BRPI0901427A2 - método e sistema para explorar informações a partir de fontes heterogêneas - Google Patents

Abstract

MéTODO E SISTEMA PARA EXPLORAR INFORMAçõES A PARTIR DE FONTES HETEROGêNEAS. São descritos um sistema e um método para gerar um modelo de um ambiente em que várias unidades de equipamento (104) são empregadas para a extração de ao menos um recurso a partir do ambiente. O sistema compreende uma unidade de modelagem de pré-extração, ou no solo (204), configurada para receber os dados a partir de uma primeira pluralidade de sensores heterogêneos no ambiente e para fundir os dados no modelo de pré-extração descritivos do ambiente e o ao menos um recurso. Uma unidade de modelagem de equipamento (208) é configurada para receber os dados de equipamento relacionados às várias unidades de equipamento operando no ambiente e para combinar os dados de equipamento em um modelo de equipamento. Uma unidade de modelagem pós-extração ou fora do solo (206) é configurada para receber os dados a partir de uma segunda pluralidade de sensores e para fundir os dados em um modelo de pós-extração descritivo de material extraído a partir do ambiente, em que ao menos uma das unidades de equipamento opera para extrair o ao menos um recurso a partir do ambiente. Informação a partir do ao menos um de modelo de pré-extração, modelo de equipamento e modelo de pós-extração é comunicável às unidades de equipamento para uso no controle de operação das unidades de equipamento no ambiente. O ambiente pode ser uma mina.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA EXPLORAR INFORMAÇÕES A PARTIR DEFONTES HETEROGÊNEAS

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um método e sistemapara explorar informação a partir de fontes heterogêneas.

Antecedentes da Invenção

A exploração de uma mina é uma tarefa complexa edispendiosa. À medida que avança a tecnologia, variasferramentas estão sendo usadas para otimizar os diferentesprocedimentos no local para economizar custos, otimizareficiência, ou aperfeiçoar a qualidade do produto final.Alguns exemplos dessas novas tecnologias são asperfuratrizes autônomas, as quais são usadas para fazerfuros em materiais duros, e que não requerem um operadorpara manejar a perfuratriz durante a tarefa de perfuração.Outro exemplo é o uso de vagões autônomos que não exigemmotoristas e, portanto, reduzem significativamente osrecursos humanos exigidos para a exploração da mina.

Embora esses novos recursos aj udem a lidar com osproblemas muito específicos associados à exploração damina, a presença dos mesmos causa novos problemasrelacionados ao processo como um todo e a integração dessasnovas ferramentas no sistema.

Portanto, hã a necessidade de uma melhor integração denovos e antigos recursos dentro dos procedimentosexistentes de exploração de minas, assim como a otimizaçãodo uso dos novos recursos e ferramentas que estão emergindodevido aos avanços em tecnologia.

Existem necessidades similares em outras áreas detecnologia envolvendo a extração de um recurso a partir deum ambiente circundante, por exemplo, em aplicações desilvicultura e agricultura e em outras áreas tais comoanalise de oceanos em aplicações marítimas.

Sumário da Invenção

De acordo com um primeiro aspecto da invenção é'provido um sistema para gerar um modelo de um ambiente emque várias unidades de equipamento são empregadas para aextração de ao menos um recurso a partir do ambiente, osistema compreendendo:

a) uma unidade de modelagem de pré-extraçãoconfigurada para receber os dados a partir de uma primeirapluralidade de sensores heterogêneos no ambiente e parafundir os dados em um modelo de pré-extração descritivo doambiente e do ao menos um recurso;

b) uma unidade de modelagem de equipamento configuradapara receber dados de equipamento relacionados às variasunidades de equipamento operando no ambiente e paracombinar os dados de equipamento em um modelo deequipamento;

c) uma unidade de modelagem de pós-extraçãoconfigurada para receber dados a partir de uma segundapluralidade de sensores e fundir os dados em um modelo depós-extração descritivo do material extraído a partir doambiente, em que ao menos uma das unidades de equipamentoopera para extrair o ao menos um recurso a partir doambiente; e

em que a informação solicitada a partir de ao menos umdo modelo de pré-extração, do modelo de equipamento e domodelo de pós-extração é comunicável às unidades deequipamento para uso no controle da operação das unidadesde equipamento no ambiente.

De acordo com um segundo aspecto da invenção é providoum sistema para gerar um modelo de uma mina em que váriasunidades de equipamento são empregadas para a extração deao menos um recurso a partir da mina, o sistemacompreendendo:

a) uma unidade de modelagem no solo configurada parareceber dados a partir de uma primeira pluralidade desensores heterogêneos na mina e para fundir os dados em ummodelo no solo descritivo da mina e do ao menos um recurso;

b) uma unidade de modelagem de equipamento configuradapara receber dados de equipamento relacionados às váriasunidades de equipamento empregadas na mina e para combinaros dados de equipamento em um modelo de equipamento;

c) uma unidade de modelagem fora do solo configuradapara receber os dados a partir de uma segunda pluralidadede sensores e para fundir os dados em um modelo fora dosolo descritivo do material extraído a partir da mina, emque ao menos uma das unidades de equipamento opera paraextrair o ao menos um recurso a partir dos recursos; e

em que a informação solicitada a partir de ao menos umdo modelo no solo, do modelo de equipamento e do modelofora do solo é comunicável às unidades de equipamento parauso no controle da operação das unidades de equipamento namina .

De acordo com um aspecto adicional da invenção éprovido um sistema para explorar uma mina, compreendendo:

um banco de dados armazenando um modelo no solo e ummodelo de equipamento;

um módulo de comunicação para permutar dados com umapluralidade de unidades de operação;

um módulo de fusão adaptado para fundir informação nosolo em relação às propriedades geométricas, geológicas egeofisicas de um material no solo em modelo no solo paraatualizar o modelo no solo, para fundir informação deequipamento em relação às peças de equipamento no modelo deequipamento para atualizar o modelo de equipamento, e parafundir informação fora do solo em relação às propriedadesgeofisicas, químicas e de classe de um material fora dosolo com informação sobre modelo no solo e modelo deequipamento para criar um modelo fora do solo.

De acordo com um aspecto adicional da invenção éprovido um método de gerar um modelo de um ambiente em quevárias unidades de equipamento são empregadas para aextração de ao menos um recurso a partir do ambiente, ométodo compreendendo:

a) receber os dados a partir de uma primeirapluralidade de sensores heterogêneos no ambiente;

b) fundir os dados em um modelo de pré-extraçãodescritivo do ambiente e do ao menos um recurso;

c) receber os dados de equipamento relacionados àpluralidade de unidades de equipamento operando noambiente;

d) combinar os dados de equipamento em um modelo deequipamento;

e) receber os dados a partir de uma segundapluralidade de sensores;

f) fundir os dados a partir da segunda pluralidade desensores em um modelo pós-extração, descritivo de materialextraído a partir do ambiente, em que ao menos uma dasunidades de equipamento opera para extrair o ao menos umrecurso a partir do ambiente; e

g) comunicar informação a partir de ao menos um domodelo de pré- extração, do modelo de equipamento e domodelo de pós-extração para as unidades de equipamento parauso no controle da operação das unidades de equipamento noambiente.

De acordo com um aspecto adicional da invenção éprovido um método de gerar um modelo de uma mina em quevarias unidades de equipamento são empregadas para aextração de ao menos um recurso a partir da mina, o métodocompreendendo:

a) receber os dados a partir de uma primeirapluralidade de sensores heterogêneos, na mina;

b) fundir os dados em um modelo no solo descritivo damina e do ao menos um recurso;

c) receber os dados de equipamento relacionados àsvárias unidades de equipamento empregadas na mina;

d) combinar os dados de equipamento em um modelo deequipamento;

e) receber os dados a partir de uma segundapluralidade de sensores;

f) fundir os dados em um modelo fora do solodescritivo do material extraído a partir da mina, em que aomenos uma das unidades de equipamento opera para extrair oao menos um recurso a partir do recurso; e

g) comunicar informação a partir do ao menos um domodelo no solo, do modelo de equipamento e do modelo forado solo para as unidades de equipamento para uso nocontrole da operação das unidades de equipamento na mina.De acordo com um aspecto adicional da invenção éprovido um método para gerenciar um material fora do solodentro de uma mina, o método compreendendo:

armazenar os dados relacionados a uma geometria e auma geologia de um material no solo dentro da mina;

atualizar os dados utilizando entrada a partir de aomenos uma unidade de operação quando o material no solotiver sido escavado e corresponder ao material fora dosolo; e

monitorar um movimento do material fora do solo dentroda mina a partir da escavação até o armazenamento emmontões.

Descrição Resumida dos Desenhos

Modalidades da invenção serão descritas agora, apenascomo exemplo, com referência aos desenhos anexos, nosquais:

A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema deCompilação de Imagem de Mineração, de acordo com umamodalidade;

A Figura 2 é um diagrama de blocos, ilustrando umaestação-base conectada a sete unidades de operação, deacordo com uma modalidade;

A Figura 3 ilustra a operação de uma unidade de modelono solo, de acordo com uma modalidade;

A Figura 4 ilustração a operação de uma unidade demodelo fora do solo, de acordo com uma modalidade;

A Figura 5 ilustra a operação da unidade de modelo deequipamento, de acordo com uma modalidade;

A Figura 6 ilustra a operação de uma unidade deautoperfuração, de acordo com uma modalidade;A Figura 7 ilustra a operação de uma unidade deautoalinhamento, de acordo com uma modalidade;

A Figura 8 ilustra a operação de uma unidade deautomação de vagão, de acordo com uma modalidade;

A Figura 9 ilustra a operação de uma unidade deinspeção de cabeceira, de acordo com uma modalidade;

A Figura 10 ilustra a operação de uma unidade deautomação de escavadeira, de acordo com uma modalidade;

A Figura 11 ilustra a operação de uma unidade deensaio em tempo real, de acordo com uma modalidade;

A Figura 12 ilustra a operação de uma unidade decarregamento automatizado, de acordo com uma modalidade;

A Figura 13 ilustra a operação de uma unidade depesquisa em tempo real autônoma, de acordo com umamodalidade;

A Figura 14 ilustra uma geologia real de um terreno,dê acordo com uma modalidade.

A Figura 15 ilustra uma predição de uma geologia realde um terreno com base em observações realizadas em umabancada de minério, de acordo com uma modalidade;

A Figura 16 ilustra uma predição de uma geologia realde um terreno com base em observações realizadas em duasbancadas, de acordo co'm uma modalidade; e

A Figura 17 ilustra uma predição de uma geologia realde um terreno com base em observações realizadas em trêsbancadas de acordo com uma modalidade.

Descrição Detalhada das Modalidades

A presente invenção se refere à exploração deinformação a partir de fontes heterogêneas relacionadas aum ambiente definido e à geração de um modelo para uso naextração de recursos a partir do ambiente definido. Amodalidade ilustrada nas figuras e descrita em detalhe éuma aplicação para mineração. Será considerado que existemmuitos outros campos de aplicação pertinentes a essainvenção, incluindo silvicultura e agricultura.

O termo "fundir" se refere, nessa descrição, àcombinação de informação a partir de múltiplas fontes paracriar um modelo de dados ou combinar nova informação cominformação jã existente de um modelo de dados paraatualizar esse modelo de dados. As múltiplas fontes podemser homogêneas ou heterogêneas. A informação a partir dasmúltiplas fontes tipicamente tem diferentescaracterísticas, por exemplo, a exatidão dos dados, masprove informação sobre os mesmos parâmetros medidos, porexemplo, coordenadas descrevendo a posição de um obj eto.Uma razão para fundir informação a partir das fontesheterogêneas, por exemplo, múltiplos sensores, é a demelhorar a exatidão do valor(es) estimado a partir dosvalores medidos. A fusão de informação também pode sereferir à atualização de informação antiga com novainformação, por exemplo, substituir uma localização de umveículo pela sua nova posição. A fusão de informação podefazer uso de algoritmos de fusão.

