文章來源于公眾號：地一眼，原文鏈接：礦山廢棄物管理的新技術(shù)：更安全、更環(huán)保

近期，科研團(tuán)隊在《技術(shù)》（Technologies）期刊上發(fā)表了一項突破性成果，詳細(xì)闡述了他們?yōu)樘嵘�礦山廢棄物管理的安全性和可持續(xù)性而精心研發(fā)的新技術(shù)。該項目聚焦于無人機(jī)、地面?zhèn)鞲衅鞯燃舛丝萍嫉娜诤蠎?yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)對礦區(qū)環(huán)境的高效精準(zhǔn)監(jiān)控。尤為值得一提的是，研究團(tuán)隊還嘗試將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已獲成功的電磁測量技術(shù)引入采礦業(yè)，以期帶來革命性的變革。

項目背景

當(dāng)前，有效管理礦山廢棄物已成為采礦業(yè)亟待解決的重大環(huán)境課題之一。隨著鎳、銅、鈷等礦物在可再生能源技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，全球需求持續(xù)攀升，預(yù)計采礦廢棄物量將急劇增加。然而，傳統(tǒng)監(jiān)測手段如鉆探不僅成本高昂，且數(shù)據(jù)可靠性不足，難以有效支撐廢棄物管理與采礦作業(yè)的安全保障。在此背景下，新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它們通過提供更加精確、成本效益更高的監(jiān)測方案，有望在提升礦區(qū)安全、環(huán)境保護(hù)及土地復(fù)墾等方面發(fā)揮不可估量的作用。

技術(shù)革新引領(lǐng)未來

面對全球?qū)﹃P(guān)鍵礦物需求的激增，對先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)的需求也愈發(fā)迫切。這些技術(shù)不僅促進(jìn)了采礦活動的廣泛展開，也帶來了廢棄物處理的新挑戰(zhàn)。通過將礦山廢料中的地球化學(xué)數(shù)據(jù)與電磁測量技術(shù)相結(jié)合，我們能夠?qū)崿F(xiàn)對礦區(qū)土壤、水質(zhì)及巖石狀況的實(shí)時、精準(zhǔn)監(jiān)測。

當(dāng)前研究進(jìn)展

該研究深入探討了三維傳感、點(diǎn)云處理、鳥瞰成像（BEV）及YOLO v8算法等核心技術(shù)。激光雷達(dá)、三維飛行時間（ToF）傳感器及立體相機(jī)因其在復(fù)雜環(huán)境中捕捉高分辨率數(shù)據(jù)的卓越能力，成為三維感知的首選工具。點(diǎn)云數(shù)據(jù)以點(diǎn)集形式展現(xiàn)三維空間信息，盡管處理起來頗具挑戰(zhàn)，但通過下采樣、配準(zhǔn)及RANSAC等先進(jìn)技術(shù)，我們能夠克服這些難題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效利用。
在巖石中心點(diǎn)定位系統(tǒng)的設(shè)計中，研究團(tuán)隊精心規(guī)劃了組裝、數(shù)據(jù)采集與處理的每一個環(huán)節(jié)。通過戰(zhàn)略性地部署傳感器，結(jié)合Basler Blaze-101 3D ToF攝像機(jī)的卓越性能，該系統(tǒng)在室內(nèi)外環(huán)境中均展現(xiàn)出極高的精度與耐用性。相較于激光雷達(dá)，該相機(jī)在提供深度圖、分辨率及紋理數(shù)據(jù)方面更勝一籌，尤其適合復(fù)雜的巖石探測任務(wù)。此外，系統(tǒng)還集成了實(shí)時處理與相機(jī)冗余等強(qiáng)大功能，確保了數(shù)據(jù)的連續(xù)性與系統(tǒng)的可靠性。

成果斐然，前景廣闊

實(shí)驗結(jié)果顯示，巖石中心點(diǎn)定位系統(tǒng)在不同采礦場景下均表現(xiàn)出色，其采用的YOLO v8x-Seg算法在分割任務(wù)中展現(xiàn)出極高的準(zhǔn)確性，IoU率超過93%。系統(tǒng)對圖像擾動的強(qiáng)適應(yīng)性令人印象深刻，盡管在旋轉(zhuǎn)條件下性能略有下降，但整體而言，其在XY平面上的定位精度極高且穩(wěn)定。盡管Z軸誤差率相對較高，但對整體性能影響有限。
圖形分析進(jìn)一步驗證了該系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的有效性，如重疊巖石與不同照明條件等。其實(shí)時功能、短數(shù)據(jù)采集與處理時間均符合實(shí)際采礦應(yīng)用的需求。研究團(tuán)隊還提出了與熱像儀進(jìn)行傳感器融合等潛在改進(jìn)措施，以應(yīng)對懸浮顆粒對性能的影響�？傮w而言，該系統(tǒng)展現(xiàn)出了對多種傳感器與環(huán)境的強(qiáng)大適應(yīng)性，預(yù)示著在采礦業(yè)自主破巖作業(yè)中的廣闊應(yīng)用前景。

結(jié)語

綜上所述，本文所介紹的巖石質(zhì)心定位系統(tǒng)專為采礦機(jī)器人設(shè)計，特別是針對破巖錘作業(yè)。其在各種照明條件與懸浮顆粒環(huán)境下的穩(wěn)定表現(xiàn)，彰顯了其在實(shí)際采礦中的關(guān)鍵價值。盡管存在對旋轉(zhuǎn)擾動的輕微敏感性等小局限，但系統(tǒng)的高效處理速度（約5秒）足以滿足實(shí)時應(yīng)用的需求。未來，研究將聚焦于預(yù)處理技術(shù)的優(yōu)化、輸入分辨率適應(yīng)性的增強(qiáng)以及圖像融合方法的探索，以期通過集成超分辨率技術(shù)、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合等新技術(shù)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的適應(yīng)性與性能。

編譯自：Azomining.com

Source:

Kern J., Rodriguez-Guillen R., et al. (2024). Enhancing 3D Rock Localization in Mining Environments Using Bird’s-Eye View Images from the Time-of-Flight Blaze 101 Camera. Technologies 12, 162. DOI:10.3390/technologies12090162, https://www.mdpi.com/2227-7080/12/9/162