Mapeamento LiDAR em minas a céu aberto: Pioneirismo em eficiência e segurança

INTRODUÇÃO AO LIDAR NA EXPLORAÇÃO MINEIRA

A exploração mineira a céu aberto, um método fundamental de extração de minerais valiosos da terra, enfrenta inúmeros desafios operacionais, incluindo a manutenção da eficiência e a garantia da segurança do local. Neste ambiente complexo, a tecnologia Light Detection and Ranging (LiDAR) está a emergir como uma ferramenta transformadora. A capacidade do LiDAR para gerar informações precisas e tridimensionais sobre a superfície da terra e os objectos nela existentes melhora significativamente as operações mineiras. Esta tecnologia oferece um salto em termos de precisão e eficiência, fornecendo uma análise detalhada do ambiente mineiro que os métodos tradicionais não conseguem igualar.

Figura 1. Levantamento LiDAR baseado em UAV de uma mina a céu aberto.

O PAPEL ESSENCIAL DOS TOPÓGRAFOS NA MINERAÇÃO A CÉU ABERTO

A topografia em minas a céu aberto é de importância vital. Engloba uma série de tarefas que são fundamentais para o sucesso operacional e a segurança das operações mineiras. Os topógrafos têm a tarefa de colocar explosivos com precisão, mapear dinamicamente o terreno e estimar com exatidão o volume de material a ser extraído. Os métodos tradicionais, embora eficazes até certo ponto, ficam muitas vezes aquém dos níveis de precisão e eficiência exigidos.

• Otimização da colocação de explosivos: A colocação precisa de explosivos é fundamental para uma fragmentação eficaz das rochas, o que, por sua vez, aumenta a eficiência da extração de minerais.

• Mapeamento dinâmico do terreno: Os mapas de terreno constantemente actualizados são essenciais para navegar na paisagem em constante mudança de uma mina, assegurando que as operações mineiras se baseiam nos dados mais actualizados.

• Estimativas de volume exactas: Determinar com precisão o volume de material escavado, minerais extraídos e pilhas de armazenamento é fundamental para o planeamento operacional e a previsão financeira.

DESAFIOS DAS TÉCNICAS CONVENCIONAIS DE LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO

Embora as técnicas de levantamento topográfico tradicionais tenham sido a base durante décadas, elas têm limitações. Estas incluem uma precisão comprometida devido à natureza manual das tarefas, atrasos operacionais devido a processos morosos e um risco acrescido para o pessoal de topografia que tem de navegar em ambientes perigosos.

• Precisão comprometida: A natureza complexa da topografia das minas, combinada com as formas irregulares dos materiais, resulta frequentemente em imprecisões na medição do volume.

• Atrasos operacionais: A recolha manual de dados em terrenos difíceis consome muito tempo, afectando a capacidade de tomar decisões em tempo real.

• Aumento do risco: Os riscos inerentes ao ambiente mineiro (declives íngremes, queda de rochas e formações instáveis...) representam uma ameaça significativa à segurança do pessoal de levantamento.

A TRANSFORMAÇÃO ATRAVÉS DA TECNOLOGIA LIDAR

A tecnologia LiDAR aborda estes desafios de frente. A sua eficiência e precisão ultrapassam os métodos de levantamento tradicionais, reduzindo significativamente os atrasos operacionais e melhorando a segurança. Os veículos aéreos não tripulados (UAVs) equipados com sistemas LiDAR podem analisar rapidamente grandes áreas, fornecendo dados em tempo real essenciais para a tomada de decisões informadas. Esta capacidade não só acelera o processo de levantamento, como também minimiza o risco para o pessoal, reduzindo a necessidade de uma presença no terreno em áreas potencialmente perigosas.