Na aplicação de mineração, o termo "informação nosolo" se refere à informação geométrica, geofísica egeológica sobre o material no solo, em conjunto com ainformação sobre as atividades de mineração que ocorreramou que ocorrerão antes da extração do material. O materialno solo ou não-escavado é o material que ainda não foiescavado. Informação geométrica representa informação sobrea localização e a geometria da mina, bancadas, etc. Elatambém inclui informação sobre a localização de furosexistentes ou a serem perfurados e suas dimensões. Issoconstitui um padrão de perfuração. Adicionalmente, ainformação geométrica pode incluir também informaçãoassociada relacionada à quantidade e composição deexplosivos a serem providos nos furos. Utilizando ainformação no solo, é possível estimar a quantidade e osestoques de material no solo. Informação no solo compreendetambém propriedades químicas e mecânicas das diferenteszonas da mina. Toda informação no solo é fundida paraformar um modelo no solo.

Em uma aplicação agrícola o termo "informação no solo"pode se referir a terra e plantas ou culturaseconomicamente úteis em uma região de interesse. O modelono solo obtém, através de detecção, uma imagem integrada dageometria, composição química, e saúde da cultura atravésda área exigida. Mais genericamente, o termo "informação nosolo" está compreendido na classe de informação de "pré-extração" , vxpré-intervenção" ou "pré-processamento" e serefere à informação descrevendo uma região em algum pontode referência inicial, ou um ponto de referência inicialrelativo dentro de um processo dinâmico sujeito àreavaliação contínua. O recurso da região pode ser, porexemplo, uma mina, um recurso agrícola ou um recurso desilvicultura que está sujeito à intervenção ouprocessamento pelo equipamento referido abaixo. Nessesentido mais amplo a "informação no solo" não é limitadaliteralmente à informação relacionada ao solo, mas pode,por exemplo, se referir a um recurso marinho.Nessa descrição um segundo tipo de informação édenominada "informação fora do solo". Na aplicação demineração a "informação fora do solo" se refere àinformação sobre o material extraído ou fora do soloincluindo montões de armazenamento e material em processo.Essa informação inclui, mas não é limitada ao materialgeofísico, químico e o tipo do material fora do solo alémde sua localização dentro da mina. Utilizando a informaçãofora do solo, é possível estimar os estoques e a quantidadedo material fora do solo. A informação fora do solo éfundida para formar um modelo fora do solo.

Em uma aplicação agrícola a informação fora do solopode, por exemplo, descrever uma cultura colhida. Maisgenericamente, a informação fora do solo esta compreendidana classe de informação "pós-extração", upós-processamento"ou "pós-intervenção" que descreve o material extraído oucolhido a partir do ambiente descrito pela informação nosolo (pré-extração). Em algumas aplicações o rótulo fora dosolo não está literalmente relacionado ao solo, mas pode,por exemplo, ter referência a um recurso marinho.

A expressão "informação de equipamento" se refere àinformação relacionada às peças de equipamento usadas emuma aplicação de processamento de recurso. O equipamento éinstrumental na transferência de material a partir doambiente no solo ou de pré-processamento para o ambientefora do solo ou de pós -processamento. No contexto de umaoperação de mineração, por exemplo, "informação deequipamento" se refere à informação relacionada às peças deequipamento usadas em uma mina e para seus operadores. Ainformação de equipamento inclui, mas não é limitada aonúmero, à localização, ao status, à disposição, e ao tipoda peça de equipamento. Ela também inclui informação deprogramação e logística. Toda informação de equipamento éfundida para formar um modelo de equipamento.

O termo "automático" se refere a um sistema ouprocesso que executa uma tarefa específica bem definida quefreqüentemente é estreitamente definida. "Automático"implica seguir um conjunto de regras bem definidas e reagirde uma forma definida a um estímulo definido. "Sistemasautomatizados" são aqueles que têm algumas propriedades oucomponentes automáticos.

O termo "autônomo" se refere aos sistemas que são maiscomplexos quando os sistemas são capazes de responder aosestímulos desconhecidos e podem funcionar sem umconhecimento completo de seus ambientes. Tipicamente, umsistema autônomo não requer intervenção humana pararesponder a ao menos algumas mudanças não previstas em seuambiente.

Os três modelos relacionados à informação no solo,fora do solo e de equipamento, podem ser usados para formaruma imagem integrada global para uso na monitoração eexploração de um ambiente tal como uma mina. Os modelostambém podem ser empregados para a fusão de informação paraestimação em aplicações de silvicultura e agricultura, porexemplo, a fusão de informação no solo tal comopropriedades da terra com informação fora do solo tal comodados de cultura ou colheita. O equipamento ou as unidadesde operação nesse exemplo poderiam incluir tratores, aradose outros equipamentos agrícolas.

De uma maneira similar, fusão da informação no solotambém pode ser usada para aplicações de drenagem ouirrigação. Aplicações adicionais também podem incluir afusão de informação para estimar propriedades do oceano ououtras extensões de líquido. Exemplos marinhos incluem ouso do modelo no solo para estimar propriedades tais como atemperatura e a salinidade do oceano. Estimativas do tipo"fora do solo" podem se referir a qualquer recurso marinhoincluindo peixes ou minerais extraídos do oceano; eequipamento e unidades de operação podem incluir itens taiscomo barcos de pesca. Em aplicações marinhas o equipamentopode incluir/ por exemplo, embarcações de pesca esubmarinos; e o modelo "no solo" pode incluir, por exemplo,modelagem sonar.

Uma realização dos modelos de pós-processamento, ou defora do solo, e de equipamento pode usar um filtro Kalman,filtro de informação ou filtro de partículas para fusão deinformação. Contudo, qualquer outro algoritmo de fusãotambém pode ser aplicável.

1 VISÃO GERAL DO SISTEMA

A Figura 1 ilustra uma modalidade de um sistema paraexplorar informação a partir de fontes heterogêneas naoperação de uma mina. Esse sistema é referido como sistemaMPC (Compilação de Imagem de Mineração) 10 0. Uma estaçãobase 102 é conectada a múltiplas unidades de operação 104.Exemplos de unidades de operação 104 são peças deequipamento usadas para explorar a mina tais comoescavadeiras, perfuratrizes, e vagões e também unidades oumódulos usados para controlar e/ou automatizar essas peçasde equipamento. A estação base 102 contêm informação sobrea mina e atua como um centro de recursos e informaçãoacessível pelas unidades de operação 104. A estação base102 também pode enviar comandos e instruções para asunidades de operação 104. A estação base 102 e múltiplasunidades de operação 104 permutam informação útil para aexploração da mina e a estação base 102 atualiza suaprópria informação mediante compilação da informaçãorecentemente recebida com a informação antiga durante aexploração da mina. Para o propósito dessa descrição, ainformação permutada é dividida em três tipos deinformação, isto é, informação no solo, fora do solo e deequipamento.

Em um arranjo, a estação base compreende umprocessador, memória e meio de comunicação para receber etransmitir dados. Uma aplicação é executada peloprocessador e é configurada para manter três modelos, istoé, os modelos no solo, fora do solo e de equipamento. Omodelo no solo funde toda a informação no solo e descreve ageometria e geologia no solo para o ponto de escavaçãomediante manutenção de uma representação probabilística demúltiplas escalas da geologia, geofísica e geometria damina. 0 modelo fora do solo funde toda a informação fora dosolo e descreve recursos em trânsito, na planta do processoe no montão de armazenamento. O modelo de equipamento fundetoda a informação de equipamento e descreve a disposição eo status de todos os recursos de equipamento incluindooperadores, por exemplo. A disposição do recurso deequipamento indica onde um determinado recurso estálocalizado enquanto que o status indica se o equipamentoestá ou não em uso. O modelo de equipamento adicionalmentehabilita a coordenação dos recursos de equipamento, e aprogramação e logística. Esses são descritos em detalheabaixo. Esses três modelos são realizados em três unidadesde modelo que são conectadas j untas para troca deinformação.

Em um arranjo cada unidade de modelo pode ter umprocessador, memória, meio de comunicação e uma aplicaçãorelacionada ao processador. Cada aplicação é configuradapara realizar as tarefas exigidas para cada unidade demodelo, respectivamente. As três unidades de modelo podemcompartilhar um mesmo e único meio de comunicação. Em outroarranjo as unidades de modelo podem ser aplicaçõesexecutando em um único processador.

A Figura 2 ilustra uma modalidade de um sistema deCompilação de Imagem de Mineração, MPC, 2 00 usado paraexploração de uma mina na qual uma estação base 202 incluiuma unidade de modelo no solo 204, uma unidade de modelofora do solo 2 0 6 e uma unidade de modelo de equipamento208. A estação base é conectada a sete unidades deoperação, isto é, uma unidade de automação de perfuratriz210, uma unidade de automação de vagão 212, uma unidade deinspeção de cabeceira 214, uma unidade de automação deescavadeira 218, uma unidade de ensaio em tempo real 220,uma unidade de carregamento automatizado 222, e uma unidadede pesquisa em tempo real autônoma 224.

No sistema MPC 2 00 a unidade de automação de vagão dereboque 212 está em comunicação não-hierãrquica com aunidade de modelo de equipamento 208.

As unidades de operação podem operar de forma autônomae/ou podem ter um ou mais operadores correspondentes. Aunidade de automação de perfuratriz 210 tem um operador deperfuratriz 211; a unidade de automação de vagão 212 tem aomenos um motorista de vagão de reboque 213; a unidade deinspeção de cabeceira 214 tem um controlador de classelocal 212 e um geólogo distante 216 associado a ela; aunidade de automação de escavadeira 218 tem um operador deescavadeira 219; a unidade de carregamento automatizada 222tem um operador de carga 223; e a unidade de pesquisa emtempo real autônoma 224 tem um pesquisador 225.

Embora a Figura 2 ilustre uma unidade de operação decada tipo conectada com a estação base, deve ser entendidoque a estação base pode ser conectada a mais do que umaunidade de operação de cada tipo.

Em uma modalidade, a unidade de modelo no solo 204permuta informação com a unidade de automação deperfuratriz 210, com a unidade de inspeção de cabeceira214, e com a unidade de automação de escavadeira 216, elatambém envia informação no solo para a unidade decarregamento automatizada 220 e para a unidade de pesquisaem tempo real autônoma 222. A unidade de modelo fora dosolo 206 permuta informação com a unidade de automação deescavadeira 216 e recebe informação fora do solo a partirda unidade de automação de vagão 212 e da unidade depesquisa em tempo real autônoma 222. A unidade de modelo deequipamento 2 0 8 permuta informação com todas as unidades deoperação.

As três unidades de modelo recebem informação a partirdas sete unidades de operação e retornam a partir dasolicitação informação fundida e atualizada para as seteunidades de operação. Cada unidade de operação pode secomunicar diretamente com cada unidade de modelo porintermédio de comunicação não-hierãrquica.

Alternativamente, a permuta de informação entre as unidadesde modelo e as unidades de operação pode ser realizada porintermédio de um servidor. A comunicação entre as unidadesde operação também é possível quer seja por intermédio deum servidor ou por intermédio de comunicação não-hierãrquica .

Deve ser entendido que a estação base pode ter apenasuma única unidade de modelo adaptada para realizar astarefas alocadas para a unidade de modelo no solo, para aunidade de modelo fora do solo e para a unidade de modelode equipamento.

2 ESTAÇÃO BASE

A estação base; incluindo a unidade de modelo no solo,a unidade de modelo fora do solo e a unidade de modelo deequipamento; pode ser implementada com o auxílio dehardware e software de computador, apropriados, na forma deum sistema de computação, tal como um servidor. O servidorcompreende componentes adequados necessários para receber,armazenar e executar instruções apropriadas de computador.Os componentes podem incluir uma unidade de processamento,memória, meio de armazenamento e uma interface deentrada/saída. O hardware de computação padrão tambémincluirá um barramento para comunicação entre oscomponentes de hardware. Um exemplo de um sistema adequadoé o servidor Dell PowerEdge M600, o qual pode ser alojadoem um gabinete PowerEdge MlOOOe.

A comunicação entre as unidades implementadas porsoftware (a unidade de modelo no solo, a unidade de modelofora do solo e a unidade de modelo de equipamento) pode serimplementada em software executando no mesmo hardware.2.1 Unidade de Modelo no Solo

A Figura 3 ilustra a operação de uma unidade de modelono solo 204, de acordo com uma modalidade. A unidade demodelo no solo 204 é responsável por manter e atualizar umarepresentação probabilística de múltipla escala dageometria e geologia do material no solo. Exemplos deelementos incluídos no modelo no solo são as propriedadesgeométricas (tais como paredes, bancadas, etc.), posiçõesdos furos e padrões de perfuração, informação geológica talcomo a disposição de xisto, zonas de minério, composiçãoquímica, e propriedades mecânicas dessas zonas tais comofatores de rocha, dureza, etc.

