Górnictwo podziemne wiąże się z wyjątkowymi i znaczącymi zagrożeniami bezpieczeństwa w porównaniu z górnictwem odkrywkowym, ze względu na wysokie koncentracje naprężeń, słabe masy skalne oraz ograniczony dostęp i jakość powietrza.
Tradycyjny sprzęt monitorujący do monitorowania zatrzymań jest w większości przypadków nieskuteczny i niepraktyczny ze względu na trudności z umieszczeniem sprzętu monitorującego w niebezpiecznych obszarach zatrzymań.
Drony przydają się tutaj inżynierom do wykonywania różnych misji kopalnianych, które są zbyt „nudne, brudne lub niebezpieczne” dla ludzi. Wyposażone w czujniki, silniki, śmigła, kamery i systemy GPS, mogą wykonywać złożone zadania wydobywcze w ciągu kilku godzin przy mniejszej liczbie roboczogodzin, zwiększając produktywność i wydajność.
Warto zauważyć, że szybkie postępy technologiczne w czujnikach pasywnych i aktywnych zwiększyły możliwości dronów w różnego rodzaju misjach. Czujniki mają różne specyfikacje w zależności od rozmiaru drona, celu badania i warunków oświetleniowych.
W tym poście omówimy niektóre z powszechnie używanych czujników w dronach górniczych, w tym czujniki podczerwieni (IR), czujniki ultradźwiękowe, czujniki RGB, kamery stereo, dalmierze laserowe (LRF), radary ultraszerokopasmowe (UWB) i czujniki hiperspektralne.
1. Czujniki podczerwieni (IR)
Czujniki podczerwieni (IR), uważane za czujniki ciepła, to niedrogie czujniki wykrywające przeszkody, które mogą wykrywać promieniowanie energetyczne obiektów. Ogólnie rzecz biorąc, w widmie podczerwieni wszystkie materiały powyżej zera absolutnego emitują fale.
Pomimo ograniczonej rozdzielczości czujniki podczerwieni mogą z łatwością wykrywać ludzi. Ma również tę zaletę, że wykrywa mgłę, dym, dzień i noc. Jednak obrazy z czujnika mogą być zniekształcone przez płomień i inne źródła wysokiej temperatury. Co więcej, nie działa dobrze przez gęsty kurz.
2. Czujniki ultradźwiękowe (USA)
Czujniki ultradźwiękowe (USA) są również niedrogimi i nieskomplikowanymi czujnikami nadającymi się do różnych zastosowań. Jedyne standardowe czujniki w technologii dronów, które nie są oparte na falach elektromagnetycznych (EM), wykrywają przeszkody emitując fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości i zbierając fale odbite. Odległość do przeszkód jest określana poprzez obliczenie czasu lotu. Jedną wadą jest to, że mają mniejszy zasięg w porównaniu z innymi czujnikami.
3. Czujniki czerwono-zielono-niebieskie (RGB)
Kamera RGB jest powszechnie stosowana w geodezji i mapowaniu, monitorowaniu ruchu drogowego, obliczaniu objętości zapasów, monitorowaniu bezpieczeństwa, inspekcjach itp. Przechwytuje obrazy RGB (czerwony, zielony, niebieski) i ma dwa aktywne stereo lub wykrywanie czasu przelotu do oceny głębokości.
Wybór kamery RGD musi być dokonany ostrożnie, biorąc pod uwagę zużycie energii przez drona. Kompaktowa kamera jest preferowana w przypadku dronów stałopłatowych w normalnej sytuacji, ponieważ nie mogą one przenosić ciężkich urządzeń.
4. Kamery stereoskopowe
Kamera stereo jest wyposażona w dwa lub więcej obiektywów, które tworzą obrazy 3D o wysokiej rozdzielczości, podobne do ludzkiego układu wzrokowego. Używając oddzielnych czujników obrazu, może tworzyć trójwymiarowe obrazy z dużą dokładnością w czystym środowisku. Jednak ma słabą wydajność we mgle, dymie i kurzu, ponieważ fale świetlne są zniekształcone w takich warunkach.
