煤矿掘进巷道的偏离检测方法技术

本发明专利技术涉及一种煤矿掘进巷道的偏离检测方法，属于煤矿智能化技术领域

【技术实现步骤摘要】
煤矿掘进巷道的偏离检测方法


[0001]本专利技术涉及煤矿智能化
，尤其涉及一种煤矿掘进巷道的偏离检测方法
。

技术介绍

[0002]煤矿巷道掘进作业中需要定期对掘进巷道进行偏离检测，即测量掘出的巷道与理想的巷道之间的差距
。
在传统煤矿掘进工作面中，对于巷道掘进偏离的检测往往依靠井下作业人员手动操作进行，这与极力推行少人化和无人化的煤矿智能化发展相违背，也存在一定的安全隐患
。
三维激光扫描技术以激光点云为载体，得到的三维数据能直观显示几何和空间信息，被广泛应用在自动驾驶
、
机器人定位以及地理测绘上，但是由于煤矿掘进场景的特殊性，已有的应用方法难以直接套用，而是需要根据煤矿掘进场景进行特殊的设计改进
。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种煤矿掘进巷道的偏离检测方法
。
本专利技术的技术方案如下：一种煤矿掘进巷道的偏离检测方法，其包括如下步骤：
S1
，掘进机移动到初始掘进作业位置，在巷道顶板激光指向仪位置的正下方安装固态式激光雷达并使固态式激光雷达的扫描方向与激光指向仪的激光发射方向相同；
S2
，当掘进机在所在位置掘进完机身停止开始进行支护后，开启固态式激光雷达对掘进机所在的方向进行三维激光扫描，得到初始三维点云数据集；
S3
，获取所述初始三维点云数据集，并从所述初始三维点云数据集中筛选出巷道壁面的三维点云数据集；
S4r/>，将巷道壁面的三维点云数据集在两个正交平面上投影为二维投影点云，并通过曲线拟合的方法分别计算两个二维投影点云的中心线方程，根据两个二维投影点云的中心线方程确定巷道壁面点云的中心线方程；
S5
，将巷道壁面点云的中心线方程与激光指向仪的激光指向方向进行比较，得出掘进巷道的偏离尺寸
。
[0004]可选地，所述
S3
在从所述初始三维点云数据集中筛选出巷道壁面的三维点云数据集时，包括如下步骤：
S31
，以固态式激光雷达自身激光发射中心作为原点，以其正前方为
Y
轴
、
正上方为
Z
轴建立空间直角坐标系；
S32
，建立当前掘进机机身停止时刻
t
的初始三维点云数据集，
N+
表示正整数集，
p
t
表示初始三维点云数据集，
p
i
为
p
t
中的任一点，
(x
i
,y
i
,z
i
)
为
p
i
在空间直角坐标系中的坐标，
p
表示
p
t
中的点的数量；
S33
，确定两个条件阈值
Rmax
和
Rmin
，将初始三维点云数据集中距离
Y
轴的直线距
离值
D
ist
大于
Rmax
和小于
Rmin
的点去除，；
S34
，对
S33
处理后的三维点云数据集进行均匀下采样使点数下降到
N
，得到巷道壁面的三维点云数据集
。
[0005]可选地，所述
S4
在将巷道壁面的三维点云数据集在两个正交平面上投影为二维投影点云，并通过曲线拟合的方法分别计算两个二维投影点云的中心线方程时，包括如下步骤：
S41
，使用投影法将巷道壁面的三维点云数据集在空间直角坐标系的
OYX
平面和
OYZ
平面分别进行投影，得到两个二维点云集合
q
tOYX
和
q
tOYZ
；
S42
，提取
q
tOYX
和
q
tOYZ
的全部外轮廓点，再从
q
tOYX
和
q
tOYZ
的全部外轮廓点中提取沿
Y
轴方向的外轮廓点云；
S43
，使用多项式拟合的方法将从
q
tOYX
和
q
tOYZ
提取的沿
Y
轴方向的外轮廓点云分别拟合成
OYX
平面的方程和
OYZ
平面的方程，得到两个二维投影点云的中心线方程
。
[0006]可选地，所述
S4
在根据两个二维投影点云的中心线方程确定巷道壁面点云的中心线方程时，根据
OYX
平面的方程和
OYZ
平面的方程的公共变量，将这两个二维投影点云的中心线方程合并成三维方程，得到巷道壁面点云的中心线方程
。
[0007]可选地，所述
