[發明專利]一種便攜式礦用巷道多源傳感器掃描裝置及施工方法

有效

• 申請號: 202010750712.0
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111980751B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 雷曉榮;劉程;劉再斌;韓保山;李旭;代振華;李鵬;岳輝
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G01S17/89
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷;趙中霞

1.一種便攜式礦用巷道多源傳感器掃描裝置，其特征在于，包括外殼體和采集控制電路，采集控制電路的各部件分別安裝在外殼體內及外殼體壁面后能使外殼體內腔為密封腔體；

所述采集控制電路包括電源單元、傳感器單元、工控計算機單元和交互顯示單元；傳感器單元、工控計算機單元和交互顯示單元均分別連接電源單元；傳感器單元和交互顯示單元分別連接工控計算機單元，傳感器單元經過多源傳感器融合后采集高精度點云數據，工控計算機單元用于控制傳感器單元數據采集和處理并與交互顯示單元實現輸入和展示互動；交互顯示單元用于實現參數輸入和展示工控計算機單元的處理結果；

傳感器單元包括三維激光雷達、全景攝像頭和MEMS陀螺，三維激光雷達和全景攝像頭之間的位置關系采用基于二維棋盤格標志靶板的方式進行標定；工控計算機單元包括單板計算機和SSD硬盤；交互顯示單元包括LCD顯示屏、SD卡插座和一體化三防的觸摸板鼠標；

所述外殼體上壁開口并在開口處密封罩有半球形的透明罩（1）作為三維激光雷達和全景攝像頭的透光窗口；外殼體前壁上從上到下依次設有電源數碼顯示窗口（2）、顯示屏安裝口（3）和觸摸板鼠標安裝口（4），在觸摸板鼠標安裝口（4）下方設有鼠標左鍵安裝口（5）和鼠標右鍵安裝口（6），在觸摸板鼠標安裝口（4）下方設有電源開關按鈕（7）和顯示屏開關按鈕（8）；在外殼體側壁設有SD卡插座安裝口（9）和充電插座安裝口（10），并在SD卡插座安裝口（9）和充電插座安裝口（10）上設有側面蓋板（11）；

所述SSD硬盤安裝在單板計算機上并與單板計算機連接；所述觸摸板鼠標、顯示屏和SD卡插座均分別連接單板計算機；

所述三維激光雷達、全景攝像頭和MEMS陀螺均分別連接單板計算機；

所述電源單元包括鎳氫電池組和保護電路，鎳氫電池組與保護電路連接，用于給傳感器單元、工控計算機單元和交互顯示單元供電同時接受外部電源的充電；

所述外殼體為PVC材質且其表層涂裝絕緣漆，且外殼體為長方體結構；透明罩（1）為聚碳酸酯材質，透明罩（1）通過螺絲孔固定在外殼體上壁并通過接觸面的硅膠墊和縫隙處的密封膠進行雙重防水處理，作為多線激光雷達和全景相機的透光窗口；

所述電源數碼顯示窗口（2）從外殼體內部嵌入并在外殼體表面顯示并通過密封膠防水；

所述顯示屏安裝口（3）用以安裝顯示屏，并設有透明的PVC板粘接并嵌入到顯示屏安裝口（3）上；

所述觸摸板鼠標安裝口（4）用以安裝觸摸板鼠標，觸摸板鼠標通過內部螺絲孔固定在外殼體上并通過接觸面的硅膠墊和縫隙處的密封膠進行雙重防水處理；

所述的電源開關按鈕（7）和顯示屏開關按鈕（8）采用帶螺紋的防水金屬按鈕開關通過密封圈和縫隙處的密封膠進行防水處理；

所述側面蓋板（11）由螺紋固定在外殼體上通過內部的墊圈進行防水處理；

所述SD卡插座安裝口（9）用以安裝SD卡插座，SD卡插座采用螺絲固定在側面蓋板覆蓋的SD卡插座安裝口中并通過密封膠密封；充電插座安裝口（10）用以安裝充電插座，充電插座采用帶螺紋的防水型多芯自鎖連接器通過密封圈和縫隙處的密封膠進行防水處理；

所述三維激光雷達和全景攝像頭之間的位置關系采用基于二維棋盤格標志靶板的方式進行標定，具體步驟：

（1）先用三維激光雷達和全景攝像頭采集15張標志靶板的數據；

（2）分別尋找標志靶板在三維激光雷達和全景攝像頭中的對應平面方程，把采集到的標志靶板的數據輸入平面方程；

（3）根據設定的約束條件，求解平面方程獲取兩個傳感器的位置方程得出位置關系；

（4）將求出的位置關系歸一化到同一個坐標系下。

2.如權利要求1所述的便攜式礦用巷道多源傳感器掃描裝置，其特征在于，所述電源單元安裝在電源倉內，電源倉灌膠密封并通過螺絲固定在外殼體內。

3.如權利要求1所述的便攜式礦用巷道多源傳感器掃描裝置，其特征在于，所述采集控制電路的各部件安裝在采集控制電路板支架上后通過螺絲固定在外殼體內。

4.一種如權利要求1至3任一權利要求所述的便攜式礦用巷道多源傳感器掃描裝置施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）在被測巷道煤層巖壁上間隔20米布置一個專用標靶球并采用高精度防爆全站儀測量該標靶球中心的地理坐標；

（2）在被測巷道的中線上放置權利要求1所述的掃描裝置，采用高精度防爆全站儀測量該掃描裝置所在位置的地理坐標并記錄；

（3）掃描裝置開機后，在初始化界面中采用一體化三防觸摸板鼠標輸入裝置所在位置的地理坐標，確定后掃描裝置采集軟件自動校準儀器坐標系到地理坐標系并開始倒計時計數，3分鐘后啟動傳感器單元；

（4）攜帶掃描裝置以正常的行走速度勻速通過被測巷道，測量的點云數據和圖像自動以設定的頻率存儲到SD卡插座的SD卡中；

（5）巷道測量完成后，掃描裝置攜帶到地面取出SD卡即可導出數據進行高精度地質模型構建。