矿山废弃物管理的新技术：更安全、更环保

文章来源于公众号：地一眼，原文链接：矿山废弃物管理的新技术：更安全、更环保

近期，科研团队在《技术》（Technologies）期刊上发表了一项突破性成果，详细阐述了他们为提升矿山废弃物管理的安全性和可持续性而精心研发的新技术。该项目聚焦于无人机、地面传感器等尖端科技的融合应用，旨在实现对矿区环境的高效精准监控。尤为值得一提的是，研究团队还尝试将农业领域已获成功的电磁测量技术引入采矿业，以期带来革命性的变革。

项目背景

当前，有效管理矿山废弃物已成为采矿业亟待解决的重大环境课题之一。随着镍、铜、钴等矿物在可再生能源技术中的广泛应用，全球需求持续攀升，预计采矿废弃物量将急剧增加。然而，传统监测手段如钻探不仅成本高昂，且数据可靠性不足，难以有效支撑废弃物管理与采矿作业的安全保障。在此背景下，新技术应运而生，它们通过提供更加精确、成本效益更高的监测方案，有望在提升矿区安全、环境保护及土地复垦等方面发挥不可估量的作用。

技术革新引领未来

面对全球对关键矿物需求的激增，对先进监测技术的需求也愈发迫切。这些技术不仅促进了采矿活动的广泛展开，也带来了废弃物处理的新挑战。通过将矿山废料中的地球化学数据与电磁测量技术相结合，我们能够实现对矿区土壤、水质及岩石状况的实时、精准监测。

当前研究进展

该研究深入探讨了三维传感、点云处理、鸟瞰成像（BEV）及YOLO v8算法等核心技术。激光雷达、三维飞行时间（ToF）传感器及立体相机因其在复杂环境中捕捉高分辨率数据的卓越能力，成为三维感知的首选工具。点云数据以点集形式展现三维空间信息，尽管处理起来颇具挑战，但通过下采样、配准及RANSAC等先进技术，我们能够克服这些难题，实现数据的有效利用。
在岩石中心点定位系统的设计中，研究团队精心规划了组装、数据采集与处理的每一个环节。通过战略性地部署传感器，结合Basler Blaze-101 3D ToF摄像机的卓越性能，该系统在室内外环境中均展现出极高的精度与耐用性。相较于激光雷达，该相机在提供深度图、分辨率及纹理数据方面更胜一筹，尤其适合复杂的岩石探测任务。此外，系统还集成了实时处理与相机冗余等强大功能，确保了数据的连续性与系统的可靠性。

成果斐然，前景广阔

实验结果显示，岩石中心点定位系统在不同采矿场景下均表现出色，其采用的YOLO v8x-Seg算法在分割任务中展现出极高的准确性，IoU率超过93%。系统对图像扰动的强适应性令人印象深刻，尽管在旋转条件下性能略有下降，但整体而言，其在XY平面上的定位精度极高且稳定。尽管Z轴误差率相对较高，但对整体性能影响有限。
图形分析进一步验证了该系统在复杂环境下的有效性，如重叠岩石与不同照明条件等。其实时功能、短数据采集与处理时间均符合实际采矿应用的需求。研究团队还提出了与热像仪进行传感器融合等潜在改进措施，以应对悬浮颗粒对性能的影响。总体而言，该系统展现出了对多种传感器与环境的强大适应性，预示着在采矿业自主破岩作业中的广阔应用前景。

结语

综上所述，本文所介绍的岩石质心定位系统专为采矿机器人设计，特别是针对破岩锤作业。其在各种照明条件与悬浮颗粒环境下的稳定表现，彰显了其在实际采矿中的关键价值。尽管存在对旋转扰动的轻微敏感性等小局限，但系统的高效处理速度（约5秒）足以满足实时应用的需求。未来，研究将聚焦于预处理技术的优化、输入分辨率适应性的增强以及图像融合方法的探索，以期通过集成超分辨率技术、多模态数据融合等新技术，进一步提升系统的适应性与性能。

编译自：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