• Aumento da eficiência: Os UAVs equipados com LiDAR captam milhões de pontos de dados precisos por segundo, criando modelos 3D detalhados dos locais das minas. Este método supera significativamente as técnicas de levantamento tradicionais, cobrindo grandes áreas rapidamente e com menos pessoal, simplificando as operações de levantamento e reduzindo o tempo e os custos de mão de obra.

Figura 2. Modelo digital de elevação (DEM) de uma mina a céu aberto.

• Precisão inigualável: O LiDAR fornece dados detalhados e de alta resolução que permitem uma tomada de decisões mais informada e exacta. Ao criar modelos 3D altamente precisos, o LiDAR permite cálculos precisos de volume, medições de pilhas de estocagem e análise de declives.

• Maior segurança: Um dos avanços mais importantes do LiDAR é a sua contribuição para a segurança dos topógrafos. Os levantamentos tradicionais colocam frequentemente o pessoal perto de condições perigosas, tais como zonas de explosão activas ou terrenos instáveis. Ao minimizar a necessidade de presença humana em áreas perigosas, o levantamento LiDAR aerotransportado melhora significativamente as condições de segurança das equipas de levantamento.

VISÃO GERAL DO PROCESSO DE LEVANTAMENTO BASEADO EM LIDAR

O processo de levantamento LiDAR envolve várias etapas, desde o planeamento inicial do voo até ao processamento final dos dados. Os sistemas LiDAR, entre os quais o CHCNAV AlphaUni 20 (AU20), simplificam este processo. Além disso, a integração com soluções de software avançadas permite o processamento e a análise eficientes dos dados LiDAR, resultando em informações acionáveis para as operações mineiras.

1. Planeamento de voo:

• Assistência de software: Utilizando software como o SmartGo da CHCNAV ou o DJI Pilot 2, os UAVs são guiados através de trajectórias de voo meticulosamente planeadas. Isto assegura uma cobertura e recolha de dados sem paralelo, adaptando as trajectórias de voo aos requisitos únicos de cada mina, optimizando a eficiência e a segurança.

Figura 3. Planeamento de rotas de voo para levantamento LiDAR por UAV.

• Correcções GNSS: A precisão dos resultados de digitalização depende do LIDAR, da precisão do posicionamento do UAV e do processamento de dados. A precisão do posicionamento é grandemente melhorada por correcções cinemáticas em tempo real (RTK) ou correcções cinemáticas pós-processadas (PPK). Combinadas com pontos de controlo no solo estrategicamente colocados, estas correcções refinam a precisão dos dados ao mais alto nível, assegurando que cada ponto adquirido contribui para um levantamento abrangente e preciso.

2. Recolha de dados:

• Monitorização em tempo real: A automatização da recolha de dados é complementada por uma monitorização vigilante em tempo real para identificar e mitigar potenciais problemas, como a perda de ligações RTK ou interferências inesperadas. Além disso, desafios imprevistos, tais como vegetação mais densa do que o inicialmente previsto, podem exigir a intervenção manual do topógrafo para garantir uma cobertura abrangente e a integridade dos dados. Esta abordagem adaptativa garante a mais alta qualidade de recolha de dados e que nenhum detalhe seja esquecido.

3. Processamento de dados:

• Integração de software: O percurso dos dados LiDAR, desde os pontos em bruto até aos conhecimentos acionáveis, começa com a sua importação para um software de processamento avançado, como o software CoPre da CHCNAV. Aqui, os dados são submetidos a uma sequência meticulosa de filtragem, correção, classificação e, finalmente, modelação em formatos como os Modelos Digitais de Elevação (DEM) no software CoProcess. Este processo de transformação refina os dados brutos numa forma estruturada e altamente utilizável, pronta para uma análise aprofundada e aplicação em operações mineiras.

4. Aplicação de dados:

O sofisticado software CoProcess do CHCNAV proporciona uma precisão e eficiência sem precedentes na modelação e análise.

• Cálculos de volume: O CoProcess permite a determinação exacta do volume de material extraído durante períodos de tempo específicos, melhorando a monitorização da produção e a gestão de recursos.

