فناوری لیدار و کاربرد آن در صنعت معدن‌کاری

به گزارش می‌متالز، این سیستم اولین‌بار در حدود سال۱۹۷۰توسط ناسا و بعد از آن توسط سایر سازمان‌های عموما آمریکایی، کانادایی و استرالیایی به کار گرفته شد. اندازه گیری لیدار بر این اصل استوار است که مختصات هر نقطه روی زمین با مشخص‌بودن مختصات محل ارسال لیزر و اندازه گیری طول فاصله مایل بین نقطه ارسال پالس و سطح زمین و همچنین اندازه گیری زاویه ارسال موج از محل ارسال پالس تا سطح زمین قابل‌محاسبه است. داده‌های لیدار دارای ساختار شبکه‌ای منظم اند و فاصله بین نقاط شبکه یک متر است. تصاویر مربوط به داده‌های لیدار به ابعاد ۶۹۷ × ۴۷۲ پیکسل هستند؛ در واقع تکنولوژی لیدار یک ابزار مکمل برای دریافت اطلاعات سه بعدی در کنار تصویرسنجی فضایی و سنجش از دور است.

لیدار یک تکنولوژی جدید و روبه رشد است که در مقایسه با روش‌های سنتی نقشه‌برداری، مدل رقومی سطح زمین را با سرعت و با دقت بیشتر فراهم می‌سازد. با توجه به پیشرفت‌های اخیر در توانایی سیستم‌های لیدار و گسترش روزافزون در روند به کارگیری اطلاعات قابل جمع آوری در این‌گونه سیستم ها، به‌نظر می‌رسد در کشور‌های مختلف، علوم مهندسی ژئوماتیک به طور اعم و فتوگرامتری به طور اخص در سال‌های آینده شاهد تحولات بنیادی درخصوص به کارگیری این تکنولوژی خواهد بود.

در زمین شناسی ترکیبی از لیدار‌هایی که پایه هواپیمایی دارند و جی. پی. اس به‌صورت ابزار‌های مهمی برای تشخیص گسل‌های فشاری بالارونده، درآمده‌اند. حاصل این دو تکنولوژی می‌تواند مدل‌های دقیق هوایی را برای عوارض زمین ایجاد کند که حتی می‌تواند ارتفاع زمین را از میان درختان اندازه گیری کند. دستگاه دقیق لیدار فقط می‌تواند اطلاعات ارتفاعی را جمع‌آوری کند. جهت دسترسی به اطلاعات کامل و سه بعدی از منطقه اسکن‌شده باید موقعیت نقاط نیز شناخته شوند، به همین منظور یک جی. پی. اس پردقت بر بالای بدنه هواپیما سوار شده‌است. هم زمان که حسگر‌های لیدار اطلاعات ارتفاعی را ضبط می‌کنند، حسگر‌های جی. پی. اس نیز موقعیت نقاط را برداشت و ضبط می‌کنند و پس از اتمام پرواز اطلاعات به کمک یک دسته از نرم افزار‌های مخصوص پردازش می‌شوند. محصول نهایی کار، نقاطی هستند که از نظر طولی، عرضی و ارتفاعی دارای دقت و صحت بسیاری هستند. این اطلاعات به ما این امکان را می‌دهد تا یک مدل ارتفاعی رقومی از سطح زمین داشته‌باشیم.

علاوه بر این، سیستم‌های لیدار کاربرد‌های بسیار زیاد و مهمی در معادن می‌توانند داشته باشند. این سیستم به منظور ردیابی آلاینده‌های هوا در اطراف معادن و بررسی اثرات زیست‌محیطی یک پروژه معدنی قابل‌استفاده خواهد بود، همچنین لیدار می‌تواند در معادن به منظور محاسبه حجم کانسار مورد مطالعه و نفوذ به درون زمین جهت جمع‌آوری اطلاعات مورد‌نیاز از آن، کاربرد داشته‌باشد.

اجزای تشکیل‌دهنده سیستم‌های لیدار عبارتند از:

فرستنده: به‌طور معمول لیزر‌های مورد‌استفاده این نوع از سیستم‌های سنجش از راه دور، لیزر‌هایی با طول موج بین ۶۰۰ تا هزار نانومتر است. لیزر‌هایی در این برد، بسیار ارزان‌قیمت هستند، اما باید درنظر داشت که این محدوده از امواج به‌راحتی توسط چشم جمع‌آوری می‌شوند و می‌توانند آسیب‌های جبران ناپذیری را به چشم وارد کنند، به همین سبب برای جلوگیری از آسیب‌های چشمی، از توان‌های پایین این لیزر‌ها استفاه می‌شود. وظیفه این بخش تولید نور و هدایت آن به درون محیط است. لیزر‌ها را می‌توان به‌عنوان منابعی تقریبا ایده‌آل برای انجام این وظیفه انتخاب کرد.

