[發明專利]一種基于頂板特征的煤礦巷道導航定位方法和裝置

有效

• 申請號: 201910068667.8
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN110017817B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 田原;秦國強;田野;劉子靖;王帥;賈少山;王傳武;王本林;桑盛遠;張立平;王瑤;郎艷
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: G01C11/08
• 分類號: G01C11/08;G01C11/28;G01C21/20
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種基于頂板特征的煤礦巷道導航定位裝置，其特征在于，包括：

拍攝模塊，設置于行進于煤礦巷道中的掘進機機身，成像器件對稱軸與掘進機機身對稱軸方向一致，且成像器件鏡頭朝向掘進機機身正上方，用于實時拍攝巷道頂板特征；所述拍攝模塊為工業攝像機，設置于巷道頂部的巷道頂板特征為巷道頂部的錨桿托盤，且工業攝像機的拍攝視場至少覆蓋2個巷道頂部的錨桿托盤；

分析模塊，連接拍攝模塊，用于設定圖像提取時間點，并在預設的圖像提取時間點提取拍攝模塊拍攝的巷道頂板特征得到的圖像，根據攝影測量法，計算相鄰的圖像提取時間點時刻的兩幅圖像中，拍攝模塊相對巷道頂板特征的相對空間位姿參數，獲得拍攝模塊在相鄰的圖像提取時間點的空間位姿改變量；

若在工業攝像機的拍攝視場覆蓋沿掘進機行進方向設置的第一錨桿托盤和第二錨桿托盤，則在掘進機的行進過程中，分析模塊分別解算工業攝像機與兩個錨桿托盤的相對空間位姿，以相鄰的圖像提取時間點計算得到的第一錨桿托盤與工業攝像機之間的相對空間位姿作為空間位姿改變量；

定位模塊，用于獲取掘進機行進初始時刻拍攝模塊的初始空間位姿參數，通過將初始空間位姿參數與分析模塊計算得到的多個相鄰的圖像提取時間點的空間位姿改變量疊加，得到掘進機的實時絕對空間位姿參數；

當第一錨桿托盤距離工業攝像機的視場邊緣距離小于等于預設距離時，分析模塊計算相鄰的圖像提取時間點計算得到的第一錨桿托盤與工業攝像機之間的相對空間位姿，作為空間位姿改變量，當第一錨桿托盤完全從工業攝像機的拍攝視場中消失時，將第二錨桿托盤作為第一錨桿托盤，并將新進入工業攝像機拍攝視場的錨桿托盤作為第二錨桿托盤。

2.一種基于頂板特征的煤礦巷道導航定位方法，利用如權利要求1所述的煤礦巷道導航定位裝置進行煤礦巷道導航定位，其特征在于，包括：

分別在巷道、工業攝像機及第一錨桿托盤和第二錨桿托盤上選取中心點，并以選取的中心點為坐標原點，建立巷道、工業攝像機及第一錨桿托盤和第二錨桿托盤的空間直角坐標系；

利用定位模塊獲取掘進機行進初始時刻t＝t0拍攝模塊的初始空間位置坐標為(χ_O，y_O，z_O)，初始橫滾角為α₀，初始俯仰角為β₀，初始偏航角為γ₀；

設t＝t0時，掘進機位于煤礦巷道起點處，通過工業攝像機采集第一錨桿托盤和第二錨桿托盤的圖像，測得工業攝像機相對第一錨桿托盤的位置坐標為及相對第一錨桿托盤的橫滾角為俯仰角為偏航角為工業攝像機相對第二錨桿托盤的位置坐標為相對第二錨桿托盤的橫滾角為俯仰角為偏航角為

設t＝t1時，掘進機行進至下一個位置，再次通過工業攝像機采集第一錨桿托盤和第二錨桿托盤的圖像，當第一錨桿托盤部分移出工業攝像機視場時，測得工業攝像機相對第二錨桿托盤位置坐標為工業攝像機相對第二錨桿托盤的橫滾角為俯仰角為偏航角為則t＝t1時刻工業攝像機的絕對位置為工業攝像機的絕對橫滾角為絕對俯仰角為絕對偏航角為

設t＝t2時，掘進機行進至下一個位置，新的錨桿托盤進入工業攝像機視場，作為新的第二錨桿托盤，原第二錨桿托盤成為第一錨桿托盤，采集新的第一錨桿托盤和第二錨桿托盤的圖像，測得工業攝像機相對新的第一錨桿托盤的位置坐標為相對新的第一錨桿托盤的橫滾角為俯仰角為偏航角為工業攝像機相對新的第二錨桿托盤的位置坐標為相對新的錨桿托盤的橫滾角為俯仰角為偏航角為則t＝t2時刻，工業攝像機的絕對位置為絕對橫滾角為絕對俯仰角為絕對偏航角為