Topografische Kartierung mit UAV-LiDAR zur Steigerung der Leistung von Bergbaubetrieben

Warum ist die LiDAR-Vermessung die beste Lösung für die Optimierung von Bergbauarbeiten?

Bergwerke sind in ständiger Produktion, was zu einem sich ständig verändernden Gelände führt, und erfordern daher die Erfassung und Verarbeitung großer Mengen von Informationen mit großer Genauigkeit. Im Falle von Kohle- oder Eisenerzminen führen ungenaue Messungen zu einem ineffizienten Betrieb und können sogar das Ergebnis und die Qualität des Projekts beeinträchtigen.

Herkömmliche Messmethoden verwenden hauptsächlich GNSS, Totalstationen und andere Geräte, so dass Vermessungsingenieure vor Ort gehen müssen, um die Messungen durchzuführen, was jedoch in der Regel nicht sicher und zeitaufwändig ist. Außerdem können die Datenergebnisse nicht global visualisiert werden; sie werden lediglich durch mehrere einzelne 3D-Messpunkte dargestellt, was zu Schwierigkeiten bei der Erfüllung der digitalen Anforderungen moderner Bergwerke an schnelle Aktualisierungen führt. UAV-LiDAR-Lösungen können jedoch dabei helfen, die schwierige Topografie, gefährliche Bedingungen und andere typische Probleme von Minenstandorten zu überwinden.

Light Laser Detection and Ranging (LiDAR) ist heute eine der modernsten Technologien im Bereich der Vermessung und Kartierung. Auf einer Drohne für die Minenvermessung installiert, ermöglicht sie die Messung der dreidimensionalen Koordinaten von Objekten am Boden, die Durchdringung der Vegetation und die Anwendung einer Punktwolken-Filtermethode zur Erstellung eines hochpräzisen DGM. Die Vermessung aus der Luft beseitigt die Sicherheitsbedenken der Vermesser vor Ort, und die Vermessung des gesamten Geländes dauert nur wenige Minuten bis Stunden, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert.

Abbildung 1. Luftaufnahme des Bergbaugeländes.

Die Fallstudie wurde in einer typischen Bergwerksumgebung durchgeführt, um ein tatsächliches dreidimensionales Modell des aktuellen Standorts zu erstellen, das die typischen zweidimensionalen CAD-Zeichnungen und Fotos ersetzt. Bei diesem Projekt wurden das BB4 UAV, der AlphaAir 450 LiDAR-Scanner und die Software CoPre von CHCNAV sowie die Software Global Mapper von Blue Marble Geographics eingesetzt.

Wie führt man eine LiDAR-Vermessung eines Bergwerksgeländes in 3 Schritten durch?

Schritt 1. Führen Sie die luftgestützte Vermessung mit einem Hochleistungspaket durch, z. B. mit dem BB4 UAV und dem AA450 LiDAR von CHCNAV.

• Das BB4 UAV ist ein unbemanntes Flugsystem der Spitzenklasse, das für professionelle industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Der Rumpf mit vorinstallierten Armen und Antennen reduziert den Zeitaufwand für die Einrichtung, so dass die Plattform in nur 2 Minuten einsatzbereit ist und die Möglichkeit besteht, verschiedene Kameras und Lidar mit bis zu 7 kg Nutzlast zu installieren.

• AlphaAir 450 ist ein luftgestütztes LiDAR-System mit eingebauter hochpräziser IMU, GNSS, fortschrittlichem 3D-Scanner und industrietauglicher 26-MP-Kamera, das für Vermessungen im Bergbau, Stromleitungsinspektionen, topografische Kartierungen, land- und forstwirtschaftliche Vermessungen und vieles mehr eingesetzt wird. Dieses leichte, robuste und einfach zu bedienende All-in-One-System bietet hohe Präzision zu einem erschwinglichen Preis. Es ist mit CoPre gebündelt, einer leistungsstarken und präzisen 3D-Punktwolkenverarbeitungssoftware.

