NO330901B1 - Automatisk styrt apparat egnet for grunnriss-anvendelser - Google Patents

Description

TEKNISK FELT

Foreliggende oppfinnelse vedrører undersøkelsesteknikker generelt, og mer spesielt et automatisert posisjoneringsapparat spesielt egnet for generering av gruvetunnel-grunnriss.

BAKGRUNNSTEKNIKK

Gruvetunnel-grunnriss («TOPES») er nødvendige for planlegging av undergrunnsgruver. Nåværende teknikker krever grupper av dyktige landmålere som bruker konvensjonelle landmålingsteknikker og utstyr til fysisk å gjennomgå strossene og ortene for å frembringe rådata for grunnrissene. Rådataene består av målinger fra punkt til punkt. De data som er innsamlet av landmålerne, blir innført i en DAK-pakke for å tilveiebringe gruvetunnel-grunnriss.

Det å sende landmålingsmannskaper inn i undergrunnsutgravninger kan være farlig og trettende arbeid. Dessuten bidrar samling og bruk av høyt kvalifisert personell til kostnadene ved undergrunns gruvedrift.

På grunn av det uopphørlige press om kostnadsreduksjon og større sikkerhet er det et kontinuerlig ønske fra bergverksfolk å automatisere gruvesystemer. Ved å automatisere så mange og minskende perioder som mulig, kan farene og kostnadene forbundet med nærvær av personell ved de aktuelle arbeidssoner i gruven, reduseres. Ved å plassere gruvearbeideren eller andre profesjonelle gruvefolk på et trygt og sikkert fjerntliggende sted, fortrinnsvis på overflaten, blir øket sikkerhet, kostnadseffektivitet og produksjon fremmet.

Spesielt krever gruvedrift ved hjelp av roboter pålitelige navigasjons- og posisjonerings-systemer. For gruvedrift på overflaten (samt andre aktiviteter) har bruk av globale posisjoneringssystemer som anvender jordsatellitt-navigasjon, vist seg stadig mer vellykket.

I undergrunnsgruver og i visse overflatestrukturer kan signalene fra sirklende satellitter ikke nå målutstyret. Følgelig har sofistikerte bestikkregnings-systemer blitt utviklet. Typiske teknikker benytter lyd, elektromagnetiske anordninger (lasere, synlig lys, radar) eller gyroskoper, eller kombinasjoner av disse for å fjernstyre og operere mobilt undergrunnsutstyr.

Spesielt har kullgruveindustrien vist oppmuntrende resultater når det gjelder å anvende automatisert gruveutstyr.

US-patent 4 023 861 beskriver en tunneldrivemaskin som har en gyroskopdetektor og en laserstråledetektor. De målte data opprettholder maskinens kurs etter hvert som den skjærer seg inn i ortflaten.

US-patent 4 884 847 beskriver på en meget generell måte en fremgangsmåte for drift av en robot-gruvetransportør ved delvis å sammenligne aktuelle og tidligere lagrede gruveparametere. Patentet fastslår også at oppfinnelsen, uten å gi for mange detaljer, kan brukes til å kartlegge gruver.

En vanskelighet med fjerndrevet utstyr er sikring av et innledende referansenullpunkt i X-Y-Z-rommet. På grunn av de forholdsvis komplekse lokaliseringsalgoritmer som brukes i navigasjonssystemer, må utgangspunktet måles med stor nøyaktighet, ellers vil selv små feil hurtig bli forstørret, og derved føre apparatets rekognoseringsutstyr på villspor. Dette problemet er spesielt besværlig hvis et grunnriss-system er involvert. Ethvert avvik kan gjøre det resulterende kartet verdiløst når kritiske parametere står på spill.

Det er følgelig et behov for å produsere mindre arbeidsintensive, nøyaktige grunnriss av undergrunnsutgravninger og innelukkede strukturer.

US 5 493 499 A beskriver en fremgangsmåte for å detektere avvik i en skinnegang som bruker posisjonssignaler fra satelitter.

US 5 274 437 A beskriver en vognanordning som tar videobilder av en tunnel. En lyskilde i tunnelen genererer en referansestråle som innfanges av videokameraet for å indeksere videobildene med distanse langs tunnelen.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Det er tilveiebrakt et mobilt, automatisert posisjoneringsapparat som er i stand til nøyaktig å gjennomgå og måle en undergrunnsutgravning eller struktur for å frembringe grunnriss og andre anvendelser som definert i de vedføyde patentkrav.