A unidade de modelo no solo 204 é responsável porintegrar a informação de pesquisa 3 02, informação dereconhecimento de rocha 3 04, informação de inspeção decabeceira 306, e outra informação tal como informação paraensaios químicos e informação sobre furos de exploração,para melhor modelar e predizer a geometria e a geologia domaterial no solo. Essa informação é espacialmenteheterogênea em muitas escalas e, portanto, é incerta. 0modelo no solo é mantido centralmente e é distribuído paraunidades de operação para o propósito de controle eoperação ótima. A unidade de modelo no solo 2 04 éresponsável por espacialmente registrar nova informação nosolo utilizando a posição, orientação e status doequipamento gerando a nova informação. Isso é feito nomódulo de dados de registro 3 08. A unidade de modelo nosolo 204 também é responsável por fundir nova informação nosolo e informação de equipamento para conhecer alocalização da peça de equipamento que envia a informaçãono solo para um modelo de bloco geológico existente paramelhorar a predição da geologia. A informação deequipamento é colocada na unidade de modelo no solo apartir da unidade de modelo de equipamento 208, oudiretamente a partir do equipamento (unidades de operação)empregados no sistema. Através do modelo no solo, ageologia da mina pode ser predita e atualizada à medida quenova informação se torna disponível.

Em uma modalidade, a unidade de modelo no solo 204utiliza algoritmos de fusão de dados para propagar ainfluência de uma observação ou uma medição do restante domodelo geológico.

Em uma modalidade, dados de informação no solo sãoregistrados em um quadro de coordenadas comuns. Aarquitetura permite que fontes de dados, em qualquernúmero, sejam registradas, e exploradas, na unidade demodelo no solo 204. 0 registro utiliza informação absolutaa partir de um GPS (Sistema de Posicionamento Global) assimcomo associação de dados/mapa. A informação registrada éarmazenada no meio de armazenamento de dados central 310, eé caracterizada por múltiplas escalas espaciais e contéminformação estatística associada aos erros de registro eimprecisões da fonte de sensor.

Em uma modalidade, registro inclui também um método devalidação de dados ou monitoração de integridade de dadospara proteção contra informação incorreta sendo assimilada.Informação a partir de um banco de dados externo 312, quepode incluir um banco de dados TPPS (Sistema dePlanejamento de Produção Total) existente, determinístico emodelos de bloco geológico, também pode ser colocada nomodelo no solo. O bando de dados comum único 310 contémdados brutos em todas as escalas espaciais e inclui toda ainformação probabilística (estatística) associada aosdados. Por exemplo, o banco de dados comum 310 pode sebasear em uma arvore espacial KD, a qual é um método paramodelar os dados espaciais em múltiplas escalas.

Os mecanismos de fusão de dados 316 têm como entradasos dados de sensor a partir do módulo de dados de registro3 08 e os dados de modelo TPPS e de bloco por intermédio domeio de armazenamento de dados central 310. A operação defusão é realizada nos mecanismos de fusão de dados 316.

A saída da operação de fusão é conhecida como imagemde operação comum (COP) 318 e representa uma estimativa detodas as propriedades espaciais e geológicas com base naevidência combinada a partir de todas as fontes deinformação. Algoritmos de fusão diferentes e métodos sãousados para diferentes tipos de estimativas. Por exemplo,estimativas espaciais para estruturas geológicas podemexigir o uso de um modelo de Processo Gaussiano o qualdescreve as correlações espaciais nos dados; modelos decabeceira podem ser obtidos a partir de mosaicos espaciaisirregulares/ e informação de classe geológica a partir deum classifiçador discreto.

Em uma modalidade, a COP 318 contém uma estimativa daspropriedades geométricas, geológicas e geofísicasquantitativas, qualificadas com limites de confiançaestatísticos. Essa informação pode ser acessada através desolicitações de dados específicas 320 a partir de quaisqueroutros provedores de serviço nas minas e outras unidadestais como as unidades de operação, a unidade fora do solo206 e a unidade de equipamento 208. Os provedores deserviço podem incluir, mas não são limitados às máquinasautomatizadas ou autônomas, tais como plataformas deperfuração, que requerem informação para a finalidade decontrole e operação ótima/ tomadores de decisãoindividuais, tais como planej adores, que requerem essainformação para planejar as operações de mineração; ou paraexibição em localizações remotas ou locais. Diferentestipos de solicitações são suportados incluindo aqueles emáreas espaciais restritas ou aqueles para os quais os dadossão exigidos em tempo real ou quase real.

Em uma modalidade, a unidade de modelo no solo 2 04 éconfigurada para realizar as seguintes tarefas:

• Registrar informação geológica e geométricaa partir de múltiplas fontes

• Representar e armazenar os dados■ emmúltiplas escalas espaciais

• Representar e armazenar medidasprobabilísticas em dados

• Fundir os dados para formar um modeloespacial integrado único com medidas de variabilidade

• Fundir os dados para formar um único modelogeológico integrado com medidas de variabilidade

• Produzir informação mediante solicitaçãopara outras fontes incluindo displays e equipamento nocampo.

Nessa modalidade, a unidade de modelo no solo 204 temcertos parâmetros de desempenho. Os parâmetros dedesempenho relevantes são restrições e qualidades dosistema. Eles descrevem quão bem o sistema deve realizarsua funcionalidade.

Qualidades capturam as propriedades exigidas de umsistema, tal como performance. Elas podem ser divididas emqualidades de tempo de execução e qualidades de tempo dedesenvolvimento, A mencionada em primeiro lugar se refereaos objetivos do usuário final e inclui qualidade deusável, capacidade de configuração, correção, segurança,performance (por exemplo, capacidade de transmissão, tempode resposta, latência, largura de banda), propriedades desegurança e propriedade de redimensionamento operacional.Qualidades de tempo de desenvolvimento são propriedades dosartefatos do processo de desenvolvimento que sãoimportantes para a organização do desenvolvimento. Osartefatos compreendem a arquitetura do sistema, modelo dosistema e código de programa. Exemplos de exigências dequalidade de tempo de desenvolvimento são: capacidade demodificação, capacidade de extensão, capacidade dedesenvolvimento, capacidade de composição e capacidade deutilização.

Uma restrição é uma condição ou limitação que éimposta a um sistema. As restrições não estão sujeitas ànegociação, e ao contrário das qualidades, não estãoincluídas em quaisquer análises de equilíbrio de projeto.Exemplos de restrições comuns incluem o uso obrigatório depadrões específicos ou processos de desenvolvimento dentrode uma organização.

Em um exemplo, a unidade de modelo no solo 2 04 tem osseguintes parâmetros de desempenho:

• Registro < 10 cm, 0,1 grau em cada sensor• Resolução absoluta por toda a mina < 0,5 m

• Resolução absoluta de bancada < 0,2 m

• Modelo de erro espacial > 95% exato

• Classes de geologia < 20

• Sucesso de classificação > 95%

• Treinamento de parâmetro < 12 horas

• Interferência < 5s

• Display: taxa de video

• Acesso remoto aos dados na área de 30mx3 0m < 2s

2.2 Unidade de Modelo Fora do Solo

A Figura 4 ilustra a operação da unidade de modelofora do solo 206, de acordo com uma modalidade. A unidadede modelo fora do solo 2 06 é conectada opera ti vãmente àunidade de modelo no solo 2 04, à unidade de modelo deequipamento 208, à unidade de pesquisa em tempo realautônoma 2 24, à unidade de ensaio em tempo real 22 0, àunidade de automação de vagão 212, e à unidade de automaçãode escavadeira 218. Deve ser entendido que a unidade forado solo 206 também pode ser conectada aos provedores deserviço e outras unidades de operação.

Em uma modalidade, a unidade de modelo fora do solo206 harmoniza a informação sobre o material à medida queele é escavado, transportado e armazenado, com asestimativas do modelo no solo provenientes da unidade demodelo no solo 204. No módulo de harmonização de massa agranel/no solo 4 06, a unidade de modelo fora do solo 206funde a informação a partir do modelo no solo e do modelode equipamento para conhecer a localização dasescavadeiras, vagões, etc. que enviam a informação fora dosolo com os dados a partir dos sensores de escavadeira paraestimar a quantidade e classe durante a remoção de materiala partir da cabeceira. Essa informação é propagada durantereboque e é harmonizada, no mecanismo de fusão de massa agranel 404, com observações feitas pelas medições de fluxode material e ensaios na instalação; e adicionalmenteharmonizadas com pesquisas de armazenamento em montões,pós - instalação. A unidade de modelo fora do solo 206 incluium modelo de massa a granel 402 com atributos geofisicos equímicos associados. O modelo de massa pode ser ligado aoponto de escavação para uso no refinamento pós-mineração domodelo de recurso. A unidade de modelo fora do solo 206pode estimar mediante solicitação a localização e a classede todo o estoque disponível na mina. O estoque fraturadonão-escavado é considerado como parte do modelo no solo.

O modelo fora do solo conserva a massa e os atributosâ medida que o material flui através do sistema a partir dabancada para o trem. Cada etapa no processo envolvemedições que identificam características de fluxo local.Essas medições são fundidas para harmonizar a conservaçãode material.

O modelo fora do solo descreve o fluxo a partir de nosolo até recuperação de armazenamento em montões. O modeloconserva a massa e atributos à medida que o material fluiatravés do sistema a partir da bancada para o trem. Cadaetapa no processo envolve medições que identificamcaracterísticas de fluxo local. Essas medições precisam serfundidas para harmonizar a conservação de material. Aunidade de modelo fora do solo 206 é conectada à unidade demodelo de equipamento 208 de modo que o modelo fora do soloestá disponível para gerenciamento de material eprogramação realizada pela unidade de modelo de equipamento208.

Em uma modalidade, a unidade de modelo fora do solo206 é configurada para realizar as seguintes tarefas:

• Registrar e fundir dados de sensor deescavadeira com modelo no solo;

• Estimar modelo de massa a granel e atributosna cuba/

• Estimar modelo de massa a granel e atributosno vagão;

• Monitorar modelo de massa a granel nainstalação e fundir com medições químicas e de massa apartir da instalação;

• Monitorar modelo de massa a granel eatributos para armazenamento em montões e fundir com dadosde pesquisa; e

• Gerar dados de estoques de massa a granelsob demanda.

Em um exemplo, a unidade de modelo fora do solo 2 06tem os seguintes parâmetros de desempenho:

• Harmonização de massa no solo/escavadeira <2%;

• Harmonização de escavadeira/vagão <2%

• Harmonização de vagão/instalação <2%

• Harmonização de armazenamento em montões devolta para no solo <5% em massa, <2% em medição geofísica equímica; e

• Dados disponíveis em < Is.

2.3 Unidade de Modelo de EquipamentoA Figura 5 ilustra a operação da unidade de modelo deequipamento 208, de acordo com uma modalidade. A unidade demodelo de equipamento 208 mantém e atualiza a informaçãorelacionada à localização do equipamento, disposição eprogramação. Essa informação pode ser disponibilizadaatravés de sistemas de despacho existentes para vagões,escavadeiras e outras peças de equipamento. O modelo deequipamento prove uma interface 512 através da qual ainformação pode ser permutada entre esses sistemasexistentes e o sistema MPC e especificamente para habilitara unidade de modelo fora do solo 208 a harmonizar osmodelos de material na bancada com fluxos de materialatravés da instalação. A unidade de modelo de equipamento208 recebe a posição do equipamento, disposição e status, apartir dos quais a disponibilidade do equipamento édeterminada no módulo 504. A informação de disponibilidadede equipamento, em conjunto com a topologia da mina einformação de classe, é usada pelo programador 506 paradeterminar as atribuições do equipamento. Essa informação épor sua vez realimentada no módulo de disponibilidade deequipamento 5 04, e comunicada ao equipamento por intermédioda interface de comunicação 502. 0 modelo de equipamentopode ser atualizado com informação a partir de umdespachador externo.