Abbildung 2. BB4 UAV und AA450 LiDAR führen eine Luftvermessung durch.

Schritt 2. Datenverarbeitung zur Erstellung der 3D-Punktwolke des Standorts.

Übertragung der Laser- und Kamera-Rohdaten, Zusammenführung mit der INS-Trajektorie mithilfe der CoPre-Software und Generierung der Dateien im LAS-Format im gewünschten Koordinatensystem.

• CoPre ist eine Desktop-Software, die sofortigen Zugriff auf alle Rohdaten von CHCNAV LiDAR-Systemen bietet. CoPre unterstützt die automatische Verarbeitung von Punktwolken, die Georeferenzierung von Bildern, die Einfärbung von Punktwolken, die Erstellung von Tiefenkarten und die Ausgabe von Ergebnissen mit einem einzigen Mausklick. Für Experten, die Wert auf die Qualität der Daten legen, bietet CoPre eine erweiterte Verarbeitung. Es kann das Problem der Überlagerung mehrerer Punktwolken lösen, die relative Genauigkeit durch einen effizienten Algorithmus zur Streifenanpassung verbessern und die absolute Genauigkeit der Punktwolke mit GCPs erhöhen.

Abbildung 3. Mit der CoPre-Software erstellte Punktwolke eines Teils des Bergbaugebiets.

Es ist auch möglich, die Punktwolke mit Echtfarben einzufärben, indem man die CoPre-Schattierungsfunktion mit einem Klick während der Bearbeitung verwendet. Das Bildverarbeitungsmodul kann Fotos und Farbpunktwolken automatisch im Hintergrund organisieren.

Abbildung 4. Punktwolke einer Bergbaustelle mit der in der CoPre-Software vorgenommenen RGB-Einfärbung.

Schritt 3. Berechnung des Volumens des Bergwerksgeländes mit der Global Mapper Software.

Import von Punktwolkendaten, Extraktion von Bodenpunktwolkenteilen, Auswahl oder Import von zu messenden Entfernungslinien, Generierung von Volumenberechnungsergebnissen und Berichtsausgabe.

Abbildung 5. Der Prozess der Volumenberechnung für die Bergbaustelle in der Global Mapper Software.

Tabelle 1. Die endgültigen Parameter des Bergbaugeländes, entnommen aus dem Bericht

Minenbetreiber loben den Wert von UAV-LIDAR-Vermessungen für ihren täglichen Betrieb

Die Einführung drohnengestützter 3D-Datenerfassungstechnologien ist heute ein notwendiges Element zur Optimierung des Bergbaubetriebs. Die UAV-LiDAR-Lösungen von CHCNAV spielen eine aktive Rolle bei der Digitalisierung der Instandhaltung und des Betriebs von Bergwerken, indem sie Zugang zu einer effizienten Erfassung und Verarbeitung von 3D-Raumdaten aus mehreren Quellen bieten. Die Mobile Mapping Division von CHCNAV macht diesen Digitalisierungsprozess zugänglich und erschwinglich, indem sie Technologien - von millimetergenauen GNSS-Sensoren bis hin zu ultrapräzisen Langstreckenscannern - für die massive 3D-Datenerfassung über kleine oder große Flächen zusammenführt.

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Über CHCNAV

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt innovative GNSS-Navigations- und Positionierungslösungen, um die Arbeit der Kunden effizienter zu gestalten. Die Produkte und Lösungen von CHCNAV decken zahlreiche Branchen ab, wie z. B. Geodaten, Bauwesen, Landwirtschaft und Schifffahrt. Mit einer weltweiten Präsenz, Vertriebspartnern in mehr als 120 Ländern und mehr als 1.500 Mitarbeitern ist CHC Navigation heute als eines der am schnellsten wachsenden Unternehmen im Bereich der Geomatik-Technologien anerkannt.