监测地下采矿中的岩石位移和移动对安全和运营效率至关重要。传统方法往往缺乏全面的覆盖范围和准确性。Emesent 采用LiDAR 和SLAM 系统，推出了一种先进的解决方案，以加强地下矿井的会聚监测。

Emesent 联合创始人兼首席技术官Farid Kendoul 博士探讨了Emesent 团队如何应用这项技术来提高数据准确性并简化监控流程，从而提供更有效的方法来识别和管理潜在问题。

作者：博士Farid Kendoul

井下常见难题的新颖解决方案

地下采矿带来了独特的挑战，特别是在监测岩石位移和移动方面，这可能导致严重的后果，如人员伤亡和代价高昂的生产延误，尤其是在矿井越挖越深的情况下。

LiDAR 3D 测绘技术为会聚监测提供了一种优越的替代方法，可提供覆盖范围和对地下隧道岩石运动和变形的丰富见解。然而，要实现有效监测，必须准确对准两次扫描（参考扫描和新扫描），以检测微小的移动和变化（例如 20 毫米的移动或变化）。不对齐或扫描错误会导致对变形或会聚的错误解释。

目前，地下会聚监测主要采用两种LiDAR 扫描方法：

1.地面LiDAR 扫描仪（TLS）

TLS 系统可提供高度精确的3D 数据。当与地面控制点相结合时，它们可以建立大面积的精确3D 模型。然而，人工数据收集过程非常耗时，通常需要数天时间才能覆盖数公里长的隧道并准备好数据，这就限制了其在关键小区域的使用。

2.基于移动SLAM 的扫描仪

这些扫描仪可在数小时内有效捕捉到大面积的地下区域。然而，SLAM 系统会使3D 地图出现误差（漂移）。一些矿山通过扫描小范围区域或将大范围扫描切成较小的部分，并使用第三方软件和人工步骤进行刚性对齐来解决这一问题，但这种方法耗时较长，限制了广泛采用。

这两种方法都依靠 "刚性转换 "来对齐参考扫描和新扫描。这一过程包括移动和旋转新扫描，以便使用 ICP（迭代最邻近点）等方法与参考扫描相匹配。在刚性对齐中，参考扫描和新扫描都保持不变，只调整位置和方向（变换）。虽然这种方法在扫描高度精确且差异仅为环境变化的理想条件下效果良好，但并不适用于大规模环境，如长达数公里的隧道。在这种情况下，扫描中固有的不准确性和潜在的漂移会导致错位，从而在检测真实变形和收敛时产生误差。

Emesent 团队面临的挑战是开发一种新的会聚监控系统，该系统结合了基于LiDAR SLAM 的系统的优点，却没有前面提到的局限性。他们的创新方法利用LiDAR 和SLAM 进行高效的大面积扫描，并采用新颖的算法自动对齐大面积扫描并提供精确的结果。

Emesent会聚监测系统的核心是其先进的SLAM 技术，该技术允许对可能存在漂移的大型扫描进行非刚性（弹性或柔性）对齐，同时保持会聚和变化检测的局部精度。

更有效的会聚监测方法

Emesent变化检测和会聚监测解决方案将快速捕捉移动SLAM 技术与更快、更简便、更可重复的处理工作流程相结合。这使采矿操作人员能够更有规律地扫描更大范围内的挖掘，并使用准确的定量数据监控变化。

该解决方案结合了两个主要的Emesent 产品：

1.Hovermap有效载荷，通过车辆、背包、无人机或手持式设备进行部署，可高效甚至自主地扫描地下几乎任何区域。

Aura桌面软件，用于处理原始数据、智能对齐扫描、比较扫描和计算变化、可视化结果以及许多其他有用的操作。这些工作流程中的大部分都是自动化的，只需极少的用户输入。

通过创新提供可操作的见解

Emesent融合监测系统利用 WildcatSLAM 技术的先进功能，对扫描进行智能、非刚性（弹性和柔性）对齐，是岩土工程监测领域的一项突破。在这种创新方法中，第一次扫描作为参考，保持不变，而第二次扫描经过弹性修改，通过非刚性转换与参考扫描局部对齐。这一过程基于对两次扫描中3D 特征的精确识别和匹配，有效地消除了偏移和误差。这种局部对齐对于准确检测变化和监控移动SLAM 测绘系统有效捕捉的广阔区域和隧道的汇聚情况至关重要。

这种方法可对长达数公里的地下隧道等大范围扫描进行精确对齐，在实现高精度的同时，消除了通常用于调整扫描漂移的繁琐的数据分割过程。因此，在特定区域可检测到小至 5 毫米的变形和变化，在典型的地下环境中可达 15 毫米。

为了展示这种智能扫描对齐的优势，请看图 1 和图 2 所示的例子。

扫描 1（蓝色）为参考扫描。在拍摄第 2 张扫描图（绿色）之前，隧道发生了小幅变形（红色）。在扫描 2 的采集过程中，由于SLAM 系统的累积误差或静态扫描的组合和地理参照误差，在扫描末端出现了漂移。

在图 1 中，扫描 1 和扫描 2 的刚性对齐掩盖了真实的隧道变形，而是估算出了扫描漂移导致的表面变化。

相比之下，图 2 表明，智能非刚性变换可以考虑漂移，并将扫描 1 和扫描 2 之间的差值清晰地突出显示隧道的真实变形。

虽然该算法能智能地处理局部变形，但必须注意的是，如果整个隧道在第二次扫描中发生整体偏移--这种情况很少发生--智能对齐会将其解释为SLAM 扫描数据中的漂移，并对其进行变形以与参考扫描对齐，从而检测不到整体偏移。

通过将这一尖端算法与Aura 中的自动工作流程相结合，Emesent的解决方案提供了简化的用户友好型工作流程，无需进行数据分割或手动对齐。因此，它非常适合对井架、隧道和其他大面积地下区域进行长时间扫描。通过消除对第三方软件的依赖和最大限度地减少用户输入，Emesent，该系统可提供更快、更高效的工作流程，并提供可重复、可量化的输出结果，说明发生变化或扩张的位置，以及这些变化在大面积区域内的速度。

增强行业最佳实践的能力

EmesentWildcat 的创新融合监测系统不仅提高了地下采矿作业的安全性和生产率，还彰显了公司在采矿技术领域的领先地位。WildcatSLAM 技术与Aura 软件的结合代表了岩土工程监测的变革性方法，提供了无与伦比的精度和效率。

随着采矿业的不断快速发展，Emesent持续的创新承诺将有助于推动运营安全和生产率的提高。