L'estrazione sotterranea presenta rischi per la sicurezza unici e significativi rispetto all'estrazione di superficie, a causa delle elevate concentrazioni di stress, degli ammassi rocciosi deboli e dell'accesso e della qualità dell'aria limitati.
Le tradizionali apparecchiature di monitoraggio per il monitoraggio delle fermate sono inefficaci e poco pratiche nella maggior parte dei casi, a causa delle difficoltà nel posizionare le apparecchiature di monitoraggio all'interno di aree pericolose delle fermate.
I droni sono utili qui per gli ingegneri per eseguire varie missioni minerarie, che sono troppo "noiose, sporche o pericolose" per gli umani. Dotati di sensori, motori, eliche, telecamere e sistemi GPS, possono svolgere attività minerarie complesse nel giro di poche ore con meno ore di lavoro, aumentando la produttività e l'efficienza.
In particolare, i rapidi progressi tecnologici nei sensori passivi e attivi hanno potenziato le capacità dei droni in vari tipi di missioni. I sensori sono disponibili con specifiche diverse a seconda delle dimensioni del drone, dell'obiettivo dell'indagine e delle condizioni di illuminazione.
Questo post esplorerà alcuni dei sensori comunemente usati sui droni minerari, inclusi sensori a infrarossi (IR), sensori a ultrasuoni, sensori RGB, telecamere stereo, telemetri laser (LRF), radar a banda ultra larga (UWB) e sensori iperspettrali.
1. Sensori a infrarossi (IR)
I sensori a infrarossi (IR), considerati sensori di calore, sono sensori di rilevamento ostacoli a basso costo in grado di rilevare la radiazione di energia degli oggetti. Generalmente, nello spettro infrarosso, tutti i materiali al di sopra dello zero assoluto emettono onde.
Nonostante la risoluzione limitata, i sensori a infrarossi possono rilevare facilmente gli esseri umani. Ha anche il vantaggio di percepire attraverso nebbia, fumo, giorno e notte. Tuttavia, le immagini del sensore possono essere distorte dalla fiamma e da qualsiasi altra sorgente ad alta temperatura. Inoltre, non funziona bene con la polvere spessa.
2. Sensori a ultrasuoni (USA)
I sensori a ultrasuoni (USA) sono anche sensori economici e semplici, adatti a varie applicazioni. Gli unici sensori standard nella tecnologia dei droni che non si basano sulle onde elettromagnetiche (EM), rilevano gli ostacoli irradiando onde sonore ad alta frequenza e raccogliendo onde riflesse. La distanza dagli ostacoli è determinata calcolando il tempo di volo. Uno svantaggio è che hanno una portata più breve rispetto ad altri sensori.
3. Sensori Rosso-Verde-Blu (RGB)
La telecamera RGB è comunemente utilizzata per il rilevamento e la mappatura, il monitoraggio del traffico stradale, il calcolo del volume delle scorte, il monitoraggio della sicurezza, l'ispezione, ecc. Acquisisce immagini RGB (rosso verde blu) e dispone di due stereo attivi o rilevamento del tempo di volo per la valutazione della profondità.
La selezione della telecamera RGD deve essere fatta con attenzione, considerando il consumo di energia del drone. Una fotocamera compatta è preferita per i droni ad ala fissa in una situazione normale perché non possono trasportare dispositivi pesanti.
4. Fotocamere stereo
La telecamera stereo è dotata di due o più obiettivi per creare immagini 3D ad alta risoluzione, simili al sistema visivo umano. Utilizzando sensori di immagine separati, può sviluppare immagini tridimensionali con elevata precisione in un ambiente pulito. Tuttavia, ha scarse prestazioni in presenza di nebbia, fumo e polvere perché le onde luminose sono distorte in tali condizioni.
5. Telemetri laser (LRF)
I telemetri laser (LRF) sono sensori costosi ampiamente utilizzati per il rilevamento di ostacoli nei droni. Negli LRF, un raggio laser viene irradiato verso un ostacolo per misurare la distanza da un oggetto ricevendo un'onda riflessa e considerando il tempo di volo. Poiché gli LRF utilizzano lunghezze d'onda ottiche della luce, non sono adatti per nebbia, fumo, polvere o condizioni avverse simili.