S42
在提取二维点云集合
q
tOYX
和
q
tOYZ
的全部外轮廓点时，包括如下步骤：通过二维点集凹包算法提取二维点云集合
q
tOYX
和
q
tOYZ
的全部外轮廓点
。
[0008]上述所有可选技术方案均可任意组合，本专利技术不对一一组合后的结构进行详细说明
。
[0009]借由上述方案，本专利技术的有益效果如下：通过固态式激光雷达采集掘进机作业区域的初始三维点云数据集，通过点云处理的方法提取出巷道壁面的三维点云数据集，通过二维投影与曲线拟合的方法提取出巷道壁面点云的中心线方程后，将巷道壁面点云的中心线方程与激光指向仪的激光指向方向进行比较得出掘进巷道的偏离尺寸，提供了一种基于固态式激光雷达的煤矿掘进巷道的偏离检测方法，该方法采用自动化
、
非接触式的方法进行掘进巷道的偏离检测，能够在保证较高的检测精度的同时，还能够大大减小对人工的依赖，安全隐患小
。
[0010]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后
。
附图说明
[0011]图1是本专利技术的流程图
。
[0012]图2是本专利技术中掘进机机身
、
激光指向仪和固态式激光雷达的位置关系示意图
。
具体实施方式
[0013]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述
。
以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围
。
[0014]如图1所示，本专利技术提供的煤矿掘进巷道的偏离检测方法，其包括如下步骤：
S1
，掘进机移动到初始掘进作业位置，在巷道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种煤矿掘进巷道的偏离检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，掘进机移动到初始掘进作业位置，在巷道顶板激光指向仪位置的正下方安装固态式激光雷达并使固态式激光雷达的扫描方向与激光指向仪的激光发射方向相同；
S2
，当掘进机在所在位置掘进完机身停止开始进行支护后，开启固态式激光雷达对掘进机所在的方向进行三维激光扫描，得到初始三维点云数据集；
S3
，获取所述初始三维点云数据集，并从所述初始三维点云数据集中筛选出巷道壁面的三维点云数据集；
S4
，将巷道壁面的三维点云数据集在两个正交平面上投影为二维投影点云，并通过曲线拟合的方法分别计算两个二维投影点云的中心线方程，根据两个二维投影点云的中心线方程确定巷道壁面点云的中心线方程；
S5
，将巷道壁面点云的中心线方程与激光指向仪的激光指向方向进行比较，得出掘进巷道的偏离尺寸
。2.
根据权利要求1所述的煤矿掘进巷道的偏离检测方法，其特征在于，所述
S3
在从所述初始三维点云数据集中筛选出巷道壁面的三维点云数据集时，包括如下步骤：
S31
，以固态式激光雷达自身激光发射中心作为原点，以其正前方为
Y
轴
、
正上方为
Z
轴建立空间直角坐标系；
S32
，建立当前掘进机机身停止时刻
t
的初始三维点云数据集，
N+
表示正整数集，
p
t
表示初始三维点云数据集，
p
i
为
p
t
中的任一点，
(x
i
,y
i
,z
i
)
为
p
i
在空间直角坐标系中的坐标，
p
表示
p
t
中的点的数量；
S33
，确定两个条件阈值
Rmax
和
Rmin
，将初始三维点云数据集中距离
Y
轴的直线距离值
D
ist
大于
Rmax
和小于
Rmin
的点去除，；
S34
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伟，胡韧，王浩然，杨彦群，李丽绒，董志勇，付翔，曹文艳，李正龙，
申请(专利权)人：山西焦煤集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：