基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统及放煤控制方法技术方案

本公开公开的基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统及放煤控制方法，包括：煤矸识别仪，用于获取煤矸混合物的矸石总含量；激光雷达，用于获取包含煤尘和煤矸混合物的点云数据；单位体积矸石含量测量模块，用于对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行数据预处理，获得预处理后数据，从预处理后数据中提取煤矸混合物点云数据，根据煤矸混合物点云数据计算煤矸混合物体积，根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中矸石总含量，获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。根据煤矸混合物中单位体积矸石含量对放煤过程进行控制，实现了对放煤过程的准确控制。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统及放煤控制方法
本公开涉及煤矸混合物中矸石含量测量
，尤其涉及基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统及放煤控制方法。
技术介绍
国内外越来越多的煤矿工作面实现了一定程度的矿井工作面综采自动化。煤矿行业的研究人员的终极目标是实现工作面的无人化开采,即在煤矿开采过程中实现工作面区域的无人化。由于煤矿开采工作的环境较为复杂,要实现无人化开采有许多难题需要攻克,放顶煤开采中放煤过程煤岩识别就是其中的一项。作为放顶煤无人化开采的一项关键技术,放顶煤过程的煤岩识别问题虽有国内外许多专家和学者在不断研究,却一直没有较成熟的解决方案能够应用于实际开采中。放顶煤过程的煤岩识别也成为无人化工作面的一个技术瓶颈。近年来，提出了基于自然伽玛射线方法对放顶煤过程中的含矸量进行测量的方法，由于放煤过程中煤流量变化很大，所以该方法仅能测量到放煤过程中总的含矸量，而不能测量到单位体积煤炭中的含矸量，因此，不能准确判断到放煤过程中煤炭的落放程度，从而造成过放或欠放状态，而导致煤炭资源大量浪费或煤炭质量大幅下降。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统及放煤控制方法，以煤矸混合物中单位体积矸石含量对放煤过程进行控制，实现了对放煤口的自动及时关闭。为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：第一方面，提出了基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，包括：煤矸识别仪，用于获取煤矸混合物中矸石总含量；激光雷达，用于获取包含煤尘和煤矸混合物的点云数据；单位体积矸石含量测量模块，用于对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行数据预处理，获得预处理后数据，从预处理后数据中提取煤矸混合物点云数据，根据煤矸混合物点云数据计算煤矸混合物体积，根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中矸石总含量，获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。第二方面，提出了基于激光雷达的放顶煤放煤控制方法，包括：放煤过程中，获取煤矸混合物中的矸石总含量；通过激光雷达采集包含煤尘和煤矸混合物的点云数据；对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行数据预处理，获得预处理后数据；利用PointNet神经网络从预处理后数据中提取出煤矸混合物点云数据；根据煤矸混合物点云数据计算煤矸混合物体积；根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中的矸石总含量，获得煤矸混合物中单位体积矸石含量；当煤矸混合物中单位体积矸石含量高于设定阈值时，放煤口关闭，停止放煤。与现有技术相比，本公开的有益效果为：1、本公开通过煤矸混合物中单位体积矸石含量对放煤过程进行控制，当单位体积矸石含量达到设定阈值时，及时关闭放煤口，防止煤炭开采过程中过放或欠放的问题，实现了对放煤过程的准确的自动化控制。2、本公开通过激光雷达获取包含煤尘和煤矸混合物的点云数据，随后利用神经网络对点云数据进行分割，获取更清晰的煤矸混合物点云数据，进而计算出煤矸混合物体积。通过煤矸识别仪获取了煤矸混合物的矸石总含量，通过煤矸混合物的矸石总含量和煤矸混合物体积，获取煤矸混合物中单位体积矸石含量，进而能够对放煤过程进行准确控制。附图说明图1为本公开实施例1公开系统结构示意图；图2为本公开实施例1公开系统中探头和激光雷达的安装位置；图3为本公开实施例1公开系统中煤矸混合物体积计算过程；图4为本公开实施例1公开系统中采用的PointNet神经网络轻量架构图；图5为本公开实施例1公开系统中采用的PointNet神经网络结构图。具体实施方式：实施例1为了实现对放煤过程的准确控制，在该实施例中，公开了基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，该系统包括数据采集模块与单位体积矸石含量测量模块；数据采集模块包括煤矸识别仪和激光雷达；煤矸识别仪，用于获取煤矸混合物的矸石总含量；激光雷达，用于获取包含煤尘和煤矸混合物的点云数据，由于激光雷达工作环境较为恶劣，空气中会漂浮大量煤尘，因此采集到的点云数据不仅仅是煤矸混合物的点云数据，还包含着大量的煤尘点云数据；单位体积矸石含量测量模块，单位体积矸石含量测量模块，用于对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行数据预处理，获得预处理后数据，从预处理后数据中提取煤矸混合物点云数据，根据煤矸混合物点云数据计算煤矸混合物体积，根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中矸石总含量，获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。进一步的，单位体积矸石含量测量模块包括数据处理模块、特征提取模块、网格划分模块、体积计算模块和中央控制模块；数据处理模块，用于将激光雷达扫描得到的包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行预处理，获得预处理后数据，去除掉由于机器振动等产生的少量噪声点，并对点云数据进行插值，使点云数据更稠密；特征提取模块，用于从预处理后数据中提取出煤矸混合物点云数据；网格划分模块，用于对煤矸混合物点云数据进行网格划分，为体积计算做准备；体积计算模块，用于对划分好网格的点云数据进行计算获得煤矸混合物的体积；中央控制模块，用于根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中的矸石总含量，计算获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。进一步的，煤矸识别仪探头和激光雷达均安装于放顶煤液压支架尾梁位置处。进一步的，数据处理模块对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行预处理，获得预处理后数据的过程包括：对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行滤波处理，获得滤波后数据；对滤波后数据进行空间插值处理，获得预处理后数据。进一步的，特征提取模块通过PointNet神经网络从预处理后数据中提取煤矸混合物点云数据。进一步的，网格划分模块对煤矸混合物点云数据进行三角网格划分，为体积计算做准备。进一步的，体积计算模块采用积分法对划分好网格的点云数据进行体积计算，获得煤矸混合物体积。进一步的，中央控制模块还用于对煤矸混合物的矸石总含量、煤矸混合物体积和煤矸混合物中单位体积矸石含量进行显示。结合图1-5对本实施例公开的一种基于激光雷达的放顶煤液压支架放煤控制系统进行详细说明。如图1所示，一种基于激光雷达的放顶煤液压支架放煤控制系统，包括数据采集模块和单位体积矸石含量测量模块。数据采集模块包括激光雷达和煤矸识别仪，通过煤矸识别仪获取放煤过程中煤矸混合物中的矸石总含量，通过激光雷达获取放煤过程中包含煤尘和煤矸混合物的点云数据。煤矸识别仪包括煤矸识别仪主机和煤矸识别仪探头，通过煤矸识别仪探头感测煤矸混合物中自然γ射线，通过煤矸识别仪主机获取煤矸混合物中的矸石总含量。激光雷达利用多束激光单点测距，实时扫描测量煤矸混合物表面离散点的距离并形成一组以扫描仪扫描中心为原点的散煤表面的三维空间点云数据。激光雷达Lidar(LightDetectionAndRanging)是一种主动式的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，其特征在于，包括：/n煤矸识别仪，用于获取煤矸混合物的矸石总含量；/n激光雷达，用于获取包含煤尘和煤矸混合物的点云数据；/n单位体积矸石含量测量模块，用于对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行数据预处理，获得预处理后数据，从预处理后数据中提取煤矸混合物点云数据，根据煤矸混合物点云数据计算煤矸混合物体积，根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中矸石总含量，获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。/n

