【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井掘进断面钻孔定位相关，尤其是涉及一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法。
技术介绍
1、矿业对经济发展具有重要意义，钻爆法是矿道建设的常用方法，凿岩钻孔是钻爆法的关键步骤。在凿岩作业中，有一类作业任务是掘进断面钻孔定位。由于矿道的掘进断面多数是由爆破得到的，往往因为其形状不规则导致钻孔位置难以准确测量。传统掘进断面凿岩作业主要依靠人工测量钻孔点位置，存在主观性强、偏差大、安全性低等问题，从而影响施工效率与作业精度。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术提出一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，能够实现掘进断面自主钻孔定位，提高地图配准精度与速度，提高施工效率与作业精度。
2、本专利技术的第一方面，提供了一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，包括如下步骤：
3、获取矿道的钻孔规划图的所有钻孔点、第一激光雷达点云数据和第二激光雷达点云数据，其中，第一激光雷达点云数据为通过安装于凿岩钻机前的第一个激光雷达扫描第一矿道区域得到，第二激光雷达点云数据为通过安装于凿岩钻机后的第二个激光雷达扫描第一矿道区域得到；
4、根据第一激光雷达点云数据和第二激光雷达点云数据构建第一全局点云地图；
5、根据第一全局点云地图通过alpha shapes算法进行坐标转换，得到第二全局点云地图；
6、根据第二全局点云地图与预设掘进断面辅助提取参数进行掘进断面提取，得到矿道的第
7、根据第二全局点云地图与所述钻孔规划图的所有钻孔点进行钻孔点坐标计算，得到第一掘进断面的所有钻孔位置；
8、根据所述第一掘进断面的所有钻孔位置进行掘进，得到第二矿道区域，并获取矿道的第三激光雷达点云数据和第四激光雷达点云数据，其中，第三激光雷达点云数据为通过安装于凿岩钻机前的第一个激光雷达扫描第二矿道区域得到，第四激光雷达点云数据为通过安装于凿岩钻机后的第二个激光雷达扫描第二矿道区域得到；
9、根据第三激光雷达点云数据、第四激光雷达点云数据和预设固定标志物进行钻孔点坐标计算，得到第二掘进断面的所有钻孔位置。
10、根据本专利技术实施例的控制方法，至少具有如下有益效果：
11、本方法通过获取矿道的钻孔规划图的所有钻孔点、第一激光雷达点云数据和第二激光雷达点云数据，根据第一激光雷达点云数据和第二激光雷达点云数据构建第一全局点云地图；根据第一全局点云地图通过alpha shapes算法进行坐标转换，得到第二全局点云地图；根据第二全局点云地图与预设掘进断面辅助提取参数进行掘进断面提取，得到矿道的第一掘进断面；根据第二全局点云地图与钻孔规划图的所有钻孔点进行钻孔点坐标计算，得到第一掘进断面的所有钻孔位置；根据第一掘进断面的所有钻孔位置进行掘进，得到第二矿道区域，并获取矿道的第三激光雷达点云数据和第四激光雷达点云数据，其中，第三激光雷达点云数据为通过安装于凿岩钻机前的第一个激光雷达扫描第二矿道区域得到，第四激光雷达点云数据为通过安装于凿岩钻机后的第二个激光雷达扫描第二矿道区域得到；根据第三激光雷达点云数据、第四激光雷达点云数据和预设固定标志物进行钻孔点坐标计算，得到第二掘进断面的所有钻孔位置，通过基于初始掘进断面前固定放置的反光板作为标志物，实现矿道地图间的粗配准，在粗配准基础上使用精配准，提高了地图配准精度与速度，实现了掘进断面自主钻孔定位，提高了施工效率与作业精度。
12、根据本专利技术的一些实施例，所述根据第一全局点云地图通过alpha shapes算法进行坐标转换，得到第二全局点云地图，包括：
13、根据所述第一全局点云地图通过ransac算法进行地面提取，得到地面点云；
14、通过alpha shapes算法提取地面点云的轮廓；通过最小二乘法拟合地面点云边界；
15、选取与第一坐标系的x轴夹角最小的两条边界直线，并计算两条边界直线的标准单位方向向量，其中，第一坐标系为第一全局点云地图的坐标系，标准单位方向向量为在x轴上的分量大于零的单位方向向量；
16、将两条边界直线的标准单位方向向量的起点平移至第一坐标系的原点，并计算两条边界直线的标准单位方向向量的均值，得到第二坐标系x轴的方向向量；计算地面点云表面法向量的z轴分量，得到第二坐标系z轴的方向向量；根据右手定理得到第二坐标系y轴的方向向量，其中，第二坐标系原点为地面点云中所有点的坐标均值，第二坐标系z轴的方向向量为z轴分量大于零的地面点云表面法向量；
17、根据第二坐标系x轴的方向向量、第二坐标系y轴的方向向量和第二坐标系z轴的方向向量进行矩阵计算，得到从第一坐标系到第二坐标系的第一坐标转换矩阵；
18、根据第一全局点云地图和第一坐标转换矩阵进行坐标转换，得到第二全局点云地图。
19、根据本专利技术的一些实施例，所述根据第二全局点云地图与预设掘进断面辅助提取参数进行掘进断面提取，得到矿道的第一掘进断面：
20、获取第二全局点云地图中所有点云x坐标的最大值；
21、根据所有点云x坐标的最大值筛选第二全局点云地图中所有x坐标在区间[xmax-a，xmax]内的点，得到所有第一掘进断面点，其中，a为预设掘进断面辅助提取参数，xmax为第二全局点云地图中所有点云x坐标的最大值；