Em uma modalidade, a unidade de modelo de equipamento208 é configurada para realizar as seguintes tarefas:

• Prover uma interface para os sistemasexistentes de despacho para vagões e escavadeiras;

• Prover uma interface para detecção de cargade vagão ou escavadeira patenteada; e• Prover uma interface para quaisquer sensoresde conexão de equipamento.

Em um exemplo, a unidade de modelo de equipamento 208tem os seguintes parâmetros de desempenho:

• Dados de posição a partir dos vagões eescavadeiras para garantir correspondência de um a um entremovimentos de equipamento; e

• Informação de tempo < ls.

Com referência de volta à Figura 2, a estação base 202é conectada a sete unidades de operação. As tarefas dessasunidades é a de enviar informação de no solo, fora do solo,e de equipamento para a estação base 2 02 e também paracontrolar e/ou automatizar peças de equipamento tais comoperfuratrizes, vagões, escavadeiras, etc .

3 UNIDADES DE OPERAÇÃO

A funcionalidade de automação nas unidades de operaçãopode ser implementada utilizando hardware e software decomputador apropriado. Software que precisa ser executadoem unidades em condições severas, por exemplo, em uma mina,podem ser executados em um computador integrado que tem umfornecimento de energia montado, o computador integradocompreendendo componentes adequados necessários parareceber, armazenar e executar instruções apropriadas decomputador. Os componentes podem incluir uma unidade deprocessamento, memória, meio de armazenamento e umainterface de entrada/saida. Um exemplo de um sistemaadequado é o computador de placa única AmproLittleBoard™8 0 0 provido pela Ampro Computers, Inc. of SanJose, Califórnia. Se as unidades de automação foremempregadas em condições severas, o sistema de computadorpode ser alojado em um recinto de proteção.

A comunicação entre as unidades, e entre as unidadesde operação e a estação base pode ser implementadautilizando um sistema de comunicação sem fio que suportacomunicação bidirecional.

3.1 Unidade de Automação de Perfuratriz

Em uma modalidade, a unidade de automação deperfuratriz 210 é dividida em duas unidades:

1. A unidade de autoperfuração 210 (Figura 6)usada para controlar o processo de perfuração de umaperfuratriz e

2. A unidade de autoalinhamento 702 (Figura 7) usadapara posicionar a perfuratriz.

A Figura 6 ilustra a operação de uma unidade deautoperfuração 210, de acordo com uma modalidade. A unidadede autoperfuração recebe informação a partir dos sensoresde controle 604 de sua perfuratriz associada, tal comovelocidade de rotação e pressão de puxar para baixo. Aunidade de autoperfuração prove informação sobrepropriedades geológicas e geofísicas de rocha na bancada noponto onde um furo de detonação é perfurado. Essainformação é explorada através de duas vias:

1 - Uma via direta para controlar o próprio processode perfuração. Na perfuração, a estimação de propriedade derocha em tempo real é usada para controlar o modo deperfuração, avanço da perfuratriz e outras propriedades decontrole da perfuratriz. Essa é uma função imediata e nãoexiste modelo geológico explícito construído. O sistema decontrole de perfuratriz 606 ajusta a velocidade de rotaçãoe a taxa de penetração de acordo com a dureza do material.Esse pode ser um sistema de controle total para operaçãoautônoma. Controle parcial também é possível paraautomatizar certas ações se um operador estiver presente,por exemplo, a posição autônoma na perfuratriz.

2 - Uma via indireta para atualizar o modelo no solo.Um classificador 608 é treinado para reconhecimento derocha e usa informação anterior 610 a partir do modelo nosolo para aperfeiçoar a exatidão da classificação. Ainformação anterior 610 combinada com a informação local apartir do classificador produz uma informação posterior612. Essa informação posterior é então enviada para omodelo no solo onde ela é fundida com o modelo geológico.Ao contrário, o uso e a fusão da informação de perfuraçãono modelo no solo são usados para refinar a caracterizaçãogeológica e geofísica da bancada local.

Um método que o classificador 608 pode usar para gerara informação posterior usada para fundir o modelo no solo éum Processo Gaussiano, um exemplo do qual é discutidoabaixo com referência às Figuras 14-17.

Em uma modalidade, um operador 211 é exigido e aunidade de autoperf uração 210 é operada em um modo deauxílio de operador. O sistema prove análise em tempo realda dureza da rocha sendo perfurada, e um operador éresponsável por controlar a perfuratriz. Controles manuaisde veículo são mecanicamente conectados ao veículo ouconectados através de fios. A interação com o usuáriocancela o controle autônomo.

Em outra modalidade, a unidade de autoperfuração écompletamente autônoma. No modo autônomo, um controladorusa a dureza para otimizar as velocidades rotacionais e astaxas de penetração. Nesse modo, detecção no fundo do furoincluindo ensaios químicos gama natural e no local podemser usados. 0 processo de fusão ocorre na unidade de modelono solo. O produto do sistema COP na bancada local pode serexplorado pela própria perfuratriz na determinação doleiaute de furo subsequente, no processo de carregamentopara determinar a carga de explosivos, e no refinamento dosextratos geológicos em áreas de produção adjacentesfuturas.

Com referência à Figura 6, a unidade de comunicação614 permuta informação com a estação base 2 02. Aperfuratriz recebe informação anterior 610 a partir domodelo no solo sobre a geologia da área atual a serperfurada. Durante a perfuração, os sensores 616 tais comoacelerômetros, tacômetros, transdutores de pressão esensores de torque, por exemplo, são usados paraclassificar as rochas em termos de fatores de rocha (talcomo dureza e fragmentação) e geologia. A informaçãoanterior 610 combinada com observações locais a partir dasentradas de sensor 616 produz uma informação posterior 612.Essa informação posterior 612 é um estimador local dageologia e dureza das rochas. Essa informação posterior 612é enviada para a unidade de modelo no solo 2 04 onde ela éfundida com informações posteriores a partir da regiãopróxima para produzir uma classificação final. 0 modelogeológico é então atualizado na unidade de modelo no solo204 mediante fusão de nova informação.

Um padrão de perfuratriz é enviado para a unidade deautoperf uração 210 pela unidade de modelo no solo 204 einclui informação relevante sobre a posição e profundidadedos furos, e a geometria da bancada. Quando a unidade deautoalinhamento 702 tiver colocado a perfuratriz sobre umlocal de furo, a perfuração começa utilizando a informaçãoangular e de profundidade especificada. 0 controle de baixonível é implementado em uma subunidade de sistema decontrole 6 06 que recebe informação de dureza a partir doclassificador 6 08 e controla as taxas de penetração evelocidades de rotação.

Em uma modalidade, uma subunidade de sistema desegurança 618 é responsável pela detecção de falha e açõesde emergência. Essa unidade 618 inclui sensores tais comosensores de colisão 62 0 e sensores de monitoração de statusinterno 622 e uma parada de emergência 624.

No modo de auxílio de operador, são providas duassubunidades adicionais, isto é, a subunidade de interfacede usuário 626 e os controles manuais 628. A subunidade deinterface de usuário 626 possui um display com o padrão deperfuratriz, comportamento da perfuratriz e parâmetros defuros (profundidade e ângulo). O display também mostra aclassificação em tempo real das rochas em termos de dureza.O operador 211 pode usar isso para modificar a taxa depenetração e a velocidade de rotação se necessário. Asubunidade de controle manual 62 8 prove acesso direto aosacionadores 63 0 da máquina. Isso é provido no caso de umaemergência ou de situações imprevistas.

Em uma modalidade, a unidade de autoperfuração 210 éconfigurada para realizar as seguintes tarefas:

• Seleção automática do modo de perfuração;

• Ajuste automático da velocidade de rotação etaxa de penetração;• Reconhecimento das propriedades de rocha talcomo fator e dureza da rocha;

• Reconhecimento de geologia (Zonas de minériode ferro, xistos, Formação de Ferro Cintada (BIF) , etc);

• Realização de analise química no furo;

• Exportação dos dados de reconhecimento derocha para modelo no solo; e

• Importação de dados de modelo no solo paracontrole de perfuratriz.

Em um exemplo, a unidade de autoperfuração 210 tem osseguintes parâmetros de desempenho:

• Exatidão de posicionamento < 10 cm;

• Exatidão de profundidade < 10 cm;

• Limitações de vibração e ambientaisrespectivas da máquina;

• Classificação de fator de rocha < 10%;

• Resolução espacial dos extratos < 10 cm;

• Erro de classificação de geologia < 10%;

• Erro de análise química < 1%;

• Transferência de características de furopara modelo no solo < 5s; e

• Transferência de características de bancadaa partir do modelo no solo < 2s.

A Figura 7 ilustra a operação de uma unidade deautoalinhamento 702, de acordo com uma modalidade. Paraautomação de perfuratriz, a unidade de autoalinhamento 7 02automaticamente alinha e posiciona a perfuratriz sobre oslocais de furo exigidos especificados no padrão deperfuração. O padrão de perfuração e a geometria de bancadasão transmitidos para a unidade de automação de perfuração210 a partir da unidade de modelo no solo 204. A unidade deautoalinhamento 7 02 compreende um componente deplanej amento de percurso 7 04 para determinarautomaticamente uma traj etória de perfuração otimizada(indicada pelos pontos de percurso 706) através da bancadae um sistema de navegação 708 responsável pela localizaçãoda perfuratriz. O sistema de navegação funde a informaçãode sensor de navegação para prover comportamento doveiculo, onde o comportamento inclui posição, velocidade eatitude (PVA) . Em uma modalidade, a unidade deautoalinhamento 702 inclui um sistema de segurança 710 paramonitorar o status da perfuratriz e detectar possíveiscolisões ou outras anomalias.

A unidade de autoalinhamento 702 pode ser operada emdois modos operacionais. No modo auxiliado pelo operador,uma interface de usuário 712 informa o operador 211 sobre opercurso e a posição atual da perfuratriz; e o operador 211é responsável por confirmar as posições da perfuratriz. Nomodo totalmente autônomo, um controlador de alinhamento 714recebe as decisões de baixo nível, proporcionando umainterface entre o planejador de percurso e o sistema denavegação. Quando um sistema de controle total é usado paraoperação autônoma, nenhuma intervenção por parte dooperador é exigido e o status da perfuratriz é monitoradoremotamente. Controle parcial também é possível paraautomatizar certas ações se um operador estiver presente,por exemplo, para o posicionamento autônomo em umaperfuratriz. A unidade de autoalinhamento 702 é projetadapara operar em conjunto com a unidade de autoperfuração 210em uma solução de perfuração completamente autônoma. Essasduas unidades se comunicam e o modo de perfuração é ativadoquando a perfuratriz atinge um local de furo específico.

Conforme ilustrado na Figura 7, a subunidade decomunicação 716 permuta informação com a unidade de modelono solo central 2 04 e a unidade de modelo de equipamento208. A perfuratriz envia o status de perfuratriz atual 718,incluindo posição, velocidade e trajetória pretendida parao modelo de equipamento, por exemplo. A unidade de modelode equipamento 208 utiliza a traj etória pretendida paraacomodar outras peças de equipamento e unidades de operaçãooperando na mesma área. Quando os furos são perfurados, aunidade de automação de perfuratriz 210 atualiza a unidadede modelo no solo 2 04 com um mapa atualizado do local defuro real e profundidade.

Uma subunidade de planej amento de percurso 7 04 gera umconjunto de pontos de traj eto 706 representando atraj etória da perfuratriz. Ela obtém um modelo de bancadageométrica e padrão de perfuração desejada a partir domodelo no solo e gera uma seqüência e traj etória deperfuração.

A unidade de auto alinhamento 702 compreende umsistema de navegação de perfuração 708 que pode ser similara outros sistemas de navegação de veículo (por exemplo,para uma unidade de automação de vagão 212). Ela éresponsável pela fusão dos dados a partir de sensores deposição para a localização exata da perfuratriz. Ossensores de posição podem incluir uma unidade de mediçãoinercial (IMU) 720, um GPS 722, sensores de ponto estimado724 tais como codificadores de roda, sensores de percepçãode nível superior 72 6 baseados em scanner a laser, etc. 0uso de sensores redundantes habilita exigências deintegridade.

