【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及巷道智能化监测领域，具体涉及一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置及方法。
技术介绍
1、煤炭是基础能源，为提高煤矿生产效率、同时做到安全绿色智能开采，人工智能技术被广泛应用于煤矿建设之中，以实现自动化、无人化、智能化开采。巷道围岩的智能化监测是煤矿智能化的重要一环。工作面在掘进过程中，会对巷道围岩的稳态围岩态势产生扰动，破坏围岩内部的稳定结构，导致围岩发生变形，会出现冒顶、底鼓、帮部变形等煤矿灾害，严重影响煤矿的安全生产。通过对巷道围岩变形量进行监测，能够把握巷道围岩的变化状态，根据巷道围岩的破坏程度及时做出预警，并可以为巷道支护提供数据支撑，实现巷道作业的安全高效运行，为工作面的智能高效掘进提供安全的生产环境。
2、目前煤矿中常用的传统巷道监测技术有交叉测量法、收敛仪测量法和巴塞特收敛测量法等，这些方法通常需要人工操作仪器对巷道围岩的收敛量进行测量，测量精度低、数据采集频率低且存在人为因素干扰，难以获取持续时间内的大量变形数据；此外，还有一些自动化程度较高的监测方法，如三维激光扫描建模、光纤传感技术、近景摄影测量法等，这些方法在实际应用中也存在一些不足，三维激光扫描技术常采用多线激光扫描器，其获取的数据量大，难以快速处理，且误差较大，同时在使用的过程中需要人工操作，难以短时间内完成长距离巷道围岩的扫描；光纤传感技术需要布设大量光纤，安装过程复杂，需要专业技术人员调试，成本较高且容易出现漏检，且长距离传输会受到环境的影响；近景摄影测量法需要在巷道中架设摄像机，因此对于光照条件要求较高，受环境影响较大，
3、可以看出，实际工况中，巷道围岩具有环境复杂、光源较少、持续破坏的特点，现有的煤矿巷道围岩变形监测技术在实际工况中存在测量精度低、信息滞后、采集频率较低以及难以实时精确的获取到围岩的变形量。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置及方法，以解决现有的煤矿巷道围岩变形监测技术在实际工况中存在测量精度低、难以实时高效获取到围岩的变形量的问题。
2、本专利技术的一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置及方法采用如下技术方案：
3、一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置,包括；承载台和设置在承载台上的激光传感器模块、摄像头、补光灯、控制模块和电源；
4、所述激光传感器模块包括激光传感器、固定在激光传感器底部的转动轴、与转动轴活动连接的立板以及与转动轴连接的电机；所述电机与所述控制模块连接；
5、所述摄像头与所述控制模块连接；
6、所述控制模块内置无线通信模块，所述无线通信模块与计算机连接；
7、所述电源用于给激光传感器、摄像头、补光灯及控制模块供电。
8、优选地，所述承载台上设置有红外相机，所述红外相机与控制模块连接，所述红外相机由电源供电。
9、优选地，所述补光灯有两个，分别设置在摄像头的两侧，所述补光灯的开启和关闭由电源的开关控制。
10、优选地，所述摄像头采用rgb相机。
11、一种用于监测巷道围岩变形态势的监测方法，该方法包括：
12、步骤1：在巷道围岩的同一监测断面依次布设n个标靶，将监测装置移动至n个标靶的下方，控制模块控制电机带动激光传感器转动，直至激光传感器发出的激光光束投影至标靶1的中心处，确定激光传感器的初始位姿；其中，标靶1为从监测断面一侧起的第1个标靶，第i个标靶为标靶i,i为正整数，且1≤i≤n；
13、步骤2：控制模块利用matlab标定工具对摄像头和位于初始位姿的激光传感器联合标定，得到摄像头到位于初始位姿的激光传感器的旋转矩阵rl和平移矩阵tl；
14、步骤3：摄像头拍摄含有n个标靶的图像，并将含有n个标靶的图像返回控制模块，控制模块利用分水岭分割算法对接收到的图像进行图像分割，得到n个标靶的图像；
15、步骤4：控制模块计算标靶i到摄像头的旋转矩阵ric和平移矩阵tic；
16、步骤5：控制模块计算标靶i到位于初始位姿的激光传感器的旋转矩阵rim和平移矩阵tim，其中，旋转矩阵rim的计算公式为：rim＝ric·rl；平移矩阵tim的计算公式为：tim＝ric·tl+tic；
