Autonomer Bergbau

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Beim autonomen Bergbau kommen automatisierte Systeme zum Einsatz, um schwere Maschinen mit minimalem menschlichem Eingriff zu steuern und zu koordinieren. Dabei werden Multisensor-Wahrnehmung, leistungsstarke Trägheitsnavigation und adaptive Bewegungssteuerungsalgorithmen integriert, um Abbau-, Transport- und Bohrvorgänge durchzuführen. Anstatt sich ausschließlich auf externe Positionsbestimmung zu verlassen, nutzen diese Systeme eine Sensor-Fusion im geschlossenen Regelkreis, um in Untertage-Stollen und im Tagebau eine kontinuierliche räumliche Orientierung aufrechtzuerhalten. Sie kombinieren GNSS, Trägheitssensoren, LiDAR, Radar, Kameras und Fahrzeugsteuerungen, um die Umgebung zu erfassen und Aufgaben auszuführen.

Bergbaustandorte unterliegen strengen navigatorischen Einschränkungen. Der Tagebaubetrieb verursacht GNSS Mehrwegausbreitung, Signalbehinderungen und eingeschränkte Satellitensichtbarkeit, während Untertage-Schächte GNSS das Signal vollständig blockieren. Staub, extreme Vibrationen, steiles Gelände und Temperaturschwankungen beeinträchtigen die Sensoren zusätzlich. Daher führen robuste Navigationsalgorithmen eine Fusion der Sensordaten durch, um auch bei Ausfall einzelner Komponenten eine genaue Positionsbestimmung aufrechtzuerhalten. Die integrierte GNSS/INS sorgt bei verfügbaren Satelliten für eine absolute Positionsbestimmung und nutzt bei Ausfällen die Koppelnavigation.

Innerhalb der Trägheitsmesseinheit (IMU) gewährleisten drifatarme Beschleunigungsmesser und äußerst stabile Gyroskope die für eine genaue Koppelnavigation erforderliche Bias-Stabilität. Lage- und Kursreferenzsysteme (AHRS) berechnen Roll-, Nick- und Gierwinkel in Echtzeit. Filteralgorithmen führen Trägheitsdaten mit Kursangaben von Magnetometern oder Dual-Antennen- GNSS zusammen und stabilisieren so Schwerlasttransporter und Bagger auf unwegsamem Gelände. Eng gekoppelte Systeme vereinen Messungen von „ IMU “, Radgeschwindigkeit, LiDAR-Odometrie und Radar und nutzen dabei erweiterte Kalman-Filter (EKF), um Positionsabweichungen in unterirdischen Bereichen ohne „ GNSS “ oder in Tagebau-Schluchten zu beseitigen.

Autonome Transportsysteme (AHS) führen lokale Punktwolken mit hochfrequenten inertialen Orientierungsdaten zusammen, um Wegplanungsvektoren zu aktualisieren, dynamischen Hindernissen auszuweichen und das Abladen der Ladung mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich durchzuführen.

Durch die direkte Einbindung hochfrequenter Inertialsensoren in die primären Regelkreise eliminiert der autonome Bergbau Bedienungsfehler, reduziert die mechanische Belastung, optimiert den Kraftstoffverbrauch und gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb in rauen Umgebungen.