La minería subterránea tiene riesgos de seguridad únicos e importantes en comparación con la minería a cielo abierto, debido a las concentraciones de alta tensión, las masas rocosas débiles y el acceso y la calidad del aire limitados.
El equipo de monitoreo tradicional para el monitoreo de rebajes es ineficaz y poco práctico en la mayoría de los casos, debido a las dificultades para colocar el equipo de monitoreo dentro de áreas inseguras de los rebajes.
Los drones son útiles aquí para que los ingenieros realicen varias misiones de minas, que son demasiado "aburridas, sucias o peligrosas" para los humanos. Equipados con sensores, motores, hélices, cámaras y sistemas GPS, pueden realizar tareas mineras complejas en cuestión de horas con menos horas de mano de obra, lo que aumenta la productividad y la eficiencia.
En particular, los rápidos avances tecnológicos en sensores pasivos y activos han potenciado la capacidad de los drones en varios tipos de misiones. Los sensores vienen en diferentes especificaciones según el tamaño del dron, el objetivo de la investigación y las condiciones de iluminación.
Esta publicación explorará algunos de los sensores comúnmente utilizados en drones de minería, incluidos sensores infrarrojos (IR), sensores ultrasónicos, sensores RGB, cámaras estéreo, telémetros láser (LRF), radar de banda ultraancha (UWB) y sensores hiperespectrales.
1. Sensores infrarrojos (IR)
Los sensores infrarrojos (IR), considerados sensores de calor, son sensores detectores de obstáculos de bajo costo que pueden detectar la radiación de energía de los objetos. Generalmente, en el espectro infrarrojo, todos los materiales por encima del cero absoluto emiten ondas.
A pesar de la resolución limitada, los sensores infrarrojos pueden detectar fácilmente a los humanos. También tiene la ventaja de detectar a través de la niebla, el humo, el día y la noche. Sin embargo, las imágenes del sensor pueden distorsionarse por las llamas y cualquier otra fuente de alta temperatura. Además, no funciona bien a través del polvo espeso.
2. Sensores ultrasónicos (EE. UU.)
Los sensores ultrasónicos (EE. UU.) también son sensores económicos y sin complicaciones viables para diversas aplicaciones. Los únicos sensores estándar en la tecnología de drones que no se basan en ondas electromagnéticas (EM), detectan los obstáculos al irradiar ondas de sonido de alta frecuencia y recolectar ondas reflejadas. La distancia a los obstáculos se determina calculando el tiempo de vuelo. Una desventaja es que tienen un alcance más corto en comparación con otros sensores.
3. Sensores rojo-verde-azul (RGB)
La cámara RGB se usa comúnmente en topografía y mapeo, monitoreo de tráfico vial, cálculo de volumen de acopio, monitoreo de seguridad, inspección, etc. Captura imágenes RGB (Rojo, Verde, Azul) y tiene dos estéreos activos o detección de tiempo de vuelo para evaluación de profundidad.
La selección de la cámara RGD debe hacerse con cuidado, teniendo en cuenta el consumo de energía del dron. Se prefiere una cámara compacta para drones de ala fija en una situación normal porque no pueden transportar dispositivos pesados.
4. Cámaras Estéreo
La cámara estéreo está equipada con dos o más lentes para crear imágenes 3D de alta resolución, similares al sistema visual humano. Usando sensores de imagen separados, puede desarrollar imágenes tridimensionales con alta precisión en un ambiente limpio. Sin embargo, tiene un rendimiento deficiente en niebla, humo y polvo porque las ondas de luz se distorsionan en tales condiciones.
5. Telémetros láser (LRF)
Los telémetros láser (LRF) son sensores costosos que se utilizan ampliamente para la detección de obstáculos en drones. En los LRF, se irradia un rayo láser hacia un obstáculo para medir la distancia a un objeto al recibir una onda reflejada y considerar el tiempo de vuelo. Dado que los LRF utilizan longitudes de onda ópticas de luz, no son adecuados para niebla, humo, polvo o condiciones adversas similares.
6. Radar de banda ultraancha (UWB)
El radar de banda ultraancha (UWB) lleva a cabo la detección de obstáculos mediante la emisión de ondas electromagnéticas en el espectro de radio. Al igual que los EE. UU. y los LRF, la distancia del objetivo se mide calculando la onda reflejada y los tiempos de vuelo. Las ondas de radio tienen una longitud de onda más larga que la luz visible y el infrarrojo, lo que proporciona una mejor penetración que la luz visible en el polvo, el humo, la niebla y otras condiciones adversas.
UWB también tiene otras características que lo hacen más adecuado para las minas. Tiene una resolución de imagen precisa y más alta que los sensores ultrasónicos en condiciones adversas. En segundo lugar, UWB utiliza poca energía, es decir, menos de 1 vatio. Esto ahorra una cantidad considerable de energía de la batería del dron. En tercer lugar, UWB tiene una interferencia mínima con otros usos inalámbricos como el controlador de vuelo y el enlace de telemetría con respecto a la baja densidad espectral. Finalmente, UWB puede detectar objetos con diferentes características como bordes, esquinas, etc. También puede identificar las coordenadas tridimensionales del objeto más cercano.
7. Sensores hiperespectrales
La mayoría de los generadores de imágenes multiespectrales como Landsat, SPOT y AVHRR detectan la reflectancia del material de la superficie de la Tierra en varias bandas anchas de longitud de onda, separadas por segmentos espectrales. Los sensores ligeros de imágenes hiperespectrales (HSI), por otro lado, evalúan la radiación reflejada como una serie de bandas de longitud de onda estrechas y contiguas.
Por lo general, estas bandas se miden a intervalos de 10 a 20 nm mediante sensores hiperespectrales. Proporcionan información a la que no se puede acceder por métodos tradicionales. En general, estos sensores se usan ampliamente en geología, mapeo de minerales y exploración.
8. Sensores magnéticos
Los sensores magnéticos producen mediciones precisas del campo magnético. Evalúan las perturbaciones y los cambios en el campo magnético incluyen flujo, fuerza y dirección. El peso normal de un magnetómetro de Cesio es de unos 0,82 kg. Se requieren cuatro magnetómetros para derivar gradientes de campo magnético tridimensionales, lo que produce un peso combinado de 3,28 kg. Estos sensores se utilizan principalmente para la exploración de minerales.
9. Rango espectral visible y del infrarrojo cercano (VNIR)
La porción visible y del infrarrojo cercano (VNIR) del espectro electromagnético tiene una longitud de onda a intervalos de aproximadamente 400 y 1400 nanómetros (nm). Este rango consiste en un espectro visible completo con una parte adyacente del espectro infrarrojo hasta la banda de absorción de agua en intervalos de 1400 y 1500 nm.
Los sensores VNIR, utilizados en drones debido a su pequeño tamaño y bajo peso, pueden medir la humedad superficial de tajos abiertos, presas de relaves, paredes de espacios subterráneos y superficies. Además, cada mineral particulado tiene una firma especial en los espectros VNIR, lo que es una ventaja en la exploración de minerales con drones equipados con un sensor VNIR.
10. Sensores de calidad del aire
Además de todos los sensores mencionados anteriormente, se pueden instalar sensores específicos en un dron para una misión específica, por ejemplo, para monitorear la calidad del aire, detección de gases, monitoreo de polvo, etc. Por lo general, los sensores de calidad del aire se basan en sensores ópticos, de ultrasonido y elementos sensores electroquímicos. Se pueden instalar en un dron según el tipo de contaminación, el tiempo de liberación y los requisitos de medición.