5. Dalmierze laserowe (LRF)
Dalmierze laserowe (LRF) to drogie czujniki szeroko stosowane do wykrywania przeszkód w dronach. W LRF wiązka laserowa jest wypromieniowywana na przeszkodę w celu zmierzenia odległości do obiektu poprzez odebranie fali odbitej i rozważenie czasu przelotu. Ponieważ LRF wykorzystują optyczne długości fal światła, nie nadają się do mgły, dymu, kurzu lub podobnych niekorzystnych warunków.
6. Radar ultraszerokopasmowy (UWB)
Radar ultraszerokopasmowy (UWB) wykrywa przeszkody, emitując fale elektromagnetyczne w widmie radiowym. Podobnie jak w USA i LRF, odległość do celu jest mierzona poprzez obliczenie fali odbitej i czasu przelotu. Fale radiowe mają dłuższą długość fali niż światło widzialne i podczerwone, zapewniając lepszą penetrację niż światło widzialne w kurzu, dymie, mgle i innych niekorzystnych warunkach.
UWB ma również inne cechy, które sprawiają, że jest najbardziej odpowiedni w kopalniach. Posiada precyzyjną i wyższą rozdzielczość obrazu niż czujniki ultradźwiękowe w trudnych warunkach. Po drugie, UWB zużywa mało energii, tj. mniej niż 1 wat. Oszczędza to znaczną moc baterii drona. Po trzecie, UWB ma minimalne interferencje z innymi bezprzewodowymi zastosowaniami, takimi jak kontroler lotu i łącze telemetryczne, ze względu na niską gęstość widmową. Wreszcie, UWB może wykrywać obiekty o różnych cechach, takich jak krawędzie, narożniki itp. Może również identyfikować trójwymiarowe współrzędne najbliższego obiektu.
7. Czujniki hiperspektralne
Większość multispektralnych urządzeń do obrazowania, takich jak Landsat, SPOT i AVHRR, wykrywa odbicie materiału powierzchni Ziemi w kilku szerokich pasmach długości fali, oddzielonych segmentami widmowymi. Z drugiej strony, lekkie czujniki obrazowania hiperspektralnego (HSI) oceniają promieniowanie odbite jako serię wąskich i ciągłych pasm długości fal.
Zazwyczaj pasma te są mierzone w odstępach od 10 do 20 nm za pomocą czujników hiperspektralnych. Dostarczają informacji niedostępnych tradycyjnymi metodami. Ogólnie rzecz biorąc, czujniki te są szeroko stosowane w geologii, mapowaniu minerałów i eksploracji.
8. Czujniki magnetyczne
Czujniki magnetyczne zapewniają dokładne pomiary pola magnetycznego. Oceniają zakłócenia, a zmiany w polu magnetycznym obejmują strumień, siłę i kierunek. Normalna waga magnetometru cezowego wynosi około 0,82 kg. Do wyznaczenia trójwymiarowych gradientów pola magnetycznego potrzebne są cztery magnetometry, których łączna masa wynosi 3,28 kg. Czujniki te są najczęściej używane do eksploracji minerałów.
9. Widoczny zakres widmowy w bliskiej podczerwieni (VNIR)
Część widma elektromagnetycznego w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni (VNIR) ma długość fali w odstępach od około 400 do 1400 nanometrów (nm). Zakres ten składa się z pełnego widma widzialnego z przyległą częścią widma w podczerwieni aż do pasma absorpcji wody w odstępach 1400 i 1500 nm.
Czujniki VNIR, stosowane w dronach, ze względu na ich niewielkie rozmiary i niewielką wagę, mogą mierzyć wilgotność powierzchniową odkrywek, zapór ogonowych, ścian przestrzeni podziemnych i powierzchni. Poza tym każdy minerał w postaci cząstek ma specjalną sygnaturę w widmach VNIR, co jest zaletą w eksploracji minerałów za pomocą dronów wyposażonych w czujnik VNIR.
10. Czujniki jakości powietrza
Oprócz wszystkich wymienionych powyżej czujników, na dronie można zainstalować określone czujniki do określonej misji, na przykład w celu monitorowania jakości powietrza, wykrywania gazu, monitorowania pyłu itp. Zazwyczaj czujniki jakości powietrza są oparte na optycznych, ultradźwiękowych i elektrochemiczne elementy czujnikowe. Mogą być instalowane na dronie w zależności od rodzaju zanieczyszczenia, czasu uwolnienia i wymagań pomiarowych.