DroneSOM – Schnellere Mineralexploration bei weniger Umweltauswirkungen zu geringeren Kosten

Das DroneSOM-Projekt wurde 2022 ins Leben gerufen und wird mit Mitteln von EIT Raw Materials kofinanziert. Es wird vom Geologischen Dienst Finnlands (GTK) in Zusammenarbeit mit RADAI Oy, der Technischen Universität Dänemarks (DTU) und Beak Consultants GmbH geleitet. Das Projekt hat zum Ziel, mehrere innovative Produkte zu entwickeln, um der wachsenden Nachfrage nach Batteriemineralien gerecht zu werden. Die Drohnengeophysik bietet kostengünstige, präzise und sichere Explorationslösungen.

Das DroneSOM-Projekt hat innovative Technologien für geophysikalische Messungen und Dateninterpretationen entwickelt. Es umfasst zwei drohnenbasierte Systeme: eines für elektromagnetische Messungen und das weltweit erste funktionstüchtige drohnengestützte Schweremesssystem. Das Projekt beinhaltet den elektromagnetischen Sensor von RADAI und einen hochpräzisen Inertialsensor von DTU für Schweremessungen. DroneSOM bietet integrierte Softwaretools zur Analyse der Drohnendaten. Die 3D-Inversionssoftware von GTK erstellt 3-dimensionale Modelle des Untergrundes, „GisSOM“ kombiniert flächenhafte geophysikalische Daten, um Muster von Mineralvorkommen aufzudecken, und Beaks „advangeo® 3D Prediction“-Software integriert volumetrische Untergrunddaten.

Drohnen

Radai Ltd entwickelte ein elektromagnetische Messsystem namens Louhi, bestehend aus einer leichten drohnengestützten Empfangseinheit und einer stationären Sendespule. Die Drohne schleppt die Empfangseinheit, und eine große Sendespule wird am Boden platziert. Die Sendeeinheit erzeugt ein elektromagnetisches Primärfeld (Frequenzbereich), und die Empfangseinheit (Dreikomponentensystem) misst die Summe der Primären und Sekundären elektromagnetischen Felder. Variationen in der Amplitude und Phase der gemessenen Feldkomponenten weisen auf Anomalien der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens und Gesteins hin. Darüber hinaus wird eine eindimensionale Inversion schnelle Widerstandskarten liefern.

Die jüngsten Fortschritte bei der Schweremessung durch Drohnen haben erhebliche Möglichkeiten eröffnet, obwohl die Flugvorschriften vorschreiben, dass Drohnen eine Flügelspannweite von weniger als 3 Metern und ein Gesamtgewicht von höchstens 25 Kilogramm haben müssen. DTU Space hat zwei Arten von Drohnen entwickelt: eine Starrflügler-Drohne, die für iMAR-Sensoren mit einer Nutzlast von 8 kg geeignet ist, und einen Quadcopter, der mit Problemen wie einem Stromausfall und einem Motorschaden zu kämpfen hatte. Obwohl die Konfiguration des Quadcopters nahezu optimal ist, ist er noch nicht marktreif.

Radai drone flying

Radai’s Louhi elektromagnetischer Drohne

DTU’s Drohnen-Gravitations-Quadcopter

Software

GTK entwickelte eine 3D-Inversionssoftware im Frequenzbereich für die Analyse der Drohnendaten. Fortschritte bei der Entwicklung der 3D-Inversion wurden durch die Nutzung der Finiten-Elemente-Methode, Dual-Octree-Gittern und MPI-Parallelisierung erreicht. Zukünftige Entwicklungen umfassen die Entwicklung eines iterativen Lösers, die Implementierung von GPU-Computing und die Verbesserung der nichtlinearen Inversionsmethoden. Die Inversion hat erfolgreich reale bodengestützte Daten verarbeitet, mit Plänen, sie in den kommenden Monaten auf Drohnendaten anzuwenden.

Die „GisSOM“-Software von GTK integriert 2D-geospatial Daten unter Verwendung von selbstorganisierenden Karten (SOM) und k-Means-Clustering, um den Nutzern zu helfen, Datenstrukturen zu verstehen, Cluster zu identifizieren und Ergebnisse im Zusammenhang mit Mineralvorkommen zu visualisieren.

Die Software „advangeo® 3D Prediction“ der Beak Consultants GmbH kombiniert verschiedene 3D-Datenquellen, um neue Explorationsziele mit hohem Mineralienpotenzial im Untergrund zu identifizieren. Die Software unterstützt nun das Clustering von 3D-Daten mittels selbstorganisierender Karten (SOM). Die überwachte prädiktive Kartierung in 3D wurde bereits zuvor mit Hilfe von künstlichen neuronalen Netzen (ANN) in die Software implementiert. Die Software bietet einen vollständigen Arbeitsablauf für die prädiktive Modellierung und umfasst eine Datenbank zur Verfolgung von Modellläufen. Die Software ist kommerziell verfügbar und wird ständig weiterentwickelt. Geologische 3D-Modelle können aus GOCAD oder jeder anderen gängigen 3D-Modellierungssoftware wie Voxets in die Software importiert werden.

Das Bild zeigt die Klassifikation des Forschungsgebiets auf einer geografischen Karte und einer SOM-Karte unter Verwendung der GisSOM-Software.

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Das Projekt konzentriert sich nicht nur auf hochmoderne Messungen. Es umfasst auch die Interpretationsphase, um den Prozess der Inversion und Erstellung von Modellen basierend auf Drohnendaten zu automatisieren, unter Verwendung von maschinellem Lernen und selbstorganisierenden Karten. Diese Lösungen kommen einem breiten Spektrum von Unternehmen zugute, von jungen Unternehmen bis hin zu großen Branchenakteuren. Die Methoden des DroneSOM-Projekts sind entscheidend für die Entdeckung neuer Ressourcen und die Identifizierung neuer Untersuchungsgebiete, die für die Zukunft benötigt werden.

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