Ondergrondse mijnbouw heeft unieke en aanzienlijke veiligheidsrisico's in vergelijking met dagbouw, vanwege hoge spanningsconcentraties, zwakke rotsmassa's en beperkte toegang en luchtkwaliteit.
Traditionele bewakingsapparatuur voor haltebewaking is in de meeste gevallen niet effectief en onpraktisch, vanwege de moeilijkheden bij het plaatsen van de bewakingsapparatuur in onveilige gebieden van de haltes.
Drones zijn hier handig voor ingenieurs om verschillende mijnmissies uit te voeren, die te "saai, vies of gevaarlijk" zijn voor mensen. Uitgerust met sensoren, motoren, propellers, camera's en GPS-systemen, kunnen ze complexe mijnbouwtaken binnen enkele uren uitvoeren met minder manuren, wat de productiviteit en efficiëntie verhoogt.
Met name hebben snelle technologische ontwikkelingen in passieve en actieve sensoren de capaciteit van drones in verschillende soorten missies versterkt. Sensoren hebben verschillende specificaties, afhankelijk van de grootte van de drone, het onderzoeksdoel en de lichtomstandigheden.
In dit bericht worden enkele van de veelgebruikte sensoren op mijnbouwdrones onderzocht, waaronder infraroodsensoren (IR), ultrasone sensoren, RGB-sensoren, stereocamera's, laserafstandsmeters (LRF's), Ultra-Wideband Radar (UWB) en hyperspectrale sensoren.
1. Infraroodsensoren (IR)
Infraroodsensoren (IR), beschouwd als warmtesensoren, zijn goedkope obstakeldetectorsensoren die de energiestraling van objecten kunnen detecteren. Over het algemeen zenden in het infraroodspectrum alle materialen boven het absolute nulpunt golven uit.
Ondanks de beperkte resolutie kunnen infraroodsensoren gemakkelijk mensen detecteren. Het heeft ook het voordeel dat het overdag en 's nachts door mist, rook heen kan. De sensorbeelden kunnen echter worden vervormd door vlammen en andere bronnen van hoge temperaturen. Bovendien werkt het niet goed door het dikke stof.
2. Ultrasone sensoren (VS)
Ultrasone sensoren (VS) zijn ook goedkope en ongecompliceerde sensoren die geschikt zijn voor verschillende toepassingen. De enige standaardsensoren in de dronetechnologie die niet gebaseerd zijn op elektromagnetische golven (EM), detecteren de obstakels door hoogfrequente geluidsgolven uit te stralen en gereflecteerde golven op te vangen. De afstand tot de hindernissen wordt bepaald door de vluchttijd te berekenen. Een nadeel is dat ze een kleiner bereik hebben in vergelijking met andere sensoren.
3. Rood-Groen-Blauwe (RGB) Sensoren
RGB-camera's worden vaak gebruikt bij landmeten en in kaart brengen, bewaking van wegverkeer, berekening van voorraadvolume, beveiligingsmonitoring, inspectie, enz. Hij legt RGB-beelden (Rood Groen Blauw) vast en heeft twee actieve stereo's of time-of-flight-detectie voor diepte-evaluatie.
De selectie van de RGD-cameraselectie moet zorgvuldig gebeuren, rekening houdend met het energieverbruik van de drone. Een compactcamera heeft de voorkeur voor drones met vaste vleugels in een normale situatie, omdat ze geen zware apparaten kunnen dragen.
4. Stereocamera's
De stereocamera is uitgerust met twee of meer lenzen om 3D-beelden met een hoge resolutie te creëren, vergelijkbaar met het menselijke visuele systeem. Met behulp van afzonderlijke beeldsensoren kan het driedimensionale beelden met hoge nauwkeurigheid ontwikkelen in een schone omgeving. Het presteert echter slecht bij mist, rook en stof omdat de lichtgolven onder dergelijke omstandigheden worden vervormd.