Em uma modalidade, a unidade de autoalinhamento 702compreende ainda uma subunidade de sistema de segurança 710responsável por detecção de falha e ações de emergência.Essa subunidade inclui sensores de colisão 728, sensores demonitoração de status interno 730 e uma parada deemergência 732. Deve ser entendido que a unidade deautoperfuração 210 e a unidade de autoalinhamento 702 podemcompartilhar uma mesma e única subunidade de sistema desegurança (618 e 710).

O controle de baixo nível é implementado em umasubunidade de controle de alinhamento 714. Essa subunidaderecebe pontos de trajeto 706 a partir de uma subunidade deplanejamento de percurso 704 e apresenta as estimativas apartir do sistema de navegação 708. Essas estimativas sãousadas para controlar os acionadores de veículo 734.

No modo auxiliado pelo operador, a unidade deautoalinhamento 702 compreende ainda uma subunidade deinterface de usuário 712 e uma subunidade de controlemanual 736. Os controles manuais do veículo são conectadosmecanicamente ao veículo ou conectados através deacionamento por fios. A interação com o usuário cancela ocontrole autônomo. A subunidade de interface de usuário 712é implementada com um display com o padrão de perfuração,comportamento de perfuração e trajetóría pretendida damáquina. A subunidade de controles manuais 736 prove acessodireto aos acionadores 734 da máquina.

Deve ser entendido que a subunidade de interface deusuário 712 (e 626) e a subunidade de controles manuais 736(e 628) não somente da unidade de perfuração autônoma 210como também das unidades de alinhamento autônomas 702poderiam ser combinadas em uma subunidade de interfaceúnica e subunidade de controles manuais. Alternativamente,a unidade de perfuração autônoma 210 e a unidade dealinhamento autônoma 7 02 podem ser reagrupadas em uma únicaunidade.

Em uma modalidade, a unidade de alinhamento autônoma702 realiza as seguintes tarefas:

• Planejamento e otimização de percurso;

• Controle autônomo de trajetória na bancada;

• Controle de posição e atitude final; e

• Detecção de potenciais colisões.

Em um exemplo, a unidade de alinhamento autônoma 702tem os seguintes parâmetros de desempenho:

• Precisão de posicionamento final < 10 cm,exatidão de comportamento < 0,5°;

• Exatidão de posição no percurso < 4 0 cm,exatidão de rumo < 2o;

• Integridade de posição durante movimentoautônomo 100%;

• Evitar colisões com rochas > 40cm, todos osseres humanos e maquinaria; e

• Evitar obstáculos negativos > 50cm(obstáculos negativos são definidos como áreas de espaçolivre perigoso tal com a borda de um poço).

3.2 Unidade de Automação de Vagão

A Figura 8 ilustra a operação de uma unidade deautomação de vagão 212, de acordo com uma modalidade.Algumas das tarefas da unidade de automação de vagão 212são a de manter o conhecimento da disposição de equipamentono modelo de equipamento, para identificar materiais emtransporte através da unidade de modelo fora do solo 206, epara garantir segurança e coordenação entre outroselementos do processo de mineração. A unidade de automaçãode vagão 212 também é usada para mover um número deveículos de reboque de ponto a ponto na mina de acordo comuma programação, e para ajudar esses veículos a conectar emum carregador ou escavadeira e despejo na instalação ouárea de refugo.

A unidade de automação de veículo 212 compreende umasubunidade de sistema de navegação 804 para localização deveículo, meio de acionamento 806 e de detecção 808 doveículo, e uma subunidade de sistema de controle 810 paraacionar o veículo ao longo de uma trajetória especificada.O sistema de navegação 804 funde a informação de sensor denavegação para prover atitude do veículo, onde atitudeinclui posição, velocidade e comportamento (PVA). Sensoresde navegação 806 incluem sensores de posição tal como GPS,ponto estimado a partir de sensores a bordo e sensores depercepção e IMU tais como scanners de radar e laser. Osistema de controle 810 prove controle total para operaçãoautônoma. Controle parcial pode ser provido paraautomatizar certas ações se um operador estiver presente,por exemplo, o posicionamento autônomo em uma escavadeira.

A unidade de automação de vagão 212 permite dois modosoperacionais. No modo completamente autônomo, a unidade deautomação de vagão 212 pode ter uma interface de usuárioremota 812 para receber tarefas 814 e o status de veículo816. O vagão realiza as tarefas sob o controle dasubunidade de sistema de controle 810, e utilizando ossensores 806 e os acionadores 808. No modo autônomoparcial, a unidade de automação de vagão 212 realizaqualquer uma das tarefas realizadas no modo completamenteautônomo, mediante solicitação do operador 213, e o sistemapode ser cancelado manualmente e diretamente controlado porum operador 213 em qualquer tempo.

A subunidade de sistema de navegação 8 04 é responsávelpor produzir estimativas da posição, velocidade e atitudeatual do veículo (PVA) incluindo a variabilidade.Estimativas PVA filtradas são providas em tempo real.Outros subsistemas de sensor, incluindo alvos artificiais,para localização relativa em carregadores e instalaçãotambém podem ser incluídos. 0 sistema de controle 810recebe traj etórias desejadas a partir da estação base 202ou sistema de programação da unidade de modelo deequipamento 20 8 no modo completamente autônomo porintermédio da interface de comunicação 830. A subunidade desistema de controlador 810 utiliza estimativas PVA a partirda subunidade de sistema de navegação 804 para controlar omovimento do veículo. A interação com o MPC é através dainterface de comunicação 830 para o modelo de equipamentocentralizado e modelo fora do solo. Programação coordenadacom outro equipamento é executada pela unidade de modelo deequipamento 208. Comunicação não-hierãrquica é implementadaentre o sistema de controle 810 da unidade de automação devagão 212 e outros veículos locais e a unidade de automaçãode escavadeira 218 através da interface de comunicação não-hierãrquica 832 ,

Em uma modalidade, a unidade de automação de vagão 212compreende ainda uma unidade de sistema de segurança 818que permite a atuação do veículo quando as condições desegurança são satisfeitas. 0 sistema de segurançacompreende uma parada de emergência local e remotaindependente 820, meio de detecção de obstáculo local 822,e monitoração de status interno 824. A interação com outrosveículos locais ou equipamento é direta com sistemas desegurança a bordo. Isso garante velocidades de respostaapropriadas. No caso de uma emergência, a subunidade desistema de segurança 818 cancela as solicitações deacionamento a partir do sistema de controle 810 paraseguramente colocar o veículo em um estado de energiamínima.

A unidade de automação de vagão 212 inclui controlesmanuais 826 os quais são conectados mecanicamente aoveículo ou conectados através de acionamento por fio. Ainteração com o usuário cancela o controle autônomo.

Em uma modalidade, a unidade de automação de vagão 212realiza as seguintes tarefas:

• Localização de precisão;

• Controle de movimento de plataforma;

• Detecção de colisão, obstáculos positivos enegativos;

• Programação de múltiplos veículos;

• Posicionamento autônomo na escavadeira;

• Posicionamento autônomo e despej amento nainstalação ou área de refugo;

• Características de carga material; e

• Informação de programação.

Em um exemplo, a unidade de automação de vagão 212 temos seguintes parâmetros de desempenho:

• Trajetória após erro de trilha cruzada < 50cm;

Erro de localização < 25cm;

Estimativas de localização disponíveis em > 50Hz;

Faixa de detecção de colisão local lOOm;

Diversos tipos de obstáculos podem serdetectados;

• Posicionamento na escavadeira para errorelativo < 5 0 cm;

• Posicionamento em erro de instalação < 25cm;

• Posição em erro de despejo < 50cm; e

• Interação com outro equipamento/operadores,retardo de < 0,5s.

3.3 Inspeção de Cabeceira

A Figura 9 ilustra a operação de uma unidade deinspeção de cabeceira 214, de acordo com uma modalidade. Aunidade de inspeção de cabeceira 214 pode estar localizadaem uma estação de sensor móvel operada por um controladorde classe 215. A unidade de inspeção de cabeceira 214realiza inspeção automatizada de cabeceira utilizandosensores 910 para automaticamente adquirir informaçãogeométrica e geológica na cabeceira de mineração atual.Essa informação é retornada em tempo real para prover ummodelo local exato da classe de mineração, tonelagem, erelação de massa a granel/fina. Por sua vez, isso permitecontrole direto do processo de mineração físico e cubagem.O processo de inspeção de cabeceira é uma ligação entre osmodelos no solo e fora do solo. Automação desse processoprove uma alimentação direta para aperfeiçoar oconhecimento da geologia e classe, e proporcionandoinformação de qualidade para controlar o processo decarregamento e de escavação.

Em uma modalidade, automação da unidade de inspeção decabeceira 214 se refere à fusão de dados. Dois modosoperacionais são possíveis: um modo semi-autônomoutilizando entrada humana e um modo completamente autônomo.No modo semi-autônomo, um geólogo 216 auxilia comreconhecimento de geologia. Uma opção é deixar uma câmerade segmento de algoritmo gerar imagens enquanto um geólogoremotamente localizado 216 rotula, os segmentos, seja emtempo real ou após aquisição. No modo completamenteautônomo, o reconhecimento geológico é realizado pelaunidade de inspeção de cabeceira sem qualquer intervenção humana.

A operação da unidade de inspeção de cabeceira 214 écomo a seguir: estimativas anteriores 906 da geometria egeologia da cabeceira da mina são provenientes do modelo nosolo. 0 objetivo ê o de atualizar a representaçãoutilizando a informação adquirida pelo conjunto de sensor910 no veiculo. Um sistema de navegação 908 é usado paraestimular a atitude global dos sensores 910 tais comocâmeras. Mediante fusão das observações de câmera,estimativas de comportamento 912, e entrada humana 914 umarepresentação geológica e geométrica local é construída nomódulo de representação 916. O módulo 916 utiliza asestimativas anteriores 906 em conjunto com a informação apartir dos sensores de inspeção de face 910 para gerarestimativas posteriores 924. As estimativas posteriores 924são retornadas à unidade de modelo no solo 204 porintermédio da interface de comunicação 920, e são entãofundidas no modelo no solo.

Essa representação 916 é enviada para a unidade demodelo no solo 204. O controlador de classe 215 pode operaro veículo e monitorar a operação.

Em uma modalidade, a unidade de inspeção de cabeceira214 realiza as seguintes tarefas:

• Adquire mapa de geometria e geologia dacabeceira;

Funde informação em um mapa local;

Exibe os dados brutos e mapa local;

Envia estimativas atuais para modelo nosolo; e

• Computa modelo de massa a granel ecaracterização para modelo fora do solo.

Em um exemplo, a unidade de inspeção de face 214 temos seguintes parâmetros de desempenho:

Exatidão de mapa (geometria) < 25cm;

Exatidão de classificação de geologia < 10%;

Quadro de tempo:

Localmente < 50 ms;

Comunicação com o modelo no solo: < 5s; e

Sensores de penetração podem ser exigidosdevido aos revestimentos a partir de poeira.

3.4 Unidade de Automação de Escavadeira

A Figura 10 ilustra a operação de uma unidade deautomação de escavadeira 218, de acordo com uma modalidade.

A escavação, a qual é a remoção de material a partir de umaestrutura geométrica e geológica razoavelmente bemcaracterizada, é uma das maiores fontes de aumento emvariabilidade no processo de mineração como um todo. Aautomação da escavadeira reduz essa variabilidade atravésde dois mecanismos: primeiramente, mediante aquisição deinformação sobre onde ocorre a escavação e o que está sendoexatamente escavado em qualquer tempo determinado, e emsegundo lugar, mediante exploração dessa informação emtempo real, para otimizar e controlar o processo deescavação e carregamento do material. A automação daescavadeira envolve detectar a geometria e a geologia dacabeceira e cuba, e controlar a operação em tempo real daescavação mediante uso da geometria e geologia detectada.

A automação de escavadeira pode ser operada em doismodos. No primeiro modo operacional, a escavadeira écompletamente controlada por um operador de escavadeira219. O sistema de detecção é empregado para determinar qualmaterial é escavado e para auxiliar o operador a veratravés de poeira e chuva. Nesse modo, a unidade deautomação de escavadeira 218 compreende uma interface deusuário 1026 usada pelo operador da escavadeira 219 paracontrolar todos os acionamentos, conforme realizados pelosacionadores 1028. Em um segundo modo operacional, todas asfunções de escavadeira são automatizadas, incluindoescavação, carregamento e alinhamento.