Apparatet er i stand til nøyaktig å initialisere sin posisjon og på sikker måte gjennomløpe stedet. Når apparatet kjører omkring, samler det data til nøyaktige gruvetunnel-grunnriss.

Oppfinnelsen er særlig nyttig for oppmåling av undergrunnstunneler og byggemålinger. Det kan også benyttes til leding av andre undergrunns- og overflatekjøretøy.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Det vises til tegningene hvor:

Fig. 1 er en skjematisk representasjon av en utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 2 er et grunnriss av en utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 3 er et grunnriss av en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 4 er en representasjon av et optisk trekk ved en utførelsesform av

oppfinnelsen; og

Fig. 5 er et eksempel på et delvis grunnriss.

DETALJERT BESKRIVELSE

Det vises til figur 1 hvor det er vist et skjematisk diagram av et grunnriss-apparat 10, apparatet 10 er montert på en selvdrevet mobil plattform 12. (se figur 2).

Plattformen 12 kan innbefatte en forbrenningsmotor eller en elektrisk motor (ikke vist). Enhver form for forflytningsmidler 14, hjul eller skinner, kan benyttes så lenge apparatet 10 kan styres mens det forflytter seg gjennom en gruveort 16.

Apparatet 10 er konstruert for å tegne opp eller skissere gruvevegger hurtig og nøyaktig. Ved optisk måling måler odolittene vinkler meget nøyaktig. Alle innledende målepunkter må være meget nøyaktige. Hvis den registrerte asimut for det innledende punkt, slik som en plugg, skruve eller en annen lignende lett synlig og permanent lokaliseringsinnretning står selv en brøkdel av en grad feil, vil alle etterfølgende målinger fra det første punktet få økende feil.

Konvensjonelle måleteknikker er også begrenset av det antall datapunkter som definerer veggene i en ort. Det antall målinger som tas av landmålere, vil variere med ruheten i veggene i orten 16.

Hver gang det er et avvik i veggens form blir det tatt en måling. Når den relative viktigheten til området avtar, blir færre fysiske målinger for eksempel taket i orten tatt, siden overbrekk i taket blir ansett uviktig.

I det automatiske systemet som beskrives her, kan veggene i ortene skisseres mer detaljert på en brøkdel av tiden sammenlignet med vanlige manuelle teknikker. Ved å fremskaffe hurtigere og mer nøyaktige grunnrissmålinger og grunnriss blir alle de tjenester som er nødvendige for optimal gruveutvikling og -drift tilgjengelig for bergverksteknikere såvel som ventilasjonsteknikere, hydrauliske teknikere, o.s.v.

Kort sagt blir grunnriss-apparatet 10 kjørt til en kjent innledende posisjon, det innledende referansepunkt («IRP»). Apparatet 10 detekterer IRP og fastsetter dets innrettingspeilinger i gruven 16. Plattformen 12 blir så langsomt kjørt gjennom orten 16 med apparatet 10 periodisk stopper plattformen 12 for å ta de nødvendige målinger. Etter registrering av parameterne fortsetter plattformen 12 å gjennomløpe orten 16 inntil måleinnsamlingsprosessen er blitt fullført.

Siden fastsettelse av IRP for apparatet 10 sannsynligvis er den mest kritiske måling, er det blitt utviklet et system for å kalibrere den innledende posisjon av apparatet 10 for derved å sikre integriteten til de etterfølgende målinger.

Det vises igjen til figur 1 hvor apparatet 10 er montert på den mobile plattform 12 og omfatter:

18 - Treghetsmåleenhet (IMU)

20 - Sentralenhet (CPU)

22 - Videomonitor

24 - Siktsystem-prosessor

26 - Videokamera

28 - Nærhets laseravsøker

30 - Laser-avstandsmåler

32 - Laser-avstandsmåler

34 - Plottedatamaskin

36 - lnn/ut-modul

38 - lnn/ut-blokk

40 - Varselsummer for nullhastighets-oppdatering (ZUPT)

42 - ZUPT-stopplys

44 - Nødstopp-bryter

«Hjernen» i apparatet 10 er IMU 18. For å kunne navigere riktig fra en undergrunnsposisjon til en annen må utgangsposisjonen være kjent. Følgelig er det nødvendig med et posisjoneringssystem. Siden ekstern posisjonering og referanseposisjoner ikke lett kan nå det indre av en gruve, blir en montert gyroskop-navigasjonsinnretning foretrukket for å gi seg i kast med orten 16.

