خلاصه
در اکتشافات معدنی توانایی جمعآوری و تجزیه و تحلیل کارآمد اطلاعات از مناطق وسیع، اغلب صعبالعبور و از نظر زمینشناسی پیچیده، بسیار ارزشمند است. تجهیزات و راهحلهای سنجش از راه دور دقیقا همان ابزارهای اکتشافی هستند که صنعت معدن برای جمعآوری این دادهها به آنها نیاز دارد. فناوریهایی چون تصویربرداری ماهوارهای نقش راهحلهای سنجش از راهدور در صنعت معدن را برای همیشه متحول کردهاند و سرعت قابلتوجهی به اکتشافات معدنی دادهاند.
تصاویر مرتبط با سنجش از راهدور (Remote Sensing) که غالبا توسط هواپیما یا ماهوراهها برداشت میشوند، مسیرهای جدیدی به اکتشافات معدنی باز کردهاند. از لحاظ تاریخی، تصاویر هوایی توسط دولتها و برای تحقیق کاربری زمینهای مناطق مختلف کشور، پیشبینی آبوهوا، فعالیتهای نظامی و موارد دیگر استفاده میشدند. اما در چند سال اخیر شرکتهای تجاری، بخصوصی فعالان حوزه معدنکاری و انرژی، نیز به مشتریان اصلی تصاویر ماهوارهای بدل شدهاند.
در رویکرد سنجش از راهدور، هدف جمعآوری حداکثر اطلاعات بدون نیاز به تماس فیزیکی با منطقه تحت بررسی است. از طریق حسگرها، پلتفرمهای مختلف در تحلیل داده و خواص الکترومغناطیسی مواد معدنی، اکنون معادن میتوانند اکتشافات چند ماهه و حتی چند ساله خود را در چند روز یا ساعت به نتیجه برسانند.
برای نمونه، Exploration Mapping Group یک شرکت فناور در حوزه ارائه خدمات سنجش از راه دور است و ماهواره WorldView-3 این شرکت به طور اختصاصی به حسگرهای تشخیص مواد معدنی و ذخایر نفت و گاز مجهز شده تا بتواند تصاویر اختصاصی برای برنامههای اکتشافی این صنایع تولید کند.
سنجش از راهدور چیست؟
در حوزه معدن شناسی، سنجش از راهدور به جمعآوری و تجزیه و تحلیل دادههای مرتبط با سطح و زیرسطح زمین بدون تماس مستقیم با آنها اشاره دارد. این فعالیت شامل جمعآوری اطلاعات از راهدور توسط انواع حسگرهای تصویری و رادیوئی متصل به هواپیما، پهباد یا ماهواره است.
اساسیترین فاکتور در سنجش از راهدور، تشخیص و اندازهگیری امواج الکترومغناطیسی (EMR) ساطع شده از رویههای زمینی است. اجسام در لایههای مختلف زمین، ازجمله سنگها و مواد معدنی، ردههای مختلفی از بازتاب امواج الکترومغناطیسی را تعریف میکنند. بخصوص، ردهپای مواد معدنی در تحلیلهای الکترومغناطیسی باعث شناسایی دقیق موقعیت و حجم آنها میشود.
در اکتشافات معدنی، سنجش از راهدور به دنبال تشخیص ناهنجاریها یا الگوهایی است که معمولا نشاندهنده وجود ذخایر معدنیاند. در نتیجه، امواج الکترومغناطیسی از طریق منابع انتشار هوایی به سطوح تابانده میشوند و بازتاب آنها طول موجهای منحصربهفردی خلق میکنند. برای مثال، آهن طول موجی در بازه ۳۳۷۰.۷۸۹ تا ۶۷۵۰.۱۶۳ دارد که بسته به نوع غنای آهن سنگ آهن و گنگهای همراه با آن میتوان اعداد بسیار دقیقتری برای تشخیص منابع سنگ آهن درنظر گرفت.