خواصی، چون واگرایی کم، پهنای فرکانسی باریک و پالس‌هایی با پهنای زمانی کم و با توان بالا، از مزایای پرتو‌های لیزری به‌شمار می‌آیند. کوچک بودن واگرایی پرتو‌های لیزری این مزیت را دارد که با استفاده از آن می‌توان منطقه کوچک و دلخواهی را از محیط موردبررسی قرار داد و با این کار میزان تفکیک (تفکیک سطحی) را افزایش داد. یکی از مشکلات سیستم‌های لیدار، چرخش ۳۶۰درجه لیزر برای اسکن محیط اطراف است. جهت رفع این مشکل و همچنین حذف لرزش و ثابت بودن منبع، به کمک آینه‌های کوچکی که به‌طور ۳۶۰ درجه می‌چرخند، نور لیزر را به اطراف می‌فرستند.

گیرنده: گیرنده‌های نوری سیستم لیدار، سلول‌هایی فوتوالکتریک هستند که از سیلیکون یا گالیوم آرسناید با حداکثر حساسیت برای یک بازه طول موجی خاص ساخته شده‌اند. بسته به کاربرد سیستم‌های لیدار، نوع گیرنده نوری می‌تواند متفاوت باشد. به‌طور مثال در سیستم‌های کوتاه برد از فوتودیود‌های ساده سیلیکونی و در سیستم‌های دوربرد از فوتودیود‌های بهمنی استفاده می‌شود. حساسیت گیرنده‌های فوتودیود در سیستم‌های لیدار آنقدر زیاد است که می‌تواند یک فوتون ورودی را به بهمنی از الکترون (جریان یا سیگنال الکتریکی) تبدیل کند. سیستم دریافت کننده یک لیدار، تابش‌های پراکنده شده از هدف را جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به درون سیستم آشکارساز لیدار هدایت می‌کند. این سیستم به‌طور معمول از دو بخش اپتیکی و قسمت تجزیه گر تشکیل شده‌است. ساده‌ترین وسیله اپتیکی مورد‌استفاده می‌تواند یک آینه باشد که نور پراکنده شده از محیط را در یک نقطه کانونی متمرکز می‌کند. اندازه سیستم اپتیکی عاملی مهم در سیستم‌های لیداری است. یک سیستم اپتیکی بزرگ (با دهانه بزرگ) قادر به جمع‌آوری میزان زیادی از تابش‌های پراکنده شده است. قطر دهانه سیستم اپتیکی می‌تواند از چند سانتی متر تا چند متر متغیر باشد. به‌طور معمول سیستم‌های اپتیکی با دهانه کوچک را برای دورحسی در فواصل نزدیک به‌کار می‌برند. بعد از اینکه پرتو‌های نوری توسط قسمت اپتیکی جمع‌آوری شد، قبل از رسیدن به سیستم آشکارساز موردتحلیل قرار می‌گیرند. این تحلیل‌ها بسته به هدف، می‌تواند بر اساس قطب، طول موج یا فاصله باشد.

آشکارساز: آشکارساز‌های نوری به وسایلی اطلاق می‌شوند که نسبت به نور ورودی حساس هستند و نور پراکنده شده از جسم را که به گیرنده می‌رسد، آشکار می‌کنند. این وسایل بسته به نوع کاربرد، به دو دسته کلی «آشکارکننده‌های سیگنال» و «تصویر» تقسیم می‌شوند. آشکارکننده‌های سیگنال، نور را از قسمت دریافت کننده گرفته و شدت را به‌صورت تابعی از فاصله ترسیم می‌کنند. در این نوع آشکارساز‌ها به‌رغم وجود تفکیک عمقی، تفکیک سطحی وجود ندارد. از این قبیل وسایل می‌توان «چندبرابرکننده‌های نوری» (MCT، PMT، PIN، APD) را نام برد؛ این در حالی است که در آشکارکننده‌های تصویر که سیگنال نوری را به‌صورت تصویر در خروجی نمایش می‌دهند، از قبیل CCD، ICCD و Streak Camera تفکیک عمقی و سطحی هر دو وجود دارد.

سجاد طالش‏‏‏‏‏‏‏‏‌‏حسینی/ دکترای مهندسی معدن از دانشگاه تهران
امید اصغری / عضو هیات‌علمی دانشکده مهندسی معدن دانشگاه تهران

منبع: دنیای اقتصاد