På grunn av den forholdsvis ujevne gulvoverflaten i en gruve med rullesteiner, hjulspor, flater med ujevn kontur, o.s.v., ble det bestemt at mekaniske gyroskoper med roterende masse, innviklede som de er, kan bli utsatt for rystelser og gjentatte vibrasjoner som til slutt resulterer i feil og fysisk brudd. Etter å ha studert tidligere forskning fra U.S. Bureau of Mines, ble det bestemt at et ringlaser-gyroskop uten bevegelige deler og med robust konstruksjon kunne motstå den røffe anvendelsen i forbindelse med kartleggingsoperasjoner i gruver.

Et ringlaser-gyroskop avgir kort sagt motsatt rettede laserstråler over en lukket trekantet bane. Hvis gyroskopet er i ro, kansellerer de to strålene hverandre hovedsakelig, noe som resulterer i en nulltilstand som detekteres ved hjelp av passende sensorer.

Hvis gyroskopet blir flyttet, blir de motstående strålene samtidig litt forkortet eller forlenget, alt ettersom, noe som resulterer i en målbar faseforskjell-endring. Ved bruk av gyroskopfabrikantens egen programvare kan intelligensen manipuleres for å måle posisjonsendringen i tre dimensjoner sammen med endringen i dreining om tverraksen (pitch), høyde, rulling og asimut. Meget sofistikerte og nøyaktige ringlaser-gyroskop blir brukt i militære anvendelser. Skjevstemte systemer er tilgjengelige for industriell og kommersiell bruk.

Spesielt selger Honeywell Inc., St. Petersburg, Florida, en sivil treghetsmåleenhet (IMU) 18 som benytter et ringlaser-gyroskop, kalt en Honeywell Ore Retrieval Tunneling Aid (HORTA™). Den amerikanske kullindustrien benytter HORTA-enheter i visse underjordiske kontinuerlige gruvedrift-systemer. Disse gruvedrift-systemene kan være delvis automatisert, noe som gjør det mulig for operatøren å overvåke en maskins bevegelse fra en sikrere posisjon. Disse kullmaskinene befatter seg hovedsakelig med asimut, mens gruvedrift applikasjoner i harde bergarter krever asimut og posisjon.

I tester av en kontinuerlig gruvedriftmaskin som benytter en IMU, viser dataene svekkende, økende feil som er typiske for en IMU. Feil ble også i forstyrrende grad forårsaket av vibrasjoner. De beregnede feil var 0,2 meter i østlig retning og 0,019 meter i nordlig retning etter 30 minutters drift. Etter 60 minutters drift hadde feilene blitt til 0,19 meter østlig feil og 0,29 nordlig feil. Disse feilene er uakseptable for nøyaktige grunnriss-målinger. Selv om en viss feil i posisjonen til en kullgruve-maskin kan tolereres fordi kursen allerede er bestemt og maskinen kan sees (og kan gjenkjennes om nødvendig), vil for eksempel feil i størrelsesorden 50 cm ved utvikling av to orter som skjærer hverandre i harde bergarter skape helningsproblemer og resultere i en mer kostbar gruveutvikling.

Foreliggende oppfinnelse overvinner de iboende driftsfeil i IMU 18 for å tillate nøyaktig gjennomgang og grunnriss-målinger.

Den maskinvaren som er skissert på figur 1, er forbundet med en elektrisk kommunikasjonsanordning som er kjent for fagfolk på området. Avhengig av forholdene kan plottedatamaskinen 34 og/eller monitoren 22 være anbrakt på et fjerntliggende sted som er forbundet med apparatet via passende undergrunnsbaserte radiofrekvens- eller eternett-forbindelser. Hvis monitoren 22 er anbrakt på et fjerntliggende sted, for eksempel på gruvens overflate, vil dessuten standard fjernstyringer for å drive plattformen 12 anbrakt i nærheten av monitoren 22, tillate fjernoperatøren å dirigere og styre apparatet 10 sikkert inne i gruvegangen 16 fra det fjerntliggende sted.

IMU 18 som brukes til å måle endringer i posisjon fra det kjente referansepunkt, benytter Honeywell HORTA og den tilhørende programvare til å kommunisere med CPU 20. I en virkende prototype av grunnriss-apparatet 10 var CPU 20, som kan være en personlig datamaskin, en Versa Modular Eurocard™.