با استفاده از رویکرد سنجش از راهدور، معادن میتوانند در هر برداشت منطقه بسیار گستردهتری را پوشش دهند، زمان کمتری صرف تشخیص منابع کنند و تقریبا از هر منطقه غیرقابل دسترس بتوانند نمونهبرداری کنند. علاوه بر این، با تکامل فناوریهای مرتبط با روشهای سنجش از راهدور، وضوح، دقت و سرعت این روشها نیز ارتقاء مییابند و در آیندهی نزدیک به توسعه پایدار فعالیتهای معدنی و تعامل کم ریسکتر آن با محیطزیست کمک شایانی خواهند کرد.
انواع تکنیکهای سنجش از راهدور
در اکتشاف مواد معدنی، تکنیکهای سنجش از راهدور مختلفی برای جمعآوری اطلاعات زمینشناسی استفاده میشوند. این تکنیکها مجموعههای متنوع با اهداف اکتشافی متنوع از دادهها را نتیجه میدهند؛ دادههایی که کلید شناسایی و ارزیابی ذخایر معدنی به شمار میروند. بهویژه، این دادههای زمینشناسی منشأ بسیاری از فعالیتهای دیجیتالی سازی عملیات معدن و توسعه شبکههای اینترنت اشیاء صنعتیاند.
تصاویر ماهوارهای در اکتشافات معدنی
یکی از پرکاربردترین تکنیکهای سنجش از راهدور، استفاده از تصاویر ماهوارهای است. در این شیوه، از ماهوارههای تجاری مانند WorldView3 برای شناسایی ویژگیهای زمینشناسی منطقه مانند انواع سنگها، ساختارها و تغییراتی که وجود احتمالی کانیهای معدنی را نشان میدهند مورد استفاده قرار میگیرند.
تصاویر ماهوارهای ابزار قدرتمندی در اکتشاف مواد معدنی هستند؛ با استفاده از حسگرهای متصل به ماهوارههای تجاری میتوان تصاویری با وضوح بالا تولید کرد. ناسا و آژانس فضایی ژاپن به تازگی یک برنامه گسترده در تشخیص دقیق ذخایر معدنی تحت عنوان ASTER تعریف کردهاند که به موجب آن از دادههای ماهوارههایی که هر ۹۰ دقیقه یکبار دور زمین میچرخند برای برداشتهای همهجانبه از ذخایر مناطق معدنی آمریکا و ژاپن برای تشخیص بهترین نقاط برای برداشت استفاده میشود.
مهمتر اینکه این دادهها توسط پلتفرمهای تحلیل داده و هوش مصنوعی تحلیل میشوند تا با افزایش دقت و سرعت روندهای برداشت داده، مسیر کوتاهتر و کاراتری در اکتشاف معدنی حاصل شود. موارد زیر برخی از انواع شیوههای سنجش از راهدور با بهره از تصاویر ماهوارهای هستند.
- تصویربرداری چندطیفی: در این شیوه تصاویر در طول موجهای طیفی الکترومغناطیسی خاص برداشت میشوند. استفاده از طیفهای مختلف در آن واحد برای یک منطقه امکان بیشتری در بهبود دقت فرایندهای کانیشناسی، تشخیص ویژگیهای ساختاری، عمق و گستردگی ذخایر معدنی فراهم میکنند.
- تصویربرداری فراطیفی: در این شیوه از تصویربرداری ماهوارهای، مناطق مختلف با صدها و هزاران موج الکترومغناطیسی هدف قرار میگیرند تا بازخوردهای دریافتی به دقیقترین نتایج بدل شوند. این روش وضوح بسیار بالایی دارد و معمولا برای مناطقی استفاده میشود که اکتشافات قبلی وجود ذخایر معدنی را تأیید کردهاند و معدن اکنون نیازمند دریافت اطلاعات دقیق از نوع مواد معدنی و حجم آن است.