【技术特征摘要】
1.基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，其特征在于，包括：
煤矸识别仪，用于获取煤矸混合物的矸石总含量；
激光雷达，用于获取包含煤尘和煤矸混合物的点云数据；
单位体积矸石含量测量模块，用于对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行数据预处理，获得预处理后数据，从预处理后数据中提取煤矸混合物点云数据，根据煤矸混合物点云数据计算煤矸混合物体积，根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中矸石总含量，获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。


2.如权利要求1所述的基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，其特征在于，单位体积矸石含量测量模块包括数据处理模块、特征提取模块、网格划分模块、体积计算模块和中央控制模块；
数据处理模块，用于对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行预处理，获得预处理后数据；
特征提取模块，用于从预处理后数据中提取出煤矸混合物点云数据；
网格划分模块，用于对煤矸混合物点云数据进行网格划分；
体积计算模块，用于对划分好网格的点云数据进行计算获得煤矸混合物的体积；
中央控制模块，用于根据煤矸混合物体积和煤矸混合物中的矸石总含量，计算获得煤矸混合物中单位体积矸石含量。


3.如权利要求1所述的基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，其特征在于，煤矸识别仪探头和激光雷达均安装于放顶煤液压支架尾梁位置处。


4.如权利要求2所述的基于激光雷达的放顶煤放煤量测量系统，其特征在于，数据处理模块对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行预处理，获得预处理后数据的过程包括：
对包含煤尘和煤矸混合物的点云数据进行滤波处理，获得滤波后数据；
对滤波后数据进行空间插值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增才，王文睿，
申请(专利权)人：济南玛恩机械电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37