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深度解读!SLAM技术,将为智慧矿山带来质的飞跃!

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2019-09-09
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摘要 : 目前,智慧矿山空间数据不仅需要达到全覆盖采集,还需要快速、自动化、连续采集。而地下空间恰恰无法利用GPS定位,只得依赖于人工进行架站的方式进行三维激光扫描。

SLAM


技术

将为智慧矿山带来质的飞跃


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SLAM

SLAM 英文全称是Simultaneous Localization and Mapping,中文称作“实时定位与地图创建”。SLAM试图解决这样的问题:在没有GPS(全球定位系统)等外在定位信息的情况下,将一个机器人放入未知环境中的未知位置,如何让机器人一边运动一边逐步描绘出此环境空间地图,从而指导机器人自主定位与智能导航。SLAM技术正是为了实现这个目标涉及到的诸多技术总和。

无人车和机器人离开了SLAM

就像手机离开了WIFI和数据网络

SLAM技术距今已有30余年的发展历史,但相比于深度学习、大数据等词汇,听过的人少之又少。直至最近3年,SLAM才逐渐成为国内机器人和计算机视觉领域的热门研究方向。提起SLAM的重要性,有人曾打比方说,无人车和机器人离开了SLAM,就像手机离开了WIFI和数据网络一样。

 

近年来,作为数字矿山建设的更高级阶段,以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质,实现矿山采矿设计、计划、生产、调度和决策等过程的数字化、信息化与智能化的智慧矿山建设,正如火如荼地进行。而SLAM技术也在各企业、科研院所的共同努力下,正逐步改变着传统的智慧矿山建设手段,为矿业企业的安全、高效、经济、环保的运营目标,提供新的助力。

矿山空间测绘将完全智能化


智慧矿山建设的基础是矿山数字化,获取矿山信息建立三维矿山模型是智慧矿山建设必需的过程。传统的GPS或全站仪测量,只能一次测量单个控制点或者特征点,有限的测量点很难准确描绘矿山的空间现状,而且单点测量耗时2分钟以上,测量速度慢、效率非常低下,严重制约了矿山空间数据的采集密度、精度和效率。


近年来,利用激光测距原理,完整并高精度重建扫描实物的三维激光扫描设备,因采集速度快、高分辨率、高精度、非接触式测量等优势,被广泛应用于矿业行业


但是,通过笔者调研发现,目前地下矿山的三维激光扫描在智慧矿山领域应用并不理想


核心原因是,智慧矿山空间数据不仅需要达到全覆盖采集,还需要快速、自动化、连续采集。而地下空间恰恰无法利用GPS定位,只得依赖于人工进行架站的方式进行三维激光扫描


因此,地下空间的数据采集效率成为限制智慧矿山建设的瓶颈


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基于 SLAM技术 

三维激光扫描仪则解决了这一问题


以天河道云公司的TDS100三维激光扫描仪为例。


该设备综合了SLAM技术与三维激光扫描技术,是专用于地下矿山的手持激光扫描仪,比背包式更加安全和方便。


通过西部某地下铁矿对比,普通架站式扫描仪每小时扫描20米~30米。


而TDS100能做到每小时5000米,工作效率是传统扫描仪的200倍,而且能实现横向与纵向2360度无死角扫描,重量轻到小于1.7公斤,可以极其方便实现地下矿山无人机、机器人和人工扫描。


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该技术的实现,颠覆了传统的单点测量和架站式三维激光扫描测量,将为智慧矿山空间数据采集带来大的变化。


无人机将广泛应用于地下矿井


无人驾驶飞机简称“无人机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机,或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作。


与有人驾驶飞机相比,无人机往往更适合那些较为危险的任务。目前在矿业测绘领域,无人机也大量应用于倾斜摄影、激光扫描等,但同样,这些技术也主要应用于露天矿山。


地下矿山因为通视条件不好,环境复杂,稍微操作不当容易磕碰或坠机,但从矿山角度,这样相对恶劣的环境,更应该是智慧矿山自动化换人的核心领域。


基于SLAM技术的无人机,则可以快速自行构建局部地图,该地图辅助无人机进行自主避障、规划路径,相比传统的无人机,更加可靠、灵活、智能。


基于SLAM技术的无人机技术应用成熟后,必将广泛应用于井下危险空区测量、巷道测量、自动巡检、远程调度指挥等领域



 矿山设备智能化将有质的飞跃


同样因为井下通讯条件和通视条件,以及粉尘等影响,目前井下凿岩、爆破、铲装、运输等各个生产环节急需找到自动化解决方案。机器人及其他硬件设备通常都不会只携带一种传感器,往往是多种传感器的融合。可以预见,随着图像识别、光谱分析、SLAM技术、深度学习、自动控制等技术的融合发展——


矿山设备智能化将会发生质的飞跃


例如将SLAM技术与铲运机、矿车结合,实现自主行走与避障;基于SLAM的行走机器人与元素分析设备相结合,可以实现自动绘制带有地质品位的空间模型;与视觉分析和深度学习相结合,实现井下设备自动寻孔,自动装药,以及更加类人的智能装备。


SLAM技术在智慧矿山的颠覆性应用并不止这些,例如在矿业VR(虚拟现实技术)/AR(增强现实技术)方面,可以根据SLAM得到地图和当前视角对叠加虚拟物体做相应渲染,使得叠加的虚拟物体看起来非常真实,无违和感。


目前智慧矿山领域最为成熟的SLAM技术应用,是与三维激光扫描仪相结合用于空间数据采集。通过与国内各企业、科研院所交流,其他领域的应用则在大力攻关中,并且国内急缺研究SLAM算法的研发工程师,薪资待遇也较高。相信在不久的将来,SLAM技术和各种新技术融合发展,更加先进的智慧矿山必将展现在矿业人面前。SLAM技术的智慧矿山应用范围将会越来越广泛、越来越成熟、越来越普及。


(文 / 蒋智孚)



作者简介

蒋智孚:男,四川阆中人,天河道云副总经理,国研&资源绿色开发智库成员。


专注方向:智慧矿山技术、装备发展动态追踪及系统建设;三维激光扫描仪&矿业信息化&虚拟现实。


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