CPU 20 virker som grensesnitt mellom operatøren og IMU 18 og fremviser apparatets 10 tilstand. Nærhetslaser-avsøkeren 28 bestemmer avstand mellom kjøretøyet 12 og en vegg i gruvegangen 16.1 en virkende prototype av apparatet 10 ble en GETMAN™ trammer brukt som det mobile kjøretøy 12. Det er en tomanns, dieseldrevet, styrbar, firehjulsdrevet vogn. Dieselmotoren induserte typiske vibrasjoner i undergrunnsmaskiner. Firehjulsdrift-utformingen tillater plattformen å operere trygt i gruveganger med ujevnt overflate.

Siktsystem-prosessoren 24 benytter en Itran™ Corporation (Manchester, New Hampshire) IVS™ gråskala-detektor og et CCD-videokamera 26 for å sikre innledende kalibrering av IMU 18. Laser-avstandsmålere 30 og 32 detekterer avstanden og posisjonen til veggene i orten 16 og kan brukes til å supplere eller erstatte laseravsøkeren 28.

For å kjøre grunnriss-apparatet 10 og operere de forskjellige maskinkomponenter, ble følgende programvarepakker benyttet: A) Process Window™: mann/maskin grensesnittprogram fra Taylor Industrial Software(Edmonton, Alberta). Denne pakken fremviser på monitoren 22 den fullstendige tilstand av apparatet 10 slik som ZUPT, kursfastsettelse, grunnrissdata, kompasskurser, tilstanden av dataregistreringer, o.s.v. B) Windows NT® (Microsoft Corporation, Seattle, Washington) styrer applikasjonen. C) Dataview™ -program (Pen Systems, Sudbury, Ontario) registrerer IMU-målingene. D) Autocad™ (Autodesk, Inc., San Rafael, California) DAK-konstruksjonsprogram behandler dataene til gruveplaner og grunnriss. E) Waltz™ integrert PC-styreprogram (Taylor Industrial Software) utfører og koordinerer all høyhastighets styring av maskiner og tilhørende prosesser.

Under drift krever IMU 18 først en innledende posisjonsfastsettelse IRP. Konvensjonelt senderen Iaserpeker46 som er festet til kjøretøyet 12, en nedad pekende laserstråle mot bakken. Apparatet 10 blir så posisjonert slik at laserstrålen er direkte og nøyaktig over et kjent bakkemålepunkt 60. Koordinatene til denne kjente posisjon 60 blir så registrert med IMU 18 via Dataview-programmet. Denne prosedyren gir utgangsposisjonen, kjøretøyets referansepunkt (VRP, vehicle reference point) og etterfølgende deloppdateringer. IRP og VRP kan være ett og samme punkt.

Straks VRP-koordinatene er mottatt av IMU 18 via CPU 20, begynner IMU 18 å detektere sann nord. Over en tidsperiode i området fra 15 minutter til 25 minutter, avhengig av stedets bredde, avføler IMU 18 jordrotasjonen og bestemmer sin posisjon i rommet i forhold til VRP. På grunn av den installerte proprietære programvare i innringte koordinater for kjøretøyet 12 være innenfor meget smale toleranser i forhold til dets virkelige posisjon. Ellers vil IMU 18 være ute av stand til å beregne og registrere sine etterfølgende posisjoner nøyaktig.

Posisjonering av et stort, omfangsrikt kjøretøy nøyaktig over det kjente målepunkt 60, er en vanskelig prosedyre som krever stor dyktighet av føreren. På det beste er punktnøyaktigheten fire eller fem millimeter.

Den foreliggende siktsystem-prosessor 24 og kamera 26 tillater derimot kjøretøyet 12 å bli posisjonert enkelt innenfor synsfeltet til siktkamera 26. Istedenfor å bruke laserpekeren 46 og omhyggelig posisjonere kjøretøyet 12, muliggjør siktsystem-prosessoren 26 en akseptabel unøyaktig innledende kjøretøyplassering hvor som helst innenfor sikten til et kjent referansepunkt 48. Siktsystem-prosessoren 24 vil så beregne den nøyaktige posisjon av kjøretøyet 12 og levere koordinatene til CPU 20.

Det kjente referansepunkt 48 kan være enhver markør, slik som en bolt/plugg 50 som er drevet inn i takte av orten 16 og hvis koordinater er kjent.

Siktsystem-prosessoren 24 er fortrinnsvis en Itran Model IVS versjon 2.4 gråskala siktsensor som blir brukt til å verifisere nærværet og den nøyaktige posisjon av bolten/pluggen 50. Prosessoren 24 overfører det todimensjonale bildet som registreres av kamera 26 til en gråskala-bildematrise som detekterer dimensjoner, kanter og som er i stand til å identifisere objekttrekk.

