【技术实现步骤摘要】
一种井下综采工作面三维场景快速构建方法
本专利技术涉及一种井下三维场景快速构建方法,尤其是一种适用于煤矿无人化开采
的井下综采工作面三维场景快速构建方法。
技术介绍
煤矿无人化开采是国际煤炭开采领域共同追求的前沿技术,是减少人员伤亡、保障安全生产的重要手段也是我国煤矿实现安全、高效、绿色开采的有效途径。要想实现真正的无人化开采,综采工作面场景和设备状态的感知是实现智能决策、控制的先决条件,目前,综采工作面主要采用架设视频监控系统来实现对综采工作面生产关键信息的基本感知。然而,目前的综采工作面监控主要存在以下缺点:(1)综采工作面环境属于微光甚至无光的环境,需要人工照明,加上水、雾等因素的影响,导致视频监控很难获得清晰的图像;(2)仅凭视频监控获取的图像信息无法准确判断综采设备的运行状况;(3)现有的综采工作面视频监控解决方案是在整个工作面布置足够多的摄像仪,投资大、成本高、尤其维护工作量巨大。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是要克服现有技术中的不足之处,提出一种方法简单、能减少人员伤亡、高安开采的井下综采工作面三维场景快速构建方法。技术方案:本专利技术的一种井下综采工作面三维场景快速构建方法,其特征在于:利用激光扫描数据、惯性测量数据、里程计数据,快速构建综采工作面三维场景,具体步骤如下:a.在刮板输送机槽帮外侧的轨道支撑架上安装柔性轨道,然后在柔性轨道顶部安装移动云台,并在移动云台上设置激光雷达成像系,所述的激光雷达成像系统包括激光雷达、惯性测量单元(IMU)、里程计和控制模块;b.通过控制模块向移动云台发出行走指令后,激光雷达开始快速扫描综 ...
【技术保护点】
1.一种井下综采工作面三维场景快速构建方法,其特征在于:利用激光扫描数据、惯性测量数据、里程计数据,快速构建综采工作面三维场景,具体步骤如下:a.在刮板输送机(2)槽帮外侧的轨道支撑架上安装柔性轨道(4),然后在柔性轨道(4)顶部安装移动云台(5),并在移动云台(5)上设置激光雷达成像系(6),所述的激光雷达成像系统(6)包括激光雷达、惯性测量单元(IMU)、里程计和控制模块;b.通过控制模块向移动云台(5)发出行走指令后,激光雷达开始快速扫描综采工作面三维场景信息,IMU实时获取移动云台(5)的三维姿态,里程计测量移动云台(5)行走距离;c.将IMU测量数据、里程计测量数据与激光雷达实时获取的综采工作面三维场景信息进行融合,获得综采工作面激光扫描三维点云矢量数据;d.对三维点云矢量数据进行点云去噪、点云纠正和点云分割处理;e.分析处理综采工作面激光扫描三维点云矢量数据,并生成综采工作面三维点云矢量数据的不规则三角网,并对综采工作面不规则三角网进行样条曲线插值处理;f.在生成的综采工作面不规则三角网中分别提取采煤机(1)、刮板输送机(2)和液压支架(3)的轮廓特征,对提取的轮廓特征进行 ...
【技术特征摘要】
1.一种井下综采工作面三维场景快速构建方法,其特征在于:利用激光扫描数据、惯性测量数据、里程计数据,快速构建综采工作面三维场景,具体步骤如下:a.在刮板输送机(2)槽帮外侧的轨道支撑架上安装柔性轨道(4),然后在柔性轨道(4)顶部安装移动云台(5),并在移动云台(5)上设置激光雷达成像系(6),所述的激光雷达成像系统(6)包括激光雷达、惯性测量单元(IMU)、里程计和控制模块;b.通过控制模块向移动云台(5)发出行走指令后,激光雷达开始快速扫描综采工作面三维场景信息,IMU实时获取移动云台(5)的三维姿态,里程计测量移动云台(5)行走距离;c.将IMU测量数据、里程计测量数据与激光雷达实时获取的综采工作面三维场景信息进行融合,获得综采工作面激光扫描三维点云矢量数据;d.对三维点云矢量数据进行点云去噪、点云纠正和点云分割处理;e.分析处理综采工作面激光扫描三维点云矢量数据,并生成综采工作面三维点云矢量数据的不规则三角网,并对综采工作面不规则三角网进行样条曲线插值处理;f.在生成的综采工作面不规则三角网中分别提取采煤机(1)、刮板输送机(2)和液压支架(3)的轮廓特征,对提取的轮廓特征进行分离,从而快速构建出综采工作面三维场景模型。2.根据权利要求1中所述的井下综采工作面三维场景快速构建方法,其特征在于:所述步骤c中,将惯性测量单元、里程计与激光雷达实时获取的数据进行融合的方法为:首先把激光雷达、IMU和里程计获取的数据融合到移动云台(5)W坐标系下,其中激光雷达获取的数据融合到坐标系的形式如下:式中,和是激光雷达坐标系L的原点轴到W坐标系下的原点平移参数,是L坐标系与W坐标系之间的旋转矩阵,其中:式中:α,β,γ是L坐标系与W坐标系三个坐标轴X,Y,Z之间的旋转角;IMU和里程计获取的数据均采用经典的七参数布尔莎模型融合到移动云台(5)W坐标系下;融合后的误差方程可表示为:式中:XΩ,YΩ,ZΩ是激光雷达、IMU和里程计获取数据融合后的坐标,是融合后的坐标平均值,δ是融合后的误差向量;最后根据最小二乘原理:δT×δ=min,解算出坐标和姿态的六个误差参数Δα,Δβ,Δγ,从而获得具有准确坐标和姿态信息的综采工作面激光扫描三维点云矢量数据。3.根据权利要求1中所述的一种井下综采工作面三维场景快速构建方法,其特征在于:所述步骤d中的点云纠正采用基于迭代最近点算法,包括如下步骤:1)选取第一次激光雷达扫描获得的三维点云矢量数据作为参考点集中的控制点集P={p1,p2,p3,…,pn},与其对应的待纠正点集为采集点Q={q1,q2,q3,…,qn};2)计算点集P和Q对应...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘万里,葛世荣,王世博,伊世学,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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