基于激光點云的割煤頂板線提取技術研究

姜龍飛,毛善君,李 梅,劉 暉,張 弘

(1.北京大學 地球與空間科學學院，北京 100871；2.中國人民解放軍71352部隊,河北 張家口 075000；3.中國礦業大學 礦業工程學院，北京 221116)

0 引 言

我國是煤炭資源生產與消費大國，煤炭資源作為我國的主要能源，在能源供給中長期處于主導地位[1]。近年來，隨著煤炭開采技術及裝備迅速發展，綜采工作面生產先后經歷了機械化和自動化2個階段，目前正處于朝智能化開采轉型的時期[2]。智能化開采，主要是指使綜采成套裝置能夠根據開采環境感知信息進行智能分析、決策與執行，并具備自學習與自優化的功能[3]。三維激光掃描技術是一種非接觸式主動測量方法。其原理是通過激光雷達脈沖信號掃描，快速獲得目標的三維點云數據和紋理數據，通過數據處理以及三維建模，生成掃描物體的真三維數字模型和可量測點陣數據，從而改變了傳統的單點觀測技術，使傳統的“點測量”方式變為“形測量”方式[4]。國際上，美、澳等主要采煤國家充分利用高新技術，開展自動化、智能化開采相關技術研究。美國卡內基梅隆大學利用伺服傳動裝置搭載二維激光傳感器和角度編碼器，構建水平方位旋轉掃描結構，從而實現了全方位掃描[5]；德國智能系統研究所通過給二維激光掃描器件添加一個垂直方向上的自由度，將二維掃描擴展為三維掃描[6]；澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)發布防爆3D激光掃描設備ExScan，利用該激光掃描儀可以進行煤礦井下3D環境掃描，并通過WIFI和光纖將其從煤礦工作面地下300～400 m處傳輸出去[7]。……