Som man vil forstå ble Itran-prosessoren 24 (eller en lignende enhet) utviklet for optisk å avsøke produkter som sekvensielt beveger seg forbi et fast sted. Anvendt i forbindelse med kvalitetskontroll måler systemet dimensjoner, verifiserer toleranser og detekterer feil i produkter etter hvert som de blir fremstilt. For foreliggende oppfinnelse ble prosessoren 24 tilpasset av oppfinnerne til å finne bolten/pluggen 50 når den kommer til syne.

Prosessoren 24 er hovedsakelig et gråskala-målesystem som leter etter identifiserte kanter i synsfeltet. Når den detekterer kanter, utfører den avstandsmålinger mellom en vilkårlig nullstilling som omfatter en første lagret kant og den annen kant av det mottatte objekt. Bredden av låsebolten/pluggen 50 er ne kjent konstant. En kant av bolten/pluggen 50 kan følgelig være lagret som en tidligere identifisert verdi. Ved å måle avstanden mellom den kjente bolt/plugg-kantposisjon og kameraets synsfelt-sentrum 54 (en kanttype), kan differensielle «X, Y-forskyvningsavstander» bestemmes. Når differansen mellom den tidligere identifiserte verdi, i dette tilfellet er den valgte parameter kantavstand, blir X-forskyvningen og Y-forskyvningen null, en overensstemmelse som blir fastslått og bekreftet.

Hvis synsfeltet til kameraet 26 er 64 cm x 48 cm ved en avstand på 4 meter), behøver føreren bare å stanse kjøretøyet 12 under bolten 50 eller over et punkt innenfor vedkommende område. Siktsystemet 12 har en oppløsning på 640 bildeelementer ganger 480 bildeelementer, og kan ved hjelp av interpolasjon måle innenfor 1/32 av et bildeelement. Høye oppløsningsbilder blir derfor 20,480 ganger 15.360 delbildeelementer. Dette vil gi en todimensjonal nøyaktighet på omkring 0,03 mm.

Posisjonen av det faste punkttrekk ved midten av synsfeltet 52 til kameraet 26 vil bli benyttet som referanse av IMU 18. Dette punktet vil bli referert via momentarmer. Disse momentarmene vil bli lagret i IMU 18. IMU 18 vil så rapportere posisjonen fra midten av kameraets synsfelt 52. Siktsystemet 24 rapporterer så posisjon i forhold til målepunktet (bolten/pluggen 50) og CPU 20 vil omforme de bildeelement-baserte forskyvningskoordinatene til virkelige koordinater ved å bruke en retningskosinus-matrisealgoritme.

Orienteringen av kameraet 26 og den relative posisjon til IMU 18 er viktige for systemets nøyaktighet. Apparatet 10 bør måle avstanden fra målet, asimut, dreining om tverraksen og rulling og bestemme en tredimensjonal forskyvning. Dette vil fjerne eventuelle innrettingsfeil innført ved at kjøretøyet 12 og kameraet 16 stanset på ujevn grunn.

Figur 4 er en representativ skisse over hva kameraet 26 «ser. Kjøretøyet 12 er parkert under bolten/pluggen 50 (eller et annet fast skjelnbart objekt). Midten 52 av kamerafeltet 54 behøver ikke å være direkte under objektet 50.

Siktsystemet 24 bruker kantdeteksjon til å finne objekter innefor synsfeltet 54. Kantdeteksjon er en kontrast i gråskala-verdiene i et bilde. På grunn av en forskjell i gråskala-verdier i bildeelementer mellom takbolten/firkantpluggen 50 og det omgivende fjell 16, blir det generert et kant-bildeelement. Vanlige gråskala-verdier blir så kombinert ved hjelp av det proprietære Itran-programmet til å skape et gjenkjennbart trekk som i dette eksempelet er bolten/pluggen 50. En programvare-algoritme kalt en dimensjonssensor måler så bredden, midtposisjonen til trekkene eller avstanden fra et fast punkt til trekket. På figur 4 representerer den vertikale linje 56 X-posisjonsmarkøren mens den horisontale linje 58 representerer Y-posisjonsmarkøren. Den beregnede avstand mellom skjæringen 62 mellom de horisontale og vertikale aksler 58 og 56 og midten av kamerafeltet 52 representerer en innledende forskyvningsfaktor som gjør det mulig for IMU 18 å orientere seg i rommet. Denne forskyvningsfaktoren tillater føreren av kjøretøyet 12 å initialisere posisjonen av apparatet 10 uten at det er nødvendig å posisjonere kjøretøyet 12 nøyaktig under det kjente referansepunkt 48. Laserpekeren 46 og det kjente målepunktet 60 kan elimineres.

