基于線掃描原理的煤礦巷道變形測量系統(tǒng)

楊洪濤， 于印， 許吉禪， 沈梅， 陸廣慧

（1. 安徽理工大學(xué) 礦山智能裝備與技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001；2. 安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

煤礦巷道受地質(zhì)環(huán)境和開采技術(shù)等因素影響會產(chǎn)生變形甚至破壞[1-2]，精確的巷道變形測量對于保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義[3-4]。煤礦巷道變形測量方法可分為接觸式測量和非接觸式測量，其中非接觸式測量方法具有測量速度快、測量范圍廣、測量數(shù)據(jù)豐富等優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究熱點(diǎn)。王海軍等[5]、郭良林等[6]利用三維激光掃描技術(shù)獲取煤礦巷道點(diǎn)云信息，并對點(diǎn)云進(jìn)行拼接和濾波處理，從而對工作面巷道進(jìn)行三維重建，實(shí)現(xiàn)巷道變形監(jiān)測。金卓等[7]利用三維激光掃描技術(shù)與圓柱形投影面巷道建模方法，構(gòu)建礦井巷道三維立體模型，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖變形監(jiān)測。劉曉陽等[8]利用三維激光掃描技術(shù)對巷道頂板進(jìn)行監(jiān)測，采用非均勻壓縮法對獲取的巷道點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化處理，通過基于巷道點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割的斷面提取進(jìn)行巷道變形分析。然而上述研究存在有效掃描距離受限、獲取的點(diǎn)云密度低、細(xì)節(jié)缺失嚴(yán)重、測量精度和效率低等問題。針對上述問題，本文提出了一種基于線掃描原理的煤礦巷道變形測量系統(tǒng)，可重構(gòu)數(shù)據(jù)豐富、精度高的巷道點(diǎn)云，并通過點(diǎn)云切片實(shí)現(xiàn)巷道變形監(jiān)測，具有操作簡單、靈活性高、測量速度快、測量范圍廣及測量精度高等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成及原理

基于線掃描原理的煤礦巷道變形測量系統(tǒng)主要包括巷道測量機(jī)器人和機(jī)器人位姿追蹤系統(tǒng)，如圖1所示。……