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Wie ein Algorithmus Bergarbeitern das Leben rettet

Das Blitz-Donner-Prinzip ist eine Kombination aus Funk, Magnetfeldern und Akustik. Es soll künftig Bergarbeitern das Leben retten können. Eine Forschungskoalition, bei der diese Linzer Profis kräftig mitmischen.

Sensorik LCM
Trainingsmine in Recklinghausen: Weil die fehlende Sicht der Maschinenführer auf arbeitende Bergleute viele Unfälle provoziert, setzt die LCM-Methode auf Akustik statt auf Optik und macht sich das „Blitz-Donner-Prinzip“ zunutze.

„Fast ein Viertel aller tödlichen Unfälle in Minen sind auf schlechte Sichtverhältnisse zurückzuführen.“ Der LCM-Geschäftsführer Gerald Schatz weiß um die Bedeutung dieses Entwicklungsprojektes. Um die Gefahr von Kollisionen von Minenarbeitern mit schwerem Gerät zu minimieren, arbeiten Unternehmen aus Deutschland, Tschechien und Österreich in einer EU-geförderten Forschungskoalition zusammen. Ziel ist es, die „Sichtbarkeit“ der Bergleute durch die Kombination dreier Technologien – Funk, magnetische Felder und akustische Signale – zu verbessern und bei Gefahr einen Notstopp auszulösen. „Da hier unterschiedliche physikalische Messprinzipien erhöht sich die  Zuverlässigkeit des Gesamtsystems enorm“, erklärt Clemens Hesch, Senior Researcher bei LCM.
 
Das Blitz-Donner-Prinzip.
 
Weil die fehlende Sicht der Maschinenführer auf arbeitende Bergleute viele Unfälle provoziert, setzt die LCM-Methode auf Akustik statt auf Optik und macht sich das „Blitz-Donner-Prinzip“ zunutze. „Genauso wie sich die Entfernung eines Gewitters durch den zeitlichen Abstand zwischen Blitz und Donner bestimmen lässt, kann man die Position von Gegenständen aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Funk und Schall errechnen“, präzisiert Hesch. Im konkreten Fall sind das Radiowellen, die sich mit 300.000 km/s ausbreiten, und ein Pfeifton, der sich mit lediglich 340 m/s bewegt. „Aus den unterschiedlichen Laufzeiten können wir die Position von Gegenständen berechnen, die diese Radio- und Schallwellen empfangen“, sagt Hesch.
 
Ortungssystem mit Lautsprecher und Mikrofon.
 
So setzen schwere Maschinen wie Seitenkipplader über mehrere Lautsprecher akustische Signale ab. Diese Signale werden von jenen Mikrofonen empfangen, die auf den Helmen der Bergleute sitzen. „Indem wir den Empfangszeitpunkt der Radiosignale und Pfeiftöne aus den unterschiedlichen Lautsprechern exakt bestimmen, können wir die Position der Menschen errechnen“, konkretisiert Hesch. Schnell wurde allerdings klar, dass bewegliche Objekte mit gängigen mathematischen Verfahren nicht zuverlässig geortet werden können. „Wir mussten also spezielle Signalverarbeitungsalgorithmen für bewegliche Sender und Empfänger sowie für die schwierigen Bedingungen unter Tage entwickeln.“ Konkret sind das die Mehrwegausbreitung – also das Echo – in Minen sowie die gewaltigen Umgebungsgeräusche. „Es ist uns gelungen, dass sich die Lautstärke des akustischen Signals automatisch an den Arbeitslärm anpasst ohne diesen zu übersteigen“, präzisiert Hesch.
 
Test im Bergwerk von RAG.

Das System arbeitet bereits mit verblüffender Präzision. „Die Tests im Trainingsbergwerk Recklinghausen unseres Projektpartners RAG haben unsere Laborergebnisse bestätigt. Wir können die Position von Bergleuten auch in Realbedingungen unter Tage im Normalfall auf zwei Zentimeter genau bestimmen“, erklärt Clemens Hesch. Das ist umso beachtlicher als in engen Grubenschächten mit hohem Eisengehalt denkbar ungünstige Bedingungen für das System herrschen. „Obwohl das Projekt erst im Sommer 2015 endet, haben wir unsere Entwicklungsarbeiten praktisch abgeschlossen und sind auf die abschließenden Tests bestens vorbereitet“, freut sich LCM-Geschäftsführer Gerald Schatz.  

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