Etter at apparatet 10 vet hvor det er plassert, fortsetter IMU 18 å måle opp sitt område. Etter hvert som kjøretøyet 12 beveger seg, samler IMU 18 inn data, beregner og registrerer så sin posisjonsendring med HORTA og IMU 18. Etter 50 sekunders bevegelse inntreffer et nullhastighets oppdateringsvarsel (ZUPT) via inn/ut-blokken 38. Varselsummeren 80 varsler operatøren om å stanse kjøretøyet 12. Ved dette punkt utfører IMU 18 en nullhastighets-oppdatering (ZUPT). Hvis varselsummeren 40 blir ignorert, blir en ZUPT-stoppanmodning 42 tent, og en kjøretøystopp-delmodus blir aktivert. Det er kjent at en IMU 18 må oppdatere sin posisjon hvert sekstiende sekund maksimalt, ellers blir posisjonsdataene forringet. Under stopperioden avføler IMU 18 ingen bevegelse, og en ZUPT inntreffer. Innrettingsfeil blir korrigert. ZUPT-målingen varer i fem sekunder hvor sann nord blir bestemt ved hjelp av gyroskopvirkningen og fabrikantens proprietære algoritmer.

Siden feil er nødt til å komme langsomt inn i operasjonen på grunn av vibrasjoner, korte ZUPT-perioder og svingeperioder som strekker seg nær til eller ut over vinduet på 60 sekunder, har Honeywell utviklet et antall mottiltak. Det blir anbefalt at hyppige, korte stasjonære avbrudd blir tatt slik at mange ZUPT vil inntreffe. Ved flere ZUPT pr tidsenhet, kan ytterligere innrettingsfeil filtreres ut.

Den foran nevnte programvare blir lastet inn i CPU for bestemmelse av kjøretøyets 12 bevegelse og posisjon. IMU-programgrensesnittet er kompatibelt med Waltz-programmet. Inn/ut-driveren 36 for IMU bruker en analogi på et standardspråk for en programmerlogisk styreenhet (PLC) til å styre IMU 18 og til å aksessere data direkte fra IMU 18.

Selv om IMU 18 kontinuerlig orienterer seg selv i rommet, får laseravsøkeren 28 eller laseravstandsmålerne 30 og 32, som virker som avstandsmålende innretninger mellom et punkt på det bevegelige grunnriss-apparatet 10 og veggene og taket i orten 16, CPU 20 til å registrere målepunkter.

Det er blitt bestemt at laseravstandsmålerne 30 og 32 kan være bedre til å bestemme målepunkter enn avsøkeren 28, fordi de synes å arbeide hurtigere. Ved å anvende avstands- og datakorreksjons-programmer som benytter cosinus/sinus-funksjoner, kan de avstandsmålende enheter (28 eller 30/32) på kjente høyder beregne koordinatene til målepunktene og levere dataene via Waltz-styreprogrammet til plott-datamaskinen 34. Søkeren kan fremskaffe den nødvendige programvare som er belagt med copyright.

Dataview-innsamlingsprogrammet samler inn dataene fra CPU 20, d.v.s. data fra avstandsmåler 30 og 32 (data fra laseravsøker 28) og posisjonskoordinatene fra Waltz-programmet for å innlede de grunnriss-konturer som plottes ved hjelp av datamaskinen 34.

Det ble foretatt en test for å undersøke effektiviteten av foreliggende oppfinnelse 10. Et bekreftelsesforsøk for to plugger anbrakt i lnco's Creighton Mine-sjakten i Sudbury, Ontario, ble utført med tilfredsstillende resultater. De to pluggene (maken til bolt/plugg 50) var anbrakt i en skrånende ort.

Omforminger for å korrigere IMU-koordinatene til Creighton Standard Mine-koordinater (CSM-koordinater) måtte undersøkes og implementeres før noen sammenligninger kunne gjøres.

The Universal Transverse Mercator (UTM) er et standard kartleggingsrutesystem basert på kjente merkatorproduksjoner som HORTA IMU 18 rapporterer posisjoner i. Det genererer en nordretning, østretning og høyde i UTM-koordinatsystemet.