No modo não-autônomo, apenas a fusão de dados éautomatizada. Informação anterior sobre a geometria egeologia da cabeceira é recebida a partir da unidade demodelo no solo 204, e é comunicada à unidade de automaçãode escavadeira 28 por intermédio da interface decomunicação 1030. Sensores geológicos como câmeras sãousados para estimar qual material está sendo atualmenteescavado. Combinando essa informação com uma estimativa daposição de cuba obtida a partir de um sistema de navegação1004, uma representação local 1006 é elaborada. Informaçãosobre o material escavado é enviada para a unidade demodelo no solo 204 e para a unidade de modelo fora do solo206 por intermédio da interface de comunicação 1030. Amesma informação pode ser enviada localmente para o vagão1008 o qual é carregado com o material escavado se unidadesoperacionais forem providas com comunicação não-hierárquica1010. O operador de escavadeira 219 controla a escavação,carregamento, e alinhamento da escavadeira nesse modo. Umsistema de segurança 1016 pode cancelar os comandos dooperador em ambos os casos.

Dois tipos de interações são ilustrados na Figura 10:

1. controle manual (operando acionadores 1028diretamente), e

2. controle de supervisão (alimentando tarefas denível superior para a subunidade de sistema de controle1014).

O operador de escavadeira 219 também pode receberinformação a partir da subunidade de representação 100 6 como objetivo de aumentar a percepção do operador. Dados desensores coletados podem ser usados para auxiliar a visãodo operador através de poeira e chuva. Displays ativospoderiam mostrar fitas virtuais projetadas na cabeceira damina para exibir limites de cubagem para o operador.

No modo autônomo, a fusão de dados e o controle daescavadeira são automatizados. Uma subunidade de planejador1012 recebe uma lista de tarefas de alto nível a partir daunidade de modelo de equipamento 2 08 e é responsável porproduzir decisões de controle de nível inferior para todosos subsistemas (tal como escavação, carregamento,alinhamento). O processo considera estimativas da geometriae geologia da cabeceira da mina antes dessas decisões seremconvertidas em comandos de acionamento físico pelasubunidade de sistema de controle 1014. Nesse modo, osistema de segurança 1016 faz uso dos sensores demonitoração de colisão 1018 e de status 1020 para decidirquando desabilitar o acionamento. Paradas-E remotas 1022também podem ser usadas para atingir esse propósito.

Em uma modalidade, a unidade de automação deescavadeira 218 realiza as seguintes tarefas:

• Detecta a geologia e geometria da cabeceira;

• Monitora a posição da cuba;

• Exibir informação de cubagem (fitasvirtuais), no modo não-autônomo;

• Auxiliar na visão através de poeira e chuva,no modo não-autônomo;

• Comunicar informação para os vagões;

• Automatizarescavação/carregamento/alinhamento, no modo autônomo; e

• Empregar sistema de segurança, no modoautônomo.

Em um exemplo, a unidade de automação deescavadeira 218 tem os seguintes parâmetros de desempenho:

• Resolução geométrica na face < 2 5 cm;

• Erro de es timativa de classe < 10%;

• Erro de posição da ponta da cuba < 25cm;

• Erro de posição relativa (cuba para vagão dereboque) < 5 0cm, no modo autônomo;

• Erro de posição relativa (cuba paracabeceira) < 5 0cm, no modo autônomo.

3.5 Unidade de Ensaio em Tempo Real

A Figura 11 ilus tra a operação de uma unidade deensaio em tempo real 220, de acordo com uma modalidade. Aunidade de ensaio em tempo real 220 realiza ensaiosquímicos sobre tipos de minério na instalação do processo.Esses ensaios químicos são realizados em um modo em temporeal ou em um modo em tempo quase real. Os resultadosdesses ensaios são enviados para a unidade de modelo forado solo 206 por intermédio da interface de comunicação1116. Realizar ensaios em tempo real reduzsignificativamente o retardo entre obtenção da amostra e ofornecimento do ensaio químico que está presente quando osensaios são realizados periodicamente. Os ensaios químicosem tempo quase real reduzem a variabilidade e aumentam aprevisibilidade do material empilhado em armazenamento nomomento em que é criado um armazenamento em montões.Estimativas de classe em tempo real ou em tempo quase realtambém podem ser usadas para prover realimentação paracontrolar o processo de escavação e transporte de materialatravés da estação base.

A unidade de ensaio em tempo real 220 inclui um módulode aquisição de dados em tempo real 1102. Os dados sãoadquiridos a partir dos sensores químicos em linha 1104 osquais podem se basear em princípios espectrais ou dedifração. Sensores 1106 medindo as características físicas,tal como massa e volume, os quais podem se basear emgeradores de imagem a laser de taxa de quadro; tambémproporcionam dados de sensor para unidade de ensaio emtempo real. Os dados de sensor local 1108 são armazenadosem um banco de dados local 1110 e estimativas locais declasse e volume são computados em um módulo deprocessamento de dados 1112. Essa informação é ligada aoutros dados de instalação 1114 para harmonização tanto como minério de chegada a partir dos veículos de reboque comoa criação de armazenamento em montões. Informação sobrevolume e classe é então enviada para o modelo fora do solo206 por intermédio da interface de comunicação 1116 parafusão.

Em uma modalidade, a unidade de ensaio em tempo real220 realiza as seguintes tarefas:

• Adquire informação química a partir domaterial na correia transportadora;

• Adquire informação física para estimativa devolume; e

• Envia estimativas atuais para modelo fora de solo.

Em um exemplo, a unidade de ensaio em tempo real 220tem os seguintes parâmetros de desempenho:

• Quadro de tempo:

Localmente: tempo real ~ms;

Comunicação com modelo fora do solo: -min; e

• Predição de classe: 0,1% de precisão.

3.6 Unidade de Carregamento Automatizado

A Figura 12 ilustra a operação de uma unidade decarregamento automatizado 222, de acordo com umamodalidade. O carregamento automatizado é o processo decarregar e alinhar furos perfurados com a mistura corretade explosivo. Um objetivo desse processo é o de produzir umpadrão de explosão que fraturará a rocha em partículas dotamanho exigido para processamento adicional.

Para alcançar essa finalidade, o sistema tem queconhecer certos parâmetros de furo 1230: as posições dosfuros 1236, suas profundidades 1238, e a mistura dematerial de detonação 1214 para cada furo. Uma exigênciaadicional é a navegação autônoma a partir de furo parafuro. A unidade de carregamento automatizado 222 calcula umpercurso ótimo utilizando planejador de percurso 1202 eintroduz os pontos de trajeto gerados 1204 no sistema decontrole o qual por sua vez prove comandos para o controlede alinhamento 1232. O controle de alinhamento 1232controla a navegação autônoma que facilita o alinhamentoentre os furos. Quando o veículo alcança um furo, a unidadede carregamento automatizada 222 ataca o mesmo com amistura exigida de explosivo. A operação de ataque écontrolada pelo controlador de ataque 234 que está emcomunicação com o sistema de controle 1206.

A unidade de carregamento automatizado 222 tem asfunções de exibir um mapa da bancada, posicionamento emtempo real do veículo, proporcionando as dimensões eprofundidades de furo projetadas/reais, exibindo a cargaexigida e a profundidade do furo, e informando sobre ostatus do veículo. Isso é feito através da interface deusuário 1212.

A unidade de carregamento automatizada 222 recebeinformação 123 0 sobre os furos (tal como suas posições nabancada, suas dimensões, etc.) e a mistura desejada 1240 deexplosivos para cada furo a partir da unidade de modelo nosolo 204 . Uma subunidade de planejamento de percurso 1202pega as posições e utiliza uma posição de partida conhecidapara calcular o percurso ótimo para enchimento dos furos,Esse percurso esta na forma de um conjunto de pontos detrajeto 1204 que é enviado para um sistema de controle1206. O sistema de controle 1206 emite os comandosnecessários para alinhamento 1208 entre os mesmos e comandopara ataque 1210 dos furos. Alinhamento e ataque podem serou completamente ou parcialmente automatizados. No caso dese precisarem fazer correções no percurso ou em que aseqüência para perfuração dos furos é alterada por umoperador 223, um novo conjunto de pontos de trajeto podeser gerado online. A unidade de carregamento automatizada222 compreende uma interface de usuário 1212, permitindoque o operador 223 monitore o veículo em relação âs etapasde alinhamento e ataque. Em uma modalidade, a unidade decarregamento automatizada 222 compreende ainda um sistemade segurança 1214 monitorando o veículo. O sistema desegurança compreende uma função de parada-e 1216 e sensorespara detectar colisões 1218 e qualquer evento de errointerno 1220.

A unidade de carregamento automatizado 222 tem tambémum sistema de navegação 1222 que funde informação de sensorde navegação para prover comportamento do veículo, ocomportamento incluindo posição, velocidade e atitude(PVA). Os sensores de navegação incluem sensores de posiçãotal como GPS 1224, cálculo de posição a partir de sensoresa bordo 1226, IMU 1228, e sensores de percepção 1230 talcomo scanners a laser e de radar.

Em uma modalidade, a unidade de carregamentoautomatizado 222 realiza as seguintes tarefas:

• Posiciona a máquina sobre o furo;

• Carrega e ataca os furos de detonação com amistura e quantidade exigidas;

• Calcula a mistura de carga e quantidade paracada furo; e

• Obtém geometria e geologia de furo (real eprevista).

Nessa modalidade exemplar, a unidade de carregamentoautomatizado 222 tem os seguintes parâmetros de desempenho:

• Posicionamento de -5cm;

• Resolução de carregamento de ~lm;

• Erro de mistura de carga de 10%; e

• Profundidade de furo -lOcm.

3.7 Unidade de Pesquisa em Tempo Real Autônoma

A Figura 13 ilustra a operação de uma unidade depesquisa em tempo real autônoma 224, de acordo com umamodalidade. A unidade de pesquisa em tempo real autônoma224 prove modelos geométricos completos e precisos da minaem um quadro de tempo permitindo automação não somente deplanejamento como também de plataforma. Ela incluiconstruir e manter um modelo geométrico de ambos osestoques, no solo e fora do solo, cabeceiras, cubagens,pilhas de armazenamento e paredes da mina.

O sistema de pesquisa em tempo real 1302 utiliza osdados a partir de múltiplos tipos de sensores 1304 em ambasas plataformas, estacionaria e móvel, para capturar ainformação de geometria exigida. Plataformas fixas podemestar localizadas nas bordas dos poços, proporcionandoatualizações em relação às mudanças de geometria e em tornodas pilhas de armazenamento para prover estimativa devolume. Plataformas móveis podem incluir veículosterrestres, maquinaria de mineração ou aeronave que podeatualizar a geometria das cabeceiras ativas, rodovias eoutra infraestrutura da mina.

O sistema de pesquisa em tempo real 1302 requer acapacidade de precisamente fundir os dados a partir dediferentes tecnologias de sensor 1304 (tal como radar,laser, GPS e câmeras) para produzir representações exatas eoportunas da geometria da mina. Os resultados da pesquisasão enviados para serem integrados no sistema de banco dedados principal por intermédio da interface de comunicação1306. A informação coletada pela unidade de pesquisa emtempo real autônoma 224 é fundida de forma autônoma com omodelo de bloco geológico existente para atualizar ainformação de estoque no solo. A informação de estoque forado solo também é atualizada após o mesmo processo. Nenhumaintervenção humana é exigida para atualizar a informação deestoque no solo e fora do solo. Também é possíveltransferir essa informação para plataformas em tempo realpara permitir automação.

Os quadros de tempo para a geração dos dados depesquisa podem ser da ordem de minutos para operações demineração efetivas (tal como operações de escavadeira) , dehoras para pesquisa de bancada, de dias para pilhas dearmazenamento, de semanas para rodovias e de meses parageometria de mina global (tais como sobrevoos) , porexemplo. A provisão oportuna de modelos geométricos deestoques no solo e fora do solo, cabeceiras, cubagens,pilhas de armazenamento, e paredes de mina permite umaprodução eficiente e segura.