کاربردهای تصویربرداری ماهوارهای در صنایع معدنی
- کانی شناسی: انواع سنگهای معدنی طول موجهای مختلف را ساطع میکنند. با این حال، تقریبا در اکثر نقاط زمین میتوان مواد معدنی کشف کرد، اما حجم و چگالی آنها غالبا آنقدر پایین است که ارزش اقتصادی چندانی ندارند. تصاویر ماهوارهای امکان بررسی مناطق وسیع زمین در بازههای زمانی کوتاه و طبقهبندی کانیشناسی آنها را دارند. در نتیجه، معدن میتواند عملیات اولیه در اکتشاف را برونسپاری و هزینههای کمتری را صرف فعالیتهای اکتشاف مواد معدنی کند.
- نقشهبرداری ساختاری: شناسایی ساختارهای زمینشناسی مانند گسلها و چینخوردگیها در مناطق اکتشافی برای معادن از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا این مولفهها بر امکان و شیوههای برداشت مواد معدنی تأثیر مستقیم میگذارند. با استفاده از تصاویر ماهوارهای میتوان از هر منطقهای در زمین و بدون نیاز به تماس فیزیکی با آن نقشهبرداری کرد و ساختارهای زمینشناسی آن را برجسته نمود.
- تشخیص ناهنجاریهای زیستمحیطی: مواد معدنی با چگالی بالا میتوانند بر نوع پوشش گیاهی و دیگر پارامترهای زیستمحیطی مانند رنگ رودخانهها تأثیر بگذارند. با استفاده از تصاویر ماهوارهای میتوان این تفاوتها را تشخیص و موقعیت ذخایر معدنی را تعیین کرد.
- توسعه پایدار عملیات اکتشاف: رویکرد سنجش از راهدور و بخصوص نوع ماهوارهای آن به هیچ وجه تهاجمی نیست و یک رویکرد در کاهش تأثیرات زیستمحیطی معدنکاری به حساب میآید. بخصوص، با اوج گرفتن جریانات و دغدغههای توسعه پایدار، معادن نیاز بیشتری به استفاده از فناوری و راهحلهایی از این دست احساس میکنند.
مسافتیابی و ردیابی با استفاده از سیگنالهای نوری (LiDAR)
مسافتیابی و ردیابی نوری یا LiDAR یک ابزار سنجش از راهدور در فعالیتهای نقشهبرداری جغرافیایی است. به زبانی ساده، LiDAR یک فناوری سنجش عمق است که در معدنکاری برای تشخیص ملاحظات مرتبط با شکست بیش از حد، الزامات پشتیبانی دیوارها و سقفهای معدنی، کانیشناسی منطقه، تخمین حجم ذخایر و تعریف سناریوهای استخراج استفاده میشود. در این شیوه از بازتاب نوری (با استفاده از پالسهای نوری لیزرها) برای ایجاد مدلهای سهبعدی از موقعیتهای زمینشناسی استفاده میشود. کاربردهای این شیوه شامل موارد زیرند:
- تولید دادههای توپوگرافی دقیق: سیستمهای مبتنی بر فناوری LiDAR میتوانند حجم عظیمی از دادهها را در مدت کوتاهی جمعآوری کنند و مسیر را برای تولید نقشههای توپوگرافی دقیق از منطقه اکتشافی هموار سازند. این نقشهها منابع بسیار باارزشی در تشخیص ویژگیهای سطح و ژئومورفولوژی منطقه هستند.
- امکان نفوذ در سطوح با پوشش گیاهی بالا: یکی از ویژگیهای شاخص این روش، امکان نفوذ امواج آن در لایههای گیاهی با چگالی بالاست. برخلاف تصاویر هوایی معمولی، LiDAR میتواند ذخایری را که در مناطق جنگلی نیز با دقت بالا تشخیص دهد.