17、步骤6：控制模块根据旋转矩阵rim和平移矩阵tim，计算激光传感器从其初始位姿至对准标靶i需要旋转的角度θi，其中，设标靶i上的一点为pi(xi,yi,zi)，那么点pi变换到激光传感器的坐标系中的坐标为：
18、
19、假设pi′＝(xi′,yi′,zi′)，那么
20、步骤7：控制模块控制激光传感器从初始位姿旋转θi对准标靶i，测量标靶i与激光传感器的距离di；
21、步骤8：控制模块根据标靶i与激光传感器的距离di以及激光传感器从初始位姿对准标靶i需要旋转的角度θi，计算标靶i和标靶u之间的距离其中，u为正整数，且1≤u≤n，u≠i；
22、步骤9：重复步骤2至步骤8，获取不同时间节点的各个标靶之间的距离diu，diu在不同时间节点的差值即为巷道围岩的收敛量。
23、优选地，步骤7中，控制模块控制激光传感器从初始位姿对准标靶i后，将回到初始位姿，再旋转θi+1对准标靶i+1。
24、本专利技术相比现有技术的有益效果是：
25、1、本专利技术的摄像头能够捕捉识别标靶位置，并将标靶图像反馈给控制模块，控制模块根据接收到的标靶图像，控制激光传感器转动，依次对准各个标靶进行测距，控制模块计算各个标靶间的距离，不同时间节点测量得到的各个标靶间距离的变化量即能反映巷道围岩的变形态势，整个过程自动化监测，且激光传感器本身测量精度高，相比人工测量所带来的误差，采用激光传感器进行自动测量的精度更高，测量效率也更高，能够在短时间内实时获取大量的测量数据，从而精确的获取到巷道围岩的变形量。
26、2、本专利技术采用激光传感器进行测距，直接得到与标靶的距离，数据少且明确，控制模块能够对获取到的测量数据进行快速处理，节省时间，及时预测巷道围岩的变形情况，提升巷道安全性。
27、3、本专利技术的监测装置结构简单，安装也简单，且带有补光灯，提升监测环境的光照条件，同时也提升了该监测装置的适用性。
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1.一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，包括承载台(1)和设置在承载台(1)上的激光传感器模块(2)、摄像头(3)、补光灯(4)、控制模块(5)和电源(6)；
2.根据权利要求1所述的一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，所述承载台(1)上设置有红外相机(7)，所述红外相机(7)与控制模块(5)连接，所述红外相机(7)由电源(6)供电。
3.根据权利要求1所述的一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，所述补光灯(4)有两个，分别设置在摄像头(3)的两侧，所述补光灯(4)的开启和关闭由电源(6)的开关控制。
4.根据权利要求1所述的一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，所述摄像头(3)采用RGB相机。
5.一种利用权利要求1～4中任意一项所述的装置监测巷道围岩变形态势的监测方法，其特征在于，该方法包括：
6.根据权利要求5所述的一种监测巷道围岩变形态势的监测方法，其特征在于，步骤7中，控制模块(5)控制激光传感器(21)从初始位姿对准标靶i后，将回到初始位姿，再旋转θ
...【技术特征摘要】
1.一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，包括承载台(1)和设置在承载台(1)上的激光传感器模块(2)、摄像头(3)、补光灯(4)、控制模块(5)和电源(6)；
2.根据权利要求1所述的一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，所述承载台(1)上设置有红外相机(7)，所述红外相机(7)与控制模块(5)连接，所述红外相机(7)由电源(6)供电。
3.根据权利要求1所述的一种用于监测巷道围岩变形态势的监测装置，其特征在于，所述补光灯(4)有两个，分别设置在摄像...
【专利技术属性】
技术研发人员：单鹏飞，闫成伟，来兴平，杨攀，史一溦，闫钟铭，杨通，李晨炜，李伟，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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