5. Laserafstandsmeters (LRF's)
Laser Range Finders (LRF's) zijn dure sensoren die veel worden gebruikt voor het detecteren van obstakels in drones. In LRF's wordt een laserstraal uitgestraald naar een obstakel om de afstand tot een object te meten door een gereflecteerde golf te ontvangen en rekening te houden met de vluchttijd. Aangezien LRF's optische golflengten van licht gebruiken, is deze niet geschikt voor mist, rook, stof of soortgelijke ongunstige omstandigheden.
6. Ultrabreedbandradar (UWB)
Ultra-Wideband Radar (UWB) voert obstakeldetectie uit door elektromagnetische golven in het radiospectrum uit te zenden. Net als in de VS en LRF's, wordt de doelafstand gemeten door de gereflecteerde golf en vluchttijden te berekenen. De radiogolven hebben een langere golflengte dan zichtbaar licht en infrarood, waardoor ze beter doordringen dan zichtbaar licht in stof, rook, mist en andere ongunstige omstandigheden.
UWB heeft ook andere kenmerken die het het meest geschikt maken in mijnen. Het heeft een nauwkeurige en hogere beeldresolutie dan de ultrasone sensoren in zware omstandigheden. Ten tweede gebruikt UWB een laag energieverbruik, dwz minder dan 1 Watt. Dit bespaart aanzienlijk batterijvermogen van de drone. Ten derde heeft UWB minimale interferentie met andere draadloze toepassingen zoals vluchtcontroller en telemetrielink met betrekking tot lage spectrale dichtheid. Ten slotte kan UWB objecten detecteren met verschillende kenmerken, zoals randen, hoeken, enz. Het kan ook de driedimensionale coördinaten van het dichtstbijzijnde object identificeren.
7. Hyperspectrale sensoren
De meeste multispectrale imagers zoals Landsat, SPOT en AVHRR detecteren reflectie van het aardoppervlak op verschillende brede golflengtebanden, gescheiden door spectrale segmenten. Lichtgewicht hyperspectrale beeldvormingssensoren (HSI) daarentegen beoordelen gereflecteerde straling als een reeks smalle en aaneengesloten golflengtebanden.
Meestal worden deze banden gemeten met intervallen van 10 tot 20 nm door hyperspectrale sensoren. Ze bieden informatie die niet op traditionele wijze toegankelijk is. Over het algemeen worden deze sensoren veel gebruikt in de geologie, het in kaart brengen van mineralen en exploratie.
8. Magnetische sensoren
De magnetische sensoren produceren nauwkeurige metingen van het magnetische veld. Ze beoordelen verstoringen en veranderingen in het magnetische veld omvatten flux, sterkte en richting. Het normale gewicht van een Cesium-magnetometer is ongeveer 0,82 kg. Er zijn vier magnetometers nodig om driedimensionale magnetische veldgradiënten af te leiden, wat een gecombineerd gewicht van 3,28 kg oplevert. Deze sensoren worden meestal gebruikt voor de exploratie van mineralen.
9. Zichtbaar en nabij-infrarood spectraal bereik (VNIR)
Het zichtbare en nabij-infrarode (VNIR) deel van het elektromagnetische spectrum heeft een golflengte met intervallen van ongeveer 400 en 1400 nanometer (nm). Dit bereik bestaat uit een volledig zichtbaar spectrum met een aangrenzend deel van het infraroodspectrum tot aan de waterabsorptieband met tussenpozen van 1400 en 1500 nm.
VNIR-sensoren, die op drones worden gebruikt vanwege hun kleine formaat en laag gewicht, kunnen het oppervlaktevocht van open putten, residudammen, ondergrondse ruimten en oppervlakken meten. Bovendien heeft elk deeltjesmineraal een speciale signatuur in VNIR-spectra, wat een voordeel is bij de exploratie van mineralen door drones die zijn uitgerust met een VNIR-sensor.
10. Luchtkwaliteitssensoren
Naast alle bovengenoemde sensoren, kunnen specifieke sensoren op een drone worden geïnstalleerd voor een specifieke missie, bijvoorbeeld om de luchtkwaliteit, gasdetectie, stofmonitoring, enz. elektrochemische sensorelementen. Ze kunnen op een drone worden geïnstalleerd, afhankelijk van het type besmetting, de vrijgavetijd en de meetvereisten.