Tagebau 3D-Monitoring Bagger

Realtime 3D-Visualisierung von Tagebau-Baggern

Bei der RWE Power AG wird in allen Tagebauen im Regelbetrieb eine GeoCAD-Anwendung eingesetzt, die dem Ausleger-Fahrer eines Schaufelradbaggers die Bewegung der Maschine im Gelände anzeigt.

Das im Fahrerhaus installierte System auf Grundlage eines IPC mit 15″-Touchscreen stellt ein vereinfachtes 3D-Modell des Baggers parallel in einem Lageplan und einem 3D-Geländemodell dar.

Dieses System wird derzeit erweitert auf ein Gesamtsystem, das alle Tagebausysteme, Bagger, Bänder und Absetzer in einem 2D- und 3D-Modell erfaßt und unternehmensweit dieses Quasi-Echtzeitmodell der Mine verfügbar macht.

Auf dem Schaufelrad-Ausleger befindet sich ein System zur Messung von Position und Orientierung aus 2 GPS-Antennen mit Doppel-Empfänger und einem Neigungssensor oder alternativ mit 3 GPS-Antennen und -Empfängern.

Mittels einiger einmalig bestimmten Maschinen-Aufmessungen wird die

Kinematik des Baggers nachvollzogen und der echte Schaufelrad-Körper im

Gelände verfolgt.

Der Fahrer kann die Bildschirmdarstellungen von Planzeichnung und 3D-Modell, je nach Bedarf, aus fixen und frei speicherbaren Perspektiven wählen.

Visualisierung und Lageplan:

er 3D-Viewer ermöglicht beliebige Bewegungen in Echtzeit im dreidimensionalen Raum während der Fahrt. Dabei werden im 3D-Viewer animiert folgende Daten angezeigt: das digitale Geländemodell, der Bagger mit allen relevanten Gelenken und dem Schaufelrad, Hindernisse sowie die Abstände des Schaufelrads zum Gelände, Hindernissen und Bandstraßen. Gespeicherte Perspektiven können jederzeit aufgerufen werden.

Im Lageplan können beliebige CAD-Lagepläne im DWG-, DXF-, SHP- oder DGN-Format hinterlegt sowie ein- und ausgeblendet werden. Es ist möglich, mehrere digitale Geländemodelle gleichzeitig ein- und auszublenden, sowohl Soll- als auch Ist-Modelle. Die Höhendifferenzen zwischen Soll- und Ist-Modell können nach einer einstellbaren Skala eingefärbt werden, um die Dokumentation des Erreichten zu verbessern.

Anzeige von Abständen

Das auf dem IPC arbeitende GeoCAD berechnet fortlaufend die Abstände zwischen dem Schaufelrad und mehreren Gelände-Elementen. Diese Elemente umfassen Ist- und Soll-Oberflächen für den Abbau, einschließlich Planum, Böschungen und Fahrrampen, Hindernisse wie Entwässerungsbrunnen sowie Linienzüge wie aktuelle oder geplante Bandstraßen und Böschungskanten. Die Abstandsrechnungen werden vollständig räumlich ausgeführt und liefern die tatsächlichen Distanzen zwischen den nächstliegenden Punkten auf dem Schaufelrad und dem Gelände, ohne vereinfachende Annahmen.

Die Abstände zum Sollgelände und zum nächsten Hindernis werden in Komponenten zerlegt, die der Fahrer steuern kann (V, Z, L, R, Auf, Ab), sodass er die verbleibenden Strecken in jeder Bewegungsrichtung erkennt. Unterschreitet das Schaufelrad einen vorgegebenen Mindestabstand, signalisiert das Programm dies durch Farbänderung und zusätzliche Einblendung im 3D-Modell. Solange die Oberfläche vom Schaufelrad geschnitten wird, zeigt das Programm die Distanz zwischen dessen tiefstem Punkt und der Oberfläche an. Zudem wird die Höhe des tiefsten Punktes am Rad über NN ständig angezeigt.

Bewegt sich die Maschine auf ein Hindernis zu und unterschreitet dabei einen Mindestabstand, wird eine weitere Distanzanzeige aktiviert. Beim kontrollierten Überfahren und Abbaggern von Brunnen oder anderen Hindernissen führt das Programm diese graphisch fort und speichert jeweils den neuen Zustand. Bezüglich Bandstraßen oder Geländekanten berechnet das Programm die Distanz vom Schaufelrad zum definierenden Linienzug und den Stationswert der darauf gefundenen Lotpunkte.

Ansicht des Fahrermonitors:

Neben der Abstandsabzeige und der 3D-Animation des Baggers bietet der Fahrerbildschirm folgende Möglichkeiten: Ein- und Ausblenden der GPS-Informationen, Ein- und Ausschalten von Beleuchtung sowie das Hinzufügen von Lampen, da die animierte 3D-Echtzeitdarstellung für die Ausleuchtung der Ansicht sorgen muss. Weiterhin kann das abgebaute Volumen nach Materialien getrennt und auch für verschiedene Schichten in Echtzeit berechnet werden. Die Stationierung und der Abstand zur Bandstraße werden ebenfalls angezeigt. Zudem stehen alle Zoom- und Pan-Funktionen zur Verfügung, auch während des laufenden Betriebes.

Einrechnung von FahrrampenFür einen anstehenden Sohlenwechsel kann der Baggerfahrer mit GeoCAD eigenständig eine von der Tagebau-Planungsabteilung vorgegebene Fahrrampe ins Soll-Gelände einrechnen lassen.
Hierzu genügt es, zwei Punkte aus der Planzeichnung im realen Gelände anzufahren, diese durch Positionieren des Schaufelrades abzustecken und eine Soll-Neigung auszuwählen.
Das Programm berechnet dann den Übergang von einem Geländemodell zu einem zweiten angewählten und fügt beide mit dem für die Rampe berechneten Modell zu einem neuen Soll-Gelände zusammen, zu dem wieder relativ gebaggert werden kann.
Technischer Ablauf bei Fahrstand links u. rechtsDie Installation auf dem Bagger umfaßt 2 IPCs, die über eine Netzwerk-Verbindung auf eine gemeinsame DB zugreifen und "in realtime" Daten austauschen (Option!). Somit stellt sich z.B. der eine PC dem anderen als GPS-Empfänger dar und sendet ihm NMEA-Nachrichten; d.h. der reale GPS-Empfänger muss nur an einen der beiden PCs angeschlossen werden. Unter den Anzeigen für den Baggerfahrer findet sich auch eine zur
Signalisierung der GPS-Positionsqualität. Diese wird ständig überwacht.
Desweiteren ist es möglich Beladewagen ebenfalls mit einem GPS-System auszustatten.
Zentraler Leitstand für mehrere BaggerÜber die Installation einer Leitstandsoftware ist es möglich alle Bagger eines Tagebau von einer zentralen Stelle aus zu überwachen. Sämtliche Bagger werden “in realtime” am Leitstand angezeigt. Die Position und die aktuellen Fördervolumina können komfortabel überwacht werden. Die “Sicht” der einzelnen Bagger kann auf die Leitstandsoftware übertragen werden. Damit kann auch das Gesamtvolumen im Leitstand, getrennt nach Material, als Gesamtübersicht erfaßt werden.
02641/900520
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