A unidade de pesquisa em tempo real autônoma recebeuma missão e objetivos 1308 a partir de um banco de dadosde estação base. Uma subunidade de planejamento de percurso1310 pega as posições e utiliza uma posição de partidaconhecida para calcular um percurso ótimo para alcançaresses objetivos. O percurso é representado como um conjuntode pontos de trajeto 1312 que são comunicados a um sistemade controle 1314. O sistema de controle 1314 emite comandos1316 para executar o percurso e ativar os instrumentos depesquisa. Correções ou mudanças no percurso podem serfeitas com novos pontos de trajeto se necessário.

Uma interface de usuário 1318 é usada para exibirmapas da mina inteira, mapas de parte da mina ou mapas debancadas/cabeceiras individuais. A interface de usuáriotambém é utilizada para exibir a localização dos principaisinventários de mineração, tais como veículos, de umamaneira oportuna. O veículo pode ou não ser controlado porum operador 225, e se houver um operador 225 ele podecontrolar remotamente o veículo.

Em uma modalidade, o sistema de segurança 1320monitorando o veículo é adicionado à unidade de pesquisa emtempo real autônoma 224 . O sistema de segurança 13 20 temuma função de parada-e 1322 e sensores para detecção decolisão 1324 e eventos internos 1326. A interface deusuário 1318 permite que o usuário monitore o veículo e seustatus.

Se a unidade de pesquisa em tempo real autônoma 224for móvel, todas as subunidades ilustradas na Figura 13 sãoexigidas para o funcionamento da unidade de pesquisa emtempo real autônoma 224. Contudo, se a unidade de pesquisaem tempo real autônoma 224 for estacionaria, apenas osistema de pesquisa 13 02 e a subunidade de comunicação 13 0 6são exigidos. As funcionalidades de monitoração tambémpodem ser adicionadas â unidade de pesquisa em tempo realautônoma estacionaria 224.

A unidade de pesquisa em tempo real autônoma 224 temum sistema de navegação 1328 que funde a informação desensor de navegação para prover comportamento do veiculo, ocomportamento incluindo posição, velocidade e atitude(PVA). Os sensores de navegação incluem sensores de posiçãotal como GPS, ponto estimado a partir dos sensores a bordo,IMU e sensores de percepção tal como scanners a laser e deradar.

Em uma modalidade, a unidade de pesquisa em tempo realautônoma 224 realiza as seguintes tarefas;

• Obtém conhecimento exato da geometria da mina ;

• Monitora as pilhas de armazenamento paraestimativa de volume;

• Integra e funde a informação tridimensionalcom informação mantida no sistema de banco de dadosexistente; e

• Calcula volumes a partir dos dados depesquisa.

Em um exemplo, a unidade de pesquisa em tempo realautônoma 224 tem certos parâmetros de desempenho, incluindoaquele em que a exatidão das posições seja da ordem decentímetro.

Em uma modalidade, a unidade de sistema de segurança(tal como 618, 710, 818, 1016, 1214 e 1320) pode sercompartilhada e usada por todas as unidades de operação damina. Deve ser entendido que todas as subunidadesconstituindo uma unidade de operação podem ser reagrupadasem uma única unidade.

4 NAVEGAÇÃO E OUTROS SENSORES

Em uma modalidade, diferentes tipos de sensores sãoconectados aos sistemas de navegação usados nas diferentesunidades de operação tal como a unidade de auto alinhamentodas perfuratrizes 702, unidade de automação de vagão 212, aunidade de inspeção de cabeceira 214, a unidade deautomação de escavadeira 218, a unidade de carregamentoautomatizado 222, e a unidade de pesquisa em tempo realautônoma 224. Os sensores de navegação podem ser divididosem ao menos três grupos principais: sensores queproporcionam informação de ponto estimado (tal comocodificadores), sensores que proporcionam posicionamento deuma unidade de operação, e sensores que fornecem informaçãodo ambiente circundante (tais como lasers).

Ponto estimado é a forma mais básica de localização.Ele consiste em integrar um modelo de movimento de veiculoem relação ao tempo. Um modelo de movimento calcula omovimento do veículo com base em alguma informaçãosensorial tal como velocidade ou aceleração, por exemplo.Sensores de ponto estimado compreendem, mas não sãolimitados aos codificadores, sensores de medição inercial ebússolas.

Sensores de posicionamento tal como GPS permitem alocalização da unidade operacional. Diferentes precisõespodem ser obtidas dependendo do modo de operação. Os modosde operação podem compreender um modo autônomo, um mododiferencial ou um modo RTK (Cinemãtica de Tempo Real), porexemplo. Em ambientes sem cobertura de satélite, tais comoambientes internos, pseudólitos podem ser usados comosensores de posicionamento. Pseudólitos são transceptoresusados para criar um GPS baseado no solo local.

Sensores de ambiente circundante proporcionaminformação sobre o ambiente circundante da unidade deoperação e essa informação é usada para navegação. Porexemplo, lasers ou radares podem ser usados para localizarum veículo em relação ao mundo externo ou para detectar umveículo que se aproxima. Esse grupo compreende sensorestais como lasers, radares e câmeras. Como as observaçõessão relativas à posição do sensor, elas proporcionaminformação do ambiente circundante.

Em uma modalidade, os sensores proporcionam informaçãoredundante sobre a localização da unidade de operação. Essaredundância aumenta a segurança e a robustez do sistema denavegação.

Em uma modalidade, os sensores de geometria são usadospelas unidades de operação tal como unidades de pesquisa emtempo real autônomas para capturar a geometria da mina.Esses sensores podem ser instalados em ambas asplataformas, estacionárias e móveis, para capturar ainformação de geometria exigida. As plataformasestacionãrias podem estar localizadas nas bordas dos poços,proporcionando atualizações em relação a mudanças degeometria e em torno de pilhas de armazenamento para proverestimativa de volume. As plataformas móveis podem incluirveículos terrestres, maquinaria de mineração ou aeronaveque atualiza a geometria das cabeceiras ativas, rodovias eoutra infraestrutura de mina.

Em uma modalidade, os sensores de geometria podem seragrupados em duas classes principais, isto é, a classe desensores ativos e a classe de sensores passivos. Ossensores ativos são sensores que emitem um sinaleletromagnético e analisam o tempo de voo do retorno paraobter uma estimativa da distância alvo. Essa classecompreende, mas não é limitada a, lasers, radares esonares. Câmeras representam os sensores passivos maiscomuns. Elas medem passivamente a luz refletida por umobjeto para se obter uma representação espacial de umespectro do objeto. Como uma câmera fornece apenas umarepresentação 2D, várias câmeras podem ser usadas para seobter uma representação 3D. Utilizando várias imagensobtidas a partir de diferentes pontos favoráveis, aterceira dimensão é obtida utilizando-se métodos detriangulação, por exemplo. Isso é referido como estereópse.Qualquer tecnologia utilizando informação a partir desensores ativos e/ou passivos para renderizar imagem dealcance (imagem na qual informação provida a um usuário éum ponto tendo coordenadas tridimensionais) pode ser usada.

Em uma modalidade, os sensores de geologia são usadospara elaborar o modelo no solo. 0 modelo no solo éresponsável por integrar a informação a partir de pesquisa,reconhecimento de rocha, inspeção de cabeceira, ensaiosquímicos e furos de exploração para melhor modelar epredizer a geometria e a geologia dos materiais no solo.Sensores de geologia podem ser agrupados de acordo com suasaplicações em ao menos 4 grupos: sensores de furo, sensoresde solo, sensores de mão, e sensores de laboratório.Sensores de geologia podem se basear em diferentestecnologias. Por exemplo, sensores gama e de nêutrons sebaseiam em tecnologia nuclear, sensores de espectroscopiade fluorescência de raio-X e sensores de espectroscopia defracionamento induzido a laser se baseiam em propriedadesespectro-químicas, sensores de geração de imagem de micro-ondas ou rádio se baseiam em detecção eletromagnética esensores de resistividade se baseiam em análise elétrica.

PROCESSOS ESTATÍSTICOS

Em uma modalidade, o algoritmo de fusão no solo sebaseia em Processos Gaussianos (GPs) para melhor predizer ovolume e classe do material no solo. Os processosgaussianos são modelos probabilísticos usados para modelaros dados espacialmente correlacionados. Um grupo deamostras é espacialmente correlacionado quando existe umnível de dependência entre amostras localizadas adjacentes.

Esse é o caso em geologia onde as amostras coletadas em umamesma área apresentam um elevado grau de similaridade empropriedades químicas e mecânicas. Mediante modelagem dacorrelação espacial dos dados, um modelo estatístico podemelhor estimar as propriedades e a respectiva variabilidadenas áreas não observadas.

Èm uma modalidade, GPS utiliza o método "Kriging" paracriar um modelo estatístico. Por exemplo, se o algoritmo defusão tem que predizer a concentração de ferro em uma áreaespecífica da mina, a interpolação através de locaismedidos é realizada através de GPs que coloca umadistribuição probabilística em relação às funções quemapeiam as entradas (medições de sensor e comportamento)para saldas (classes) . O GPs pode ser treinado em umaabordagem completamente Bayesiana evitando qualquerdeterminação manual de parâmetros de calibração eminimizando a dependência em relação à habilidade humana.

As Figuras 14 a 17 ilustram a operação de um algoritmode fusão GP no solo para fundir dados de observaçõesgeológicas provenientes de diferentes bancadas e parapredizer a geometria e a geologia dessas bancadas (modelono solo). A Figura 14 ilustra a geologia real de uma seçãotransversal de um terreno. A seção transversal é divididaem três bancadas. A linha tracejada 1402 representa olimite real entre as zonas de ref ugo 14 04 e zonas deminério de ferro 1406 da seção transversal. O objetivo dafusão é o de proporcionar uma pr edição dessa linhatracejada 14 02 para estimar o limite de refugo/minério deferro a partir das observações provenientes a partir dediferentes unidades de operação enquanto utilizando umprocesso Gaussiano.

A Figura 15 ilustra uma estimativa do limite entrezonas de minério e de refugo. Nesse caso, três observações(representadas por cruzes) são feitas apenas na bancada 2.Nada se sabe sobre as bancadas, superior e inferior, e apredição é computada exclusivamente a partir dasobservações da bancada do meio. O resultado de um processoGaussiano utilizando uma função de covariancia exponencialelevada ao quadrado é a linha não-interrompida 1408. Asáreas cinza adjacentes à linha 1408 representam avariabilidade da predição. Essa variabilidade é maior emáreas distantes das observações (cruzes). Para reduzir avariabilidade, observações são feitas em áreas de elevadavariabi1idade. A Figura 16 ilustra a estimativa do limitequando observações adicionais são feitas nas áreas debancada 3 onde a variabilidade é importante. Quando trêsobservações são feitas a partir de ambas as bancadas 2 e 3e aplicadas no processo Gaussiano, a estimativa resultante1410 do limite está mais próxima da realidade e avariabilidade é diminuída, conforme ilustrado na Figura 16.

Esse aperfeiçoamento é confirmado pela Figura 17 a qualilustra a estimativa 1412 do limite quando observações sãofeitas nas três bancadas. Nesse processo, as observações apartir de uma bancada são fundidas com um modelo deestimativa precedente para aperfeiçoar a predição degeologia e reduzir a variabilidade.

Em uma modalidade, as dependências entre dois ou maisminérios podem ser usadas no processo Gaussiano parareduzir a dispersão dos dados. Por exemplo, a concentraçãode ferro em uma região especifica poderia ser relacionadaàquela de fósforo. Se os primeiros ensaios forem obtidos emum primeiro local para estimar a concentração de ferro e,em um segundo local, segundos ensaios forem obtidos paraestimar a concentração de fósforo, a concentração defósforo no primeiro local pode ser predita utilizando-se aconcentração de ferro e vice-versa. Esse processo éreferido como uma técnica "Co-Kriging".

Embora do principio ao fim da descrição, a unidade demodelo no solo 2 04 e a unidade de modelo fora do solo 2 0-6utilizem o modelo de equipamento para conhecer alocalização de uma unidade de operação a partir da qualelas recebem informação no solo e fora do solo,respectivamente, deve ser entendido que a informação delocalização pode ser enviada diretamente a partir daunidade de operação para a unidade de modelo no solo 204 oufora do solo 206.

