に上回り、より少ない人員で広範囲を迅速にカバーし、測量作業を合理化し、時間と人件費を削減します。
図2.露天掘り鉱山のデジタル標高モデル（DEM）。
- 比類のない精度LiDARは詳細で高解像度のデータを提供し、より多くの情報に基づいた正確な意思決定を可能にします。高精度の3Dモデルを作成することにより、LiDARは正確な体積計算、ストックパイルの測定、斜面解析を可能にします。
- 安全性の向上：LiDARの最も重要な進歩の1つは、測量士の安全性への貢献です。従来の測量では、発破区域や不安定な地形など、危険な状況の近くに作業員を配置することがよくありました。危険区域に人間が立ち入る必要性を最小限に抑えることで、空中LiDAR測量は測量作業員の安全条件を大幅に改善します。
ライダー測量プロセスの概要
LiDAR測量プロセスには、最初の飛行計画から最終的なデータ処理まで、いくつかのステップが含まれます。CHCNAVAlphaUni 20 (AU20)をはじめとするLiDARシステムは、このプロセスを合理化します。さらに、先進的なソフトウェアソリューションとの統合により、LiDARデータの効率的な処理と分析が可能になり、採掘作業に実用的な洞察をもたらします。
1.フライトプランニング
- ソフトウェアによる支援：CHCNAVのSmartGoやDJI Pilot 2などのソフトウェアを使用して、UAVは綿密に計画された飛行経路を誘導されます。これにより、各鉱山現場特有の要件に合わせて飛行経路を調整し、効率性と安全性の両方を最適化することで、比類のないカバレッジとデータ収集を実現します。
図3.UAV LiDAR調査の飛行ルート計画。
- GNSS補正：スキャニング結果の精度は、LIDAR、UAVの測位精度、データ処理に依存します。測位精度はリアルタイムキネマティック（RTK）またはポスト処理キネマティック（PPK）補正によって大幅に向上します。戦略的に配置された地上コントロールポイントと組み合わせることで、これらの補正はデータの精度を最高レベルまで高め、取得したすべてのポイントが包括的で正確な測量に貢献することを保証します。
2.データ収集
- リアルタイムのモニタリング： データ収集の自動化は、RTK接続の損失や予期せぬ干渉などの潜在的な問題を特定し、軽減するための注意深いリアルタイムモニタリングによって補完される。さらに、当初想定していたよりも植生が密であるなど、予期せぬ問題が発生した場合は、包括的なカバレッジとデータの完全性を確保するために、測量士による手動介入が必要になることがあります。この適応的なアプローチにより、最高品質のデータ収集が保証され、細部まで見逃すことはありません。
3.データ処理：
- ソフトウェアの統合： LiDARデータは、CHCNAVのCoPreソフトウェアなどの高度処理ソフトウェアに取り込まれることから始まります。ここで、データはフィルタリング、補正、分類、そして最終的にはCoProcessソフトウェアでデジタル標高モデル（DEM）のようなフォーマットへのモデリングが行われます。この変換プロセスにより、生データは構造化され、採掘作業で詳細な分析と応用が可能な、非常に使いやすい形に洗練されます。
4. データの応用
CHCNAVの洗練されたCoProcessソフトウェアは、モデリングと分析においてかつてない精度と効率を提供します。
- 体積計算： CoProcessは、特定の期間に抽出された原料の量を正確に決定し、生産モニタリングと資源管理を改善します。
図4.CoProcessソフトウエアでの特定期間の抽出量計算。
- 在庫分析： CoProcessは、在庫の高さ、面積、体積を効率的に計算し、在庫管理と物流計画を容易にします。
図5.Coprocessソフトウェアでの在庫分析。
- 斜面解析： LiDARデータを使用し、CoProcessソフトウェアは天端、底端、斜面角度などの主要な斜面メトリクスの抽出を自動化します。この情報は DLG 形式でシームレスにエクスポートできるため、CAD ソフトウェアと簡単に統合できます。徹底的な斜面の安定性評価を実施し、効果的なリスク軽減戦略を策定することで、露天採掘プロジェクトの安全性と操業効率を高めることができます。
図6.CoProcessソフトウェアでの斜面線データの生成と解析。
適切なライダーシステムの選択基準
露天掘り鉱山に適したLiDARシステムを選択するには、いくつかの要素を評価する必要があります。理想的なシステムは、既存のオペレーションとシームレスに統合する包括的なエコシステム、詳細な地形データを取得するための堅牢なスキャン機能、高い投資対効果を確保するための費用対効果を提供する必要があります。CHCNAVのAlphaUni 20 (AU20)は、これらの基準を満たすシステムとして際立っており、高精度、操作の柔軟性、使いやすさの融合を提供し、採掘測量業者にとって最良の選択となっている。
- 包括的なエコシステム：効率的な運用に不可欠な、互換性のあるセンサー、UAVプラットフォーム、フライトプランニングと後処理ソフトウェアの両方を含みます。CHCNAVのソリューションは、完全に統合されたエコシステムを提供し、測量プロセス全体の互換性と効率的なワークフローを保証します。
- スキャニング機能：スキャニング距離、精度、FOV、エコー強度に重点を置いています。CHCNAVのAU20のような高性能LiDARは、1,450メートルの測定範囲と毎秒200回のスキャンが可能で、大規模採掘の効率化に必要な測定範囲の拡大と高速スキャンを実現します。
図7.マッピング用AlphaUni 20マルチプラットフォームLiDARソリューション。
- 費用対効果：初期費用と長期的な利益のバランスを取るために、導入が簡単でトレーニングの必要性が少なく、手頃で使いやすいソリューションを優先することは、技術が費用対効果を確実にするための中心的な要素です。
露天掘りにおけるライダーの未来
露天採掘におけるLiDARの将来は有望であり、CHCNAVのAlphaUni 20のような手頃な技術がその道をリードしています。LiDARシステムの精度と効率は、採掘作業を変革し、より多くの情報に基づいた意思決定を可能にし、安全プロトコルを大幅に改善する可能性を秘めています。これらの技術が進化し続けるにつれて、測量プロセスがさらに進歩し、作業効率がさらに向上し、作業員の安全がより重視されるようになることが期待できる。
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CHCナビゲーションについて
CHC Navigation (CHCNAV)は、革新的なマッピング、ナビゲーション、ポジショニング・ソリューションを創造し、お客様の作業をより効率的にします。CHCNAVの製品とソリューションは、地理空間、建設、農業、海洋など、さまざまな業界をカバーしています。世界120カ国以上に販売代理店を持ち、1,700人以上の従業員を擁するCHCナビゲーションは、今日、ジオマティクス技術において最も急成長している企業の1つとして認められています。
