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。

　　基于 SLAM技术 的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2个360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。

　　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——

　　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。