Figura 4. O cálculo do volume de material extraído durante períodos de tempo específicos no software CoProcess.

• Análise de stocks: O CoProcess calcula eficazmente a altura, a área e o volume dos stocks, facilitando a gestão do inventário e o planeamento logístico.

Figura 5. Análise de pilhas de estoque no software Coprocess.

• Análise de declives: Utilizando dados LiDAR, o software CoProcess automatiza a extração de métricas-chave de declive, tais como as arestas superior e inferior e os ângulos de declive. Esta informação pode ser perfeitamente exportada em formato DLG para uma fácil integração com software CAD. A realização de avaliações exaustivas da estabilidade de taludes e a formulação de estratégias eficazes de mitigação de riscos aumentam a segurança e a eficiência operacional dos projectos mineiros a céu aberto.

Figura 6. Geração e análise de dados de linhas de declive no software CoProcess.

CRITÉRIOS PARA SELECCIONAR O SISTEMA LIDAR ADEQUADO

A seleção do sistema LiDAR adequado para uma mina a céu aberto requer a avaliação de vários factores. O sistema ideal deve oferecer um ecossistema abrangente que se integre perfeitamente nas operações existentes, capacidades de digitalização robustas para captar dados detalhados do terreno e uma boa relação custo-eficácia para garantir um elevado retorno do investimento. O AlphaUni 20 (AU20) da CHCNAV destaca-se como um sistema que cumpre estes critérios, oferecendo uma combinação de elevada precisão, flexibilidade operacional e facilidade de utilização, o que o torna uma escolha de topo para os topógrafos mineiros.

• Ecossistema abrangente: Essencial para operações simplificadas, inclui sensores compatíveis, plataformas UAV e software de planeamento de voo e pós-processamento. As soluções da CHCNAV fornecem um ecossistema totalmente integrado, garantindo compatibilidade e fluxo de trabalho eficiente durante todo o processo de levantamento.

• Capacidades de digitalização: Foco na distância de varrimento, precisão, FOV e intensidade do eco. Os LiDARs de alto desempenho, como o AU20 da CHCNAV, que tem um alcance de 1.450 metros e 200 varrimentos por segundo, oferecem um alcance alargado e um varrimento rápido, que são necessários para a eficiência da exploração mineira em grande escala.

Figura 7. Solução LiDAR multiplataforma AlphaUni 20 para mapeamento.

• Relação custo-eficácia: Dar prioridade a soluções acessíveis e fáceis de utilizar, com uma implementação simplificada e requisitos de formação reduzidos, para equilibrar os custos iniciais com os benefícios a longo prazo, é fundamental para garantir que a tecnologia oferece uma boa relação custo-benefício.

O FUTURO DO LIDAR NA EXPLORAÇÃO MINEIRA A CÉU ABERTO

O futuro do LiDAR nas minas a céu aberto é prometedor, com tecnologias acessíveis como o AlphaUni 20 da CHCNAV a liderar o caminho. A precisão e a eficiência dos sistemas LiDAR têm o potencial de transformar as operações mineiras, permitindo uma tomada de decisões mais informada e melhorando significativamente os protocolos de segurança. À medida que estas tecnologias continuam a evoluir, podemos esperar ver mais avanços nos processos de levantamento topográfico, resultando em eficiências operacionais ainda maiores e um maior enfoque na segurança dos trabalhadores.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) cria soluções inovadoras de cartografia, navegação e posicionamento para tornar o trabalho dos clientes mais eficiente. Os produtos e soluções da CHCNAV abrangem vários sectores, como o geoespacial, a construção, a agricultura e a marinha. Com uma presença em todo o mundo, distribuidores em mais de 120 países e mais de 1700 funcionários, a CHC Navigation é atualmente reconhecida como uma das empresas de crescimento mais rápido em tecnologias geomáticas.