UTM er i det metriske system, siden mange gruver imidlertid allerede er plottet ved bruk av engelske mål, er det nødvendig omforme det metriske UTM-koordinatsystem til det modifiserte bekkensystem (MBS, Modified Basin System) i engelske enheter.

Følgende omformingsligninger ble bruk og installert i CPU 20: Omformingsligninger: 0=0° 02' 45,8"

Omforming fra MBS til UTM

Nordlig UTM =

[0.99984824(nordligMBsCOS 0 - østligMBsSIN 0) + 16500503,823]

<*>0,304709550855

Østlig UTM =

{[0.99984824(østligMBsCOS 0 - nordligMBsSIN 0) + 588365,738]

<*>0,304709550855} + 500000

Omforming fra UTM til MBS

(NordliguTMCOS 0 - østligUTMSIN 0) -16503965,118

ØstligMBs<=>

(ØstliguTMCOS 0 - nordliguTMSIN 0) + 1216196,80405

Den aktuelle innsamling av dataene ved anvendelse av grunnriss-apparatet 10 tok bare en og en halv time. Til sammenligning gjennomgikk to mannskaper med tre landmålere i løpet av en weekend hver den samme rute til pluggene. Det resulterende sett med koordinater var meget nær som vist i tabell 1.

For grunnriss-operasjoner blir følgende datatyper innsamlet direkte av IMU 18.

• Nordlig bredde

• Østlig retning

• Høyde

• Dreining om tverrakse

• Rulling

• Asimut

• Tid for måling av koordinatene

• Kjøretøyavstand fra gruveveggene.

Det er nyttig å presentere dataene på følgende grafiske form:

Dataene kan innsamles elektronisk ved bruk av CPU 20. Dataene kan være lagret i<*>.dbf aZnd<*>.txt-filformater ved bruk av Dataview-programmet. Resultatene fra hver gjennomkjøring sammen med den daglige analyse, kan være representert i en daglig logg som er tilgjengelig på Lotus Notes™ (IBM. Armonk, New York) i en katalog.

Alternativt kan data fra laser-avstandsmålerne 30 og 32 (og/eller avsøkeren 28) samles inn ved bruk av Waltz-programmet for å sikre datasynkronisering og så høy datainnsamlingshastighet som mulig. Innledende anslag er at laser-avstandsmålerne 30 og 32 og posisjons/høyde-data kan samles inn med mellomrom på 320 millisekunder. Hvis kjøretøyet 12 beveger seg med 1 m/s (3,6 km/t), viser det seg at apparatet 10 vil oppnå en oppløsning på omkring 30 cm.

Dataene kan analyseres ved å bruke de riktige statistiske verktøy (for eksempel t kvadrat ved analyse av repeterbarhet). Hovedanalysemetoden vil fortsatt være direkte sammenligning for å finne middelawiket. Excel™

(Microsoft)-regneark og -grafer kan brukes til å fremvise rådata og analyserte data.

Grunnriss-apparatet 10 ble brukt til å frembringe en forsøksvis byggekontur av Kelly Lake Road Industrial Park i Copper Cliff, Ontario. Se figur 5. Apparatet 10 så bare til venstre, kjøretøyet 10 ble drevet langsomt med i nødvendige stopp for SUPT. Den streklinjen representerer banen til apparatet 10, mens den heltrukne linjen representerer konturene av bygninger mens apparatet 10 så til venstre. Mer detaljerte oversikter er mulige når IMU 18 ser i varierende retninger. Figur 5 som er et foreløpig grunnriss, demonstrerer imidlertid effekten av apparatet 10.

Selv om beskrivelsen ovenfor vedrører et IMU-basert grunnriss-apparat på et nyttekjøretøy 12, kan oppfinnelsens underliggende konsept miniatyriseres slik at en person som spaserer i et tilgjengelig område, hurtig og nøyaktig kan frembringe et grunnriss. Det foreliggende automatiserte konsept 10 kan dessuten anvendes i forbindelse med andre typer automatisk førte maskiner, oppfarings-lastebommer, produkjsonsbor, eksplosiv-lastere, roboter, lastebiler, skuffevogner, lastere, o.s.v.

Selv om det i samsvar med forskriftene her er illustrert og beskrevet spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen, vil fagfolk på området forstå at endringer som dekkes av kravene, kan foretas, og at visse trekk ved oppfinnelsen noen ganger kan brukes fordelaktig uten en tilsvarende bruk av andre trekk.