- تشخیص منابع زیرسطحی از طریق لایههای سطحی زمین: این فناوری به معدنکاران اجازه میدهد تا بدون نیاز به حفاری و استفاده از رویکردهای تهاجمی، و تنها با بررسی لایههای بالایی، به وجود مواد معدنی باارزش در لایههای بسیار پایینتر پی ببرند. به همین دلیل، LiDAR یک روش غالب در تشخیص معادن زیرزمینی و سناریوسازی برای حفاریهای عمیق است.
- ابزاری برای نظارت زیستمحیطی: نقشههای سهبعدی که از فناوری LiDAR تولید میشوند، چهارچوب لازم برای نظارت بر عملیات معدنی و تأثیرات زیستمحیطی آن را به وجود میآورند. بخصوص، این نقشهها را میتوان به صورت مستمر و خودکار بهروز کرد تا از وضعیت پیشین، کنونی و آتی سایتهای معدنی آگاهی یافت.
- امکان ادغام با رویکردهای دیگر: LiDAR معمولا یک رویکرد مستقل در اکتشافات معدنشناسی نیست. در عوض، از LiDAR به عنوان یک رویکرد پشتیبان یا مکمل در فعالیتهای اکتشاف معدنی استفاده میشود. به ویژه، LiDAR یک فناوری فوقالعاده کاربردی برای تکمیل عملیات هوشمندسازی و استفاده از همزادهای دیجیتال برای مدلسازی، شبیهسازی و پیشبینی عملیات معدنی است.
چالشها و محدودیتها در سنجش از راهدور
با وجود کاربردهای فراوان آن، سنجش از راهدور چالشهای خاص خود را دارد و معادن باید به جنبههای مختلف این محدودیتها و رویکردهای ممکن در رفع آنها بپردازند.
- شرایط جوی و لایههای ابری: سنسورهای مبتنی بر برداشتهای ماهوارهای در برابر تداخلهای جوی بسیار حساساند. به ویژه، وجود تودههای منسجم ابری در بازههای طولانی باعث ناکارآمدی عملیات تابش الکترومغناطیسی یا لیزری میشوند. در وضعیتهایی این چنین، نتایج معمولا با نویز بالایی همراهاند و تحلیل دادههای حاصل به نتایج دقیق منجر نمیشود.
- نیاز به وضوح زمانی و مکانی: برخی از مواد معدنی نیاز به وضوح بسیار بالایی در تشخیص رده بازتابها دارند. به همین دلیل، ماهوارهها باید به صورت مرتب منطقه را کاوش کنند که خود به زمان و هزینه بالاتری نیاز دارد. در برخی از موارد، بخصوص به دلایل جوی، برداشتها باید در بازههای زمانی خاص و اکثرا در طول روز انجام شوند که محدودیت دوچندانی بر عملیات کاوش اعمال میکنند.
- حجم و پردازش داده: دادههای حاصل از این روشها بسیار حجیم و پیچیده هستند. وقتی مناطق بیشتری تحت بررسی قرار میگیرند، تحلیل دادهها به مراتب چالش برانگیزترند و معدن غالبا مجبور به برونسازی فعالیتهای دادهکاوی مرتبط میشود.
- مسائل مقرراتی و ژئوپلیتیک: این شیوه از تحلیل منطقهای برای سالها تنها در اختیار دولتها بوده و شرکتهای خصوصی امکان برداشت هوایی از مناطق ملی را نداشتند. اکنون نیز قوانین سختگیرانهای بر اعمال این روشها سایه افکندهاند و معدن برای اجرای آنها به دریافت مجوزات قانونی پردردسر نیاز دارد.
- هزینه: فناوریهای سنجش از راهدور پیشرفته مانند LiDAR و تصاویر ماهوارهای با وضوح بالا غالبا با هزینههای بالایی نیز همراهاند. تخصیص بودجه کافی برای کمپینهای همهجانبه استفاده از رویکردهای سنجش از راهدور ممکن است برای شرکتهای معدنی کوچک و متوسط چالشبرانگیز باشد.