22、根据所有第一掘进断面点构建所述第一掘进断面。
23、根据本专利技术的一些实施例，所述根据第二全局点云地图与所述钻孔规划图的所有钻孔点进行钻孔点坐标计算，得到第一掘进断面的所有钻孔位置，包括：
24、获取第一掘进断面的中所有点云x坐标的最小的点和钻孔规划图的所有钻孔点的规划深度，并过该点构建垂直于x轴的基准平面；
25、构建参考点，其中，所述参考点的x坐标为基准平面的x坐标，所述参考点的y坐标为零，所述参考点的z坐标为钻孔规划图的中心点的高度值；
26、根据所述参考点对钻孔规划图的所有钻孔点进行坐标计算，得到所有钻孔点在基准平面上的对应坐标；
27、将所述第一掘进断面中的所有点沿x轴投影到基准平面上，得到投影点；
28、建立所述第一掘进断面中的点与该点在基准平面中对应的投影点的投影关系；
29、根据钻孔点在基准平面上的对应坐标与预设钻孔点半径对所述投影点进行筛选，得到钻孔点的筛选后投影点集合；
30、将所述筛选后投影点集合与所述第一掘进断面中的所有点通过投影关系进行匹配，得到筛选后投影点在第一掘进断面中对应的点；
31、计算钻孔点的筛选后投影点集合的所有点在第一掘进断面中对应的点的x坐标平均值，得到钻孔点的第一掘进断面x坐标均值；
32、根据所述钻孔规划图的所有钻孔点的规划深度、所述第一掘进断面x坐标均值和投影点进行钻孔深度计算，得到钻孔点的实际钻孔深度；其中，根据所述钻孔规划图的所有钻孔点的规划深度、所述第一掘进断面x坐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第一全局点云地图通过Alpha Shapes算法进行坐标转换，得到第二全局点云地图，包括：
3.根据权利要求2所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第二全局点云地图与预设掘进断面辅助提取参数进行掘进断面提取，得到矿道的第一掘进断面：
4.根据权利要求3所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第二全局点云地图与所述钻孔规划图的所有钻孔点进行钻孔点坐标计算，得到第一掘进断面的所有钻孔位置，包括：
5.根据权利要求4所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第三激光雷达点云数据、第四激光雷达点云数据和预设固定标志物进行钻孔点坐标计算，得到第二掘进断面的所有钻孔位置，包括：
6.根据权利要求5所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特
7.根据权利要求6所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第二坐标系X轴的方向向量、第二坐标系Y轴的方向向量和第二坐标系Z轴的方向向量进行矩阵计算，得到从第一坐标系到第二坐标系的第一坐标转换矩阵，包括：
8.一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位系统，其特征在于，所述面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位系统包括：
9.一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位设备，其特征在于，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1至7任一项所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至7任一项所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法。
...【技术特征摘要】
1.一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第一全局点云地图通过alpha shapes算法进行坐标转换，得到第二全局点云地图，包括：
3.根据权利要求2所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第二全局点云地图与预设掘进断面辅助提取参数进行掘进断面提取，得到矿道的第一掘进断面：
4.根据权利要求3所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第二全局点云地图与所述钻孔规划图的所有钻孔点进行钻孔点坐标计算，得到第一掘进断面的所有钻孔位置，包括：
5.根据权利要求4所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，所述根据第三激光雷达点云数据、第四激光雷达点云数据和预设固定标志物进行钻孔点坐标计算，得到第二掘进断面的所有钻孔位置，包括：
6.根据权利要求5所述的一种面向凿岩钻机的矿井掘进断面钻孔定位方法，其特征在于，在所述根据第三激光雷达点云...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵于前，代建龙，龚志鹏，刘志华，王毅，阳春华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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