Claims (11)

1. Automatisert førings- og måleapparat for måling av omgivelser med minst ett strukturelement,karakterisert vedat apparatet omfatter: en bevegelig understøttelse (12), en treghetsmåleenhet (18) festet til understøttelsen, minst en avstandsmålende enhet (28, 30, 32) som er i stand til å bestemme avstanden mellom et sted på understøttelsen (12) og et adskilt strukturelement i omgivelsene, en siktsystemprosessor (24) og en bildemottaker (26) forbundet med siktsystemprosessoren (24), hvor siktsystemprosessoren (24) innbefatter en kantkoordinatmåler med gråskalasynsfelt.for lokalisering av et forut bestemt objekt i nærheten av apparatet innenfor en forhåndsbestemt margin og for innledningsvis å bestemme apparatets posisjon i omgivelsene, en informasjonskoordinerende sentralprosessorenhet (20) som kommuniserer med treghetsmåleenheten (18) og den avstandsmålende enhet (28, 30, 32) og siktsystemprosessoren (24), og en anordning for kontinuerlig oppdatering og bestemmelse av apparatets posisjon som reaksjon på treghetsmåleenheten (18).

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat treghetsmåleenheten (18) innbefatter et ringlaser-gyroskop.

3. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat den avstandsmålende enhet er valgt fra den gruppe som består av en laseravsøker (28) og en laseravstandsmåler (30, 32).

4. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedbildemottakeren omfatter et videokamera (26) tilkoplet kantkoordinatmåleren med gråskalasynsfelt.

5. Apparat ifølge krav 1,karakterisert veden generator som kommuniserer med resten av apparatet for å generere et gruvetunnel-grunnriss av omgivelsene.

6. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat det innbefatter en tilstandsindikator for nullhastighets-oppdatering (40, 42).

7. Apparat ifølge krav 1,karakterisert veden anordning for initiering av en veiledningsindikator (38).

8. Fremgangsmåte for måling og navigering av en mobil plattform gjennom et forut bestemt område som har minst en overflate, fortrinnsvis i en struktur, f eks en undergrunnsutgraving, hvor fremgangsmåten erkarakterisert ved: a) å forsyne den mobile plattform (12) med en treghetsmåleenhet (18), f eks et ringlasergyroskop; b) å bringe treghetsmåleenheten (18) til å kommunisere med en sentralprosessorenhet (20), idet sentralprosessorenheten er i stand til å lagre og oppdatere posisjonsparametere for det forut bestemte området; c) å bestemme en avstand mellom den mobile plattform (12) og en overflate i det forut bestemte området, og å innføre avstanden til sentralprosessorenheten (20); d) å anvende en kantkoordinatmåler med et gråskalasynsfelt til å detektere en kjent markør i det forut bestemte området for å bestemme en innledende posisjon av den mobile plattform; e) å bringe den mobile plattform (12) til å bevege seg gjennom området med en hastighet for å gjøre det mulig for treghetsmåleenheten å bestemme den aktuelle posisjon av den mobile plattform i området; f) å lagre og oppdatere posisjonsparametrene for det forut bestemte området i sentralprosessorenheten (20); og g) å bestemme, måle og registrere valgte dimensjonsegenskaper ved det forut bestemte området.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedå generere et grunnriss av det forut bestemte området ved periodisk å gjennomgå de valgte dimensjonsegenskapene i sentralprosessorenheten.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat, i trinn d), et videokamera (26) som kommuniserer med kantkoordinatmåleren med gråskalasynsfelt, blir brakt til å betrakte den kjente markør på overflaten av det forut bestemte området.

11. Fremgangsmåte ifølge kravl 0,karakterisert vedat kantkoordinatmåleren med gråskalasynsfelt og treghetsmåleenheten (18) opererer i tandem for å bestemme den innledende posisjon av den mobile plattform (12) ved å holde det faste punkttrekk ved midten av videokameraets synsfelt ved hjelp av momentarmer, og lagre momentarmene i treghetsmåleenheten (18), å rapportere en første posisjon fra midten av videokameraets synsfelt, å rapportere en annen posisjon i forhold til den kjente markør i synsfeltet til videokameraet, idet den første posisjon og den annen posisjon blir registrert i det minste med bildeelement-baserte koordinater, å bestemme en bildeelement-basert forskyvningskoordinat mellom den første posisjon og den annen posisjon, og å omforme den bildeelement-baserte forskyvningskoordinat til virkelige dimensjonskoordinater.