آینده رویکردهای سنجش از راهدور در صنعت معدنکاری
مشابه با رویکردهای دیگری که بر فناوری تکیه دارند، رویکردهای نوین سنجش از راهدور نیز به سرعت در حال توسعهاند. به ویژه، انتظار میرود با افزایش قدرت ذخیره و تحلیل داده بتوان کلان دادههای حاصل از تصویربرداریهای ماهوارهای را در زمان کمتر و با دقت بالاتری تحلیل کرد و فاصله برداشت تا تصمیمگیری در استخراج را به حداقل رساند.
علاوه بر این، ادغام این فناوری با الگوریتمهای هوش مصنوعی کمک شایانی به خودکارسازی عملیات اکتشاف ذخایر معدنی و افزایش دقت آنها خواهد کرد. هوشمند سازی عملیات اکتشاف اولین مرحله در ایجاد معادن هوشمند با کارایی بالاتر و امکان بیشتر در کنترل جزء به جزء عملیات است.
علاوه بر این، با ادغام دادههای حاصل از تصویربرداری ماهوارهای و دادههای ژئوگرافی دیگر، معادن به انسجام بیشتری در عملیات اکتشاف، استخراج و احیاء سایتهای معدنی میرسند. تحلیل دقیق این دادههای یکپارچه مطمئنا آغازگر دوره جدیدی در معدنکاری نوآورانه و هوشمند خواهد بود.
در حال حاضر، اقتصادی چند میلیارد دلاری حول راهحلهای دیجیتال برای تسهیل در مراحل مختلف اکتشاف و استخراج معدنی تعریف شده است. انتظار میرود رقابت به فضا هم برسد و شرکتهای بیشتری وارد بازار عرضه تسهیلات برداشت و تحلیل دادههای حاصل از تصویربرداری ماهوارهای شوند. موضوعی که همزمان با بهبودهایی که ایجاد میکند، چالشهای ژئوپلیتیک جدیدی را باعث میشود.
کدام شرکتها خدمات تصویربرداری ماهوارهای ارائه میکنند؟
در حال حاضر نزدیک به ۲۷۲ شرکت در کشورهای مختلف خدمات تصویربرداری ماهوارهای ارائه میکنند. با این حال، حوزه فعالیت این شرکتها بسیار متنوع است، چراکه هر صنعت به شیوه خاصی از تصویربرداری، حسگرهای منحصربهفرد و رویکردهای متفاوت در تصویربرداری ماهوارهای نیاز دارد. با این توضیح، چندین شرکت در حوزه تصویربرداری هوایی از مناطق جغرافیایی با امکان بهرهبرداری در صنعت معدن را معرفی میکنیم.
- Digital Global مستقر در کشور آمریکا
- Planet مستقر در کشور آمریکا
- Sccon مستقر در کشور برزیل
- MGGP Aero مستقر در لهستان
- Airbus defence and space intelligence مستقر در فرانسه
- Woolpert مستقر در کشور آمریکا
- Norce Norwegian research center مستقر در کشور نروژ
- Geospatial World مستقر در کشور هند
- PASCO Corp Staellite Business Division مستقر در کشور ژاپن
- Sparkgeo مستقر در کشور کانادا
- GIM – Smart geo insights مستقر در کشور بلژیک
- SkyMap Global Pte مستقر در کشور سنگاپور
- EDGE pro for information systems مستقر در کشور مصر
جمعبندی
تصاویر ماهوارهای به منبعی ارزشمند برای صنعت معدن تبدیل شدهاند. از فرایندهای مختلف مانند شناسایی ذخایر معدنی تا بهینهسازی عملیات در سایتهای معدن و برنامهریزی برای احیاء آنها، این شیوه سنجش از راهدور به ترند جدیدی در بهرهوری از فناوری برای ارتقاء سطح بهرهوری بدل شده است.