O sistema e método aqui descritos têm aplicação em umagama de áreas incluindo agricultura, silvicultura, recursosmarinhos e na defesa. Como exemplo dessas aplicaçõesadicionais, descrevemos como podem ser empregados o sistemae o método, na agricultura. Em uma aplicação agrícola omodelo no solo pode consistir em informação do terreno edados relacionados às plantas ou culturas economicamenteúteis.' O modelo no solo obtém, através de detecção, umaimagem integrada da geometria, composição química, e saúdeda cultura através da área exigida. Isso é mantidoutilizando algoritmos de fusão de dados para garantir queuma descrição em tempo real de todas as propriedadesrelevantes se j a mantida. A informação pode ser obtida apartir de um número de sensores no solo ou até mesmo apartir do ar, como na aplicação de mineração. O modelo forado solo descreve a cultura como tendo sido colhida a partirda área. Durante a colheita as medições de sensor deprodução e composição também podem ser feitas. Essascaracterísticas fora do solo também podem ser ligadas devolta âs características no solo desse modo produzindo umarelação similar aos modelos encontrados na modalidade demineração. O modelo de equipamento descreve o uso deplataformas para semeadura, fertilização, irrigação efinalmente colheita da cultura. O equipamento tem um efeitosobre a descrição no solo do ambiente e, através desseefeito, liga o modelo no solo ao modelo fora do solo, outravez de uma maneira similar a da modalidade de mineração. Ostrês modelos em conjunto; no solo, fora do solo e deequipamento, são usados para formar a imagem integradaglobal da operação agrícola que pode ser usada paramonitoração e automação. Paralelos em relação a esses trêsmodelos existem na maioria das aplicações de automação paramonitoração e exploração de recursos.

De uma maneira similar, fusão de informação de pré-processamento também pode ser usada para aplicações dedrenagem ou irrigação. Aplicações adicionais também podemincluir a fusão de informação para estimar as propriedadesdo oceano ou outras extensões de líquido. Exemplosmarítimos incluem o uso do modelo de upré-intervenção" paraestimar as propriedades tais como a temperatura e asalinidade do oceano. Estimativas de "pós-intervenção"podem ser relacionar aos peixes ou minerais extraídos dooceano, e unidades de operação e equipamento podem incluiritens tais como barcos de pesca. Um exemplo adicional dessaaplicação inclui aplicar um modelo de pré-intervenção (istoé, um modelo "no solo") para estimação de oceano paramodelagem sonar e submarina.

Embora ilustradas nos diagramas de blocos como gruposde componentes discretos se comunicando uns com os outrospor intermédio de conexões de sinais de dados distintos,será entendido por aqueles versados na técnica que asmodalidades preferidas são providas por uma combinação decomponentes de hardware e software, com alguns componentessendo implementados por uma determinada função ou operaçãode um sistema de hardware ou software, e muitos dospercursos de dados ilustrados sendo implementados porcomunicação de dados dentro de uma aplicação de computadorou sistema operacional. A estrutura ilustrada é assimprovida para eficiência de ensinamento das modalidadesdescritas. Deve-se observar que as modalidades da invençãodescritas acima pretendem ser apenas exemplares. O escopoda invenção, portanto, deve ser limitado apenas pelo escopodas reivindicações anexas.

Será entendido que a invenção revelada e definidanesse relatório descritivo se estende a todas ascombinações alternativas de duas ou mais dascaracterísticas individuais mencionadas ou evidentes apartir do texto ou desenhos. Todas essas diferentescombinações constituem vários aspectos alternativos dainvenção.

O termo "compreende" (ou suas variantes gramaticais) éusado nesse relatório descritivo como equivalente ao termo"inclui" e nenhum dos dois termos deve ser considerado comoexcluindo a presença de outros elementos oucaracterísticas.

Claims (24)

1. Sistema para gerar um modelo de um ambiente em quevárias unidades de equipamento são empregadas para aextração de ao menos um recurso a partir do ambiente, osistema caracterizado por compreender:a) uma unidade de modelagem de pré-extraçãoconfigurada para receber os dados a partir de uma primeirapluralidade de sensores heterogêneos no ambiente e parafundir os dados em um modelo de pré-extração descritivo doambiente e do ao menos um recurso;b) uma unidade de modelagem de equipamento configuradapara receber dados de equipamento relacionados às variasunidades de equipamento operando no ambiente e paracombinar os dados de equipamento em um modelo deequipamento ;c) uma unidade de modelagem de pós-extraçãoconfigurada para receber dados a partir de uma segundapluralidade de sensores e fundir os dados em um modelo depós-extração descritivo do material extraído a partir doambiente, em que ao menos uma das unidades de equipamentoopera para extrair o ao menos um recurso a partir doambiente; eem que a informação solicitada a partir de ao menos umdo modelo de pré-extração, do modelo de equipamento e domodelo de pós-extração é comunicável às unidades deequipamento para uso no controle da operação das unidadesde equipamento no ambiente.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o modelo de pré-extraçãocompreende uma descrição espacial do ambiente.

3. Sistema, de acordo com a reivindicaçãoreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que omodelo pré-extração compreende uma estimativa de umadistribuição do ao menos um recurso no ambiente.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por compreender umaunidade de modelagem local associada a pelo menos uma dasunidades de equipamento, a unidade de modelagem localconfigurada para receber estimativas anteriores de umaregião do ambiente a partir da unidade de modelo de pré-extração e para gerar uma estimativa posterior dependenteda estimativa anterior e medições a partir de um ou maissensores locais.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a unidade de modelagem depré-extração é configurada para fundir a estimativaposterior com o modelo de pré-extração.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato deque os sensores heterogêneos proporcionam informação emmúltiplas escalas espaciais e a unidade de modelagem pré-extração compreende uma unidade de registro configuradapara registrar espacialmente a informação dependendo domodelo de equipamento.

7. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fatode que a unidade de modelagem pré-extração funde os dados apartir dos sensores heterogêneos utilizando algoritmosdescrevendo correlações espaciais entre os dados deentrada.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelofato de que a unidade de modelagem pós-extração harmoniza ainformação sobre o material extraído a partir do ambienterelacionado a transporte e empilhamento de armazenamento domaterial.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a unidade de modelagem pré-extração, a unidade de modelagem de equipamento e a unidadede modelagem de equipamento se comunicam umas com as outraspara harmonizar o modelo de pré-extração, o modelo de pós-extração e o modelo de equipamento.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadopelo fato de que o ambiente compreende uma mina.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadopelo fato de que o ambiente é selecionado do grupoconsistindo em uma região agrícola, uma região desilvicultura e uma região marinha contendo ao menos umrecurso para extração.

12. Sistema para gerar um modelo de uma mina em quevárias unidades de equipamento são empregadas para aextração de ao menos um recurso a partir da mina, o sistemacaracterizado por compreender:a) uma unidade de modelagem no solo configurada parareceber dados a partir de uma primeira pluralidade desensores heterogêneos na mina e para fundir os dados em ummodelo no solo descritivo da mina e do ao menos um recurso;b) uma unidade de modelagem de equipamento configuradapara receber dados de equipamento relacionados às variasunidades de equipamento empregadas na mina e para combinaros dados de equipamento em um modelo de equipamento;c) uma unidade de modelagem fora do solo configuradapara receber os dados a partir de uma segunda pluralidadede sensores e para fundir os dados em um modelo fora dosolo descritivo do material extraído a partir da mina, emque ao menos uma das unidades de equipamento opera paraextrair o ao menos um recurso a partir dos recursos; eem que a informação solicitada a partir de ao menos umdo modelo no solo, do modelo de equipamento e do modelofora do solo é comunicável às unidades de equipamento parauso no controle da operação das unidades de equipamento namina.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que o modelo no solo compreendeuma descrição geométrica da mina.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que o modelo no solo compreendeinformação de recurso descritiva do recurso e selecionadado grupo consistindo em propriedades químicas, físicas,geológicas, geofísicas, mineralógicas e contextuais dorecurso.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que o modelo no solo compreendeuma descrição de uma distribuição e classe de ao menos umrecurso.

16. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12, 13, 14 ou 15, caracterizado pelo fato deque o modelo fora do solo harmoniza informação sobre omaterial extraído da mina relacionado a transporte eempilhamento de armazenamento do material.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a unidade de modelagem forado solo é configurada para harmonizar conservação dematerial monitorada no modelo fora do solo.

18. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12, 13, 14, 15, 16 ou 17, caracterizado pelofato de que as unidades de equipamento compreendem ao menosum de um vagão de reboque, uma escavadeira, uma unidade deinspeção de cabeceira, uma perfuratriz, uma unidade decarregamento, uma unidade de pesquisa e uma unidade deensaio em tempo real.

19. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12, 13, 14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizadopelo fato de que a unidade de modelagem no solo, unidade demodelagem de equipamento e unidade de modelagem fora dosolo atualizam o modelo no solo respectivo, o modelo deequipamento e o modelo fora do solo em tempo real.

20. Sistema para explorar uma mina caracterizado porcompreender:um banco de dados armazenando um modelo no solo e ummodelo de equipamento;um módulo de comunicação para permutar dados com umapluralidade de unidades de operação;um módulo de fusão adaptado para fundir informação nosolo em relação às propriedades geométricas, geológicas egeofísicas de um material no solo no modelo no solo paraatualizar o modelo no solo, para fundir informação deequipamento relativa a peças de equipamento no modelo deequipamento para atualizar o modelo de equipamento, e parafundir informação fora do solo relativa às propriedadesgeofisicas, químicas e de classe de um material fora dosolo com informação sobre o modelo no solo e sobre modelode equipamento para criar um modelo fora do solo.

21. Método de gerar um modelo de um ambiente no qualvarias unidades de equipamento são empregadas para extraçãode ao menos um recurso a partir do ambiente, o métodocaracterizado por compreender:a) receber os dados a partir de uma primeirapluralidade de sensores heterogêneos no ambiente;b) fundir os dados em um modelo de pré-extraçãodescritivo do ambiente e do ao menos um recurso;c) receber os dados de equipamento relacionados àpluralidade de unidades de equipamento operando noambiente;d) combinar os dados de equipamento em um modelo deequipamento;e) receber os dados a partir de uma segundapluralidade de sensores;f) fundir os dados a partir da segunda pluralidade desensores em um modelo pós-extração, descritivo de materialextraído a partir do ambiente, em que ao menos uma dasunidades de equipamento opera para extrair o ao menos umrecurso a partir do ambiente; eg) comunicar informação a partir de ao menos um domodelo de pré-extração, do modelo de equipamento e domodelo de pós-extração para as unidades de equipamento parauso no controle da operação das unidades de equipamento noambiente.

22. Método de gerar uma mina na qual várias unidadesde equipamento são empregadas para a extração de ao menosum recurso a partir da mina, o método caracterizado porcompreender:a) receber os dados a partir de uma primeirapluralidade de sensores heterogêneos na mina;b) fundir os dados em um modelo no solo descritivo damina e do ao menos um recurso;c) receber os dados de equipamento relacionados àsvarias unidades de equipamento empregadas na mina;d) combinar os dados de equipamento em um modelo deequipamento;e) receber os dados a partir de uma segundapluralidade de sensores;f) fundir os dados em um modelo fora do solodescritivo do material extraído a partir da mina, em que aomenos uma das unidades de equipamento opera para extrair oao menos um recurso a partir do recurso; eg) comunicar informação a partir de ao menos um modelono solo, do modelo de equipamento e do modelo fora do solopara as unidades de equipamento para uso no controle daoperação das unidades de equipamento na mina.

23. Método para gerenciar um material fora do solodentro de uma mina, o método caracterizado por compreender:armazenar os dados relacionados a uma geometria e auma geologia de um material no solo dentro da mina;atualizar os dados utilizando entrada a partir de aomenos uma unidade de operação quando o material no solotiver sido escavado e corresponder ao material fora domonitorar um movimento do material fora do solo dentroda mina a partir da escavação até o armazenamento emmontões.

24. Meio legível por computador caracterizado por terum programa gravado no mesmo, onde o programa é configuradopara fazer com que um computador execute o método dequalquer uma das reivindicações 21, 22 ou 23.