6. Radar a banda ultra larga (UWB)
Ultra-Wideband Radar (UWB) effettua il rilevamento di ostacoli emettendo onde elettromagnetiche nello spettro radio. Simile agli Stati Uniti e agli LRF, la distanza del bersaglio viene misurata calcolando l'onda riflessa e i tempi di volo. Le onde radio hanno una lunghezza d'onda maggiore rispetto alla luce visibile e agli infrarossi, fornendo una migliore penetrazione della luce visibile nella polvere, nel fumo, nella nebbia e in altre condizioni avverse.
UWB ha anche altre caratteristiche che lo rendono più adatto alle miniere. Ha una risoluzione dell'immagine precisa e superiore rispetto ai sensori a ultrasuoni in condizioni difficili. In secondo luogo, UWB utilizza una bassa energia, cioè meno di 1 Watt. Ciò consente di risparmiare una notevole carica della batteria del drone. In terzo luogo, l'UWB ha un'interferenza minima con altri usi wireless come il controller di volo e il collegamento di telemetria per quanto riguarda la bassa densità spettrale. Infine, UWB può rilevare oggetti con caratteristiche diverse come bordi, angoli, ecc. Può anche identificare le coordinate tridimensionali dell'oggetto più vicino.
7. Sensori iperspettrali
La maggior parte degli imager multispettrali come Landsat, SPOT e AVHRR rileva la riflettanza del materiale della superficie terrestre a diverse bande di lunghezze d'onda larghe, separate da segmenti spettrali. I sensori di imaging iperspettrale leggero (HSI), d'altra parte, valutano la radiazione riflessa come una serie di bande di lunghezze d'onda strette e contigue.
Tipicamente, queste bande vengono misurate a intervalli da 10 a 20 nm da sensori iperspettrali. Forniscono informazioni che non sono accessibili con i metodi tradizionali. In generale, questi sensori sono ampiamente utilizzati in geologia, mappatura minerale ed esplorazione.
8. Sensori magnetici
I sensori magnetici producono misurazioni accurate del campo magnetico. Valutano i disturbi e i cambiamenti nel campo magnetico includono flusso, forza e direzione. Il peso normale di un magnetometro al cesio è di circa 0,82 kg. Sono necessari quattro magnetometri per ricavare gradienti di campo magnetico tridimensionali, producendo un peso combinato di 3,28 kg. Questi sensori sono utilizzati principalmente per l'esplorazione mineraria.
9. Gamma spettrale del visibile e del vicino infrarosso (VNIR)
La porzione del visibile e del vicino infrarosso (VNIR) dello spettro elettromagnetico ha una lunghezza d'onda a intervalli di circa 400 e 1400 nanometri (nm). Questa gamma è costituita da uno spettro visibile completo con una parte adiacente dello spettro infrarosso fino alla banda di assorbimento dell'acqua a intervalli di 1400 e 1500 nm.
I sensori VNIR, utilizzati sui droni grazie alle loro dimensioni ridotte e al peso ridotto, possono misurare l'umidità superficiale di pozzi aperti, dighe, pareti di spazi sotterranei e superfici. Inoltre, ogni minerale particolato ha una firma speciale negli spettri VNIR, che è un vantaggio nell'esplorazione mineraria da parte di droni dotati di un sensore VNIR.
10. Sensori di qualità dell'aria
Oltre a tutti i sensori sopra menzionati, sensori specifici possono essere installati su un drone per una missione specifica, ad esempio per monitorare la qualità dell'aria, il rilevamento dei gas, il monitoraggio delle polveri, ecc. Tipicamente, i sensori della qualità dell'aria si basano su sensori ottici, a ultrasuoni e elementi di rilevamento elettrochimici. Possono essere installati su un drone a seconda del tipo di contaminazione, del tempo di rilascio e dei requisiti di misurazione.