بخصوص، این شیوهها جزء اهرمهای شاخص در ارتقاء جایگاه معادن در اکوسیستمهای معدنی، تعریف رویکردهای پایدار و کاهش ردپای زیستمحیطی معدناند. کلاندادههای حاصل از این روشها به منابع ارزش جدیدی در صنعت معدنکاری بدل شدهاند و مسیر را برای ورود استارتآپهای چابک و فناور به این صنعت گشودهاند.
در ایران استفاده از پهبادهای صنعتی در حال گسترش است، اما استفاده از ماهوارههای صنعتی برای اهداف صنعتی مانند اکتشاف معدنی همچنان محدود است. با این حال، معادن ایرانی برای حفظ مزیتهای رقابتی خود مجبور به سرمایهگذاری در این شیوههای اکتشافی مبتنی بر فناوری و ارتباط با ارائه دهندگان آنها هستند.
سوالات متداول
تصاویر ماهوارهای چگونه میتوانند صنعت معدن را متحول سازند؟
تصاویر ماهوارهای برای همیشه آگاهی ما از محیط اطراف و بررسی مستمر زمین را متحول کردهاند. در صنعت معدن، کاربرد تحولآفرین فناوریهای مرتبط با تصاویر ماهوارهای شامل ۵ مورد زیرند:
- اکتشاف ذخایر معدنی جدید در هر منطقه جغرافیایی، بخصوص در انواع صعبالعبور با امکان کمتر در برداشتهای حضوری.
- نقشهبرداری از سایتهای معدنی و سناریوسازی برای عملیات مختلف معدنکاری.
- نظارت مستمر بر وضعیت زیستمحیطی مناطق معدنی و احیاء بهینهتر معادن پس از پایان عملیات معدنکاری.
- رصد دائم وضعیت امنیتی سایتهای معدنی و واکنش بهموقع به ضرورتهای امنیتی
- پیشبینی روند تولید و امکان برآورده کردن نیاز بازار
LiDAR چیست؟
LiDAR یک رویکرد مبتنی بر استفاده از تحلیل بازتابش نور ساطعشده از لیزر برای تشخیص مواد تشکیلدهند سطوح زمین و ایجاد نقشههای سهبعدی است. از این روش هم در تشخیص مواد معدنی و هم در شبیهسازی سایتهای معدنی استفاده زیادی میشود.
دیجیتالی سازی یا دیجیتالیشدن چیست؟
منظور از دیجیتالی سازی یا Digitalization استفاده از فناوریهای مختلف در فعالیتهای صنعتی و غیرصنعتی برای تولید دادههای مرتبط با عملیات مختلف، هوشمندسازی آنها و افزایش بهرهوری است. به ویژه، اینترنت اشیاء و الگوریتمهای یادگیری ماشین و هوش مصنوعی نقش بارزی در دیجیتالی سازی صنایع ایفا میکنند.
چند ماهواره در مدار زمین وجود دارند؟
بر اساس گزارش Orbiting Now در حال حاضر در حدود ۹۹۰۰ ماهواره فعال در مدار زمین وجود دارد. شرکت SpaceX ایلان ماسک بیشترین تعداد ماهوارههای صنعتی را در اختیار دارد. تعداد ماهوارههای این شرکت نزدیک به ۱۶۵۵ ماهواره فعال در مدار زمین است.
آیا ایران ماهوارهای در مدار زمین دارد؟
در حال حاضر ۳ ماهواره فعال ایران در مدار قرار دارند. سه ماهواره Mehda، Kayhan 2 و Hatef 1 در اوایل سال ۲۰۲۴ میلادی با موفقیت در مدار زمین قرار گرفتند. با این حال، همه این ماهوارهها دولتی هستند و هنوز هیچ شرکت ایرانی برای مصارف صنعتی ماهوارهای را در مدار زمین قرار نداده است.
