[發(fā)明專利]煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011399540.3
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112612002A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 南柄飛;王凱;郭志杰;榮耀;李首濱;李森;葉晨曦
• 申請（專利權）人: 北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司;北京煤科天瑪自動化科技有限公司
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01V9/00;G07C1/20;H04W4/02;H04W4/30
• 代理公司: 北京信諾創(chuàng)成知識產(chǎn)權代理有限公司 11728
• 代理人: 任萬玲;楊仁波

1.一種煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建系統(tǒng)，其特征在于，包括：

定點傳感器，設置于工作面機頭和機尾處的液壓支架頂板上，獲取定點空間數(shù)據(jù)；

巡檢傳感器，設置于巡檢行走機構上并沿巡檢行走機構的軌道行走，以獲取巡檢空間數(shù)據(jù)；

控制器，接收所述定點傳感器發(fā)送的定點空間數(shù)據(jù)和所述巡檢傳感器發(fā)送的巡檢空間數(shù)據(jù)，根據(jù)所述定點空間數(shù)據(jù)和所述巡檢空間數(shù)據(jù)得到全工作面場景空間的空間數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

多個超寬帶基站，設置于工作面的不同位置處；

多個定位卡，設置在傳感器和地質(zhì)測量設備中；

所述控制器，接收傳感器中的定位卡的位置坐標和地質(zhì)測量設備中的定位卡的位置坐標，根據(jù)超寬帶定位技術對傳感器和地質(zhì)測量設備的標定結果將空間數(shù)據(jù)和地質(zhì)數(shù)據(jù)信息進行融合。

3.一種利用權利要求1或2所述的煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建系統(tǒng)對煤礦井下全工作面場景空間進行構建的方法，其特征在于，包括如下步驟：

定點掃描數(shù)據(jù)獲取步驟：獲取定點傳感器掃描得到的工作面機頭和機尾處設定區(qū)域的空間數(shù)據(jù)；所述定點傳感器為安裝在工作面機頭和機尾處的傳感器；

巡檢掃描數(shù)據(jù)獲取步驟：獲取巡檢傳感器掃描得到的工作面中間區(qū)域的空間數(shù)據(jù)；所述巡檢傳感器為設置于巡檢行走機構上的傳感器，所述巡檢行走機構設置于所述工作面機頭和機尾之間；其中，所述巡檢傳感器行走至巡檢行走機構的軌道兩端時，自動將其掃描旋轉(zhuǎn)軸方向切換至與定點傳感器掃描旋轉(zhuǎn)軸平行的方向；

全工作面場景空間數(shù)據(jù)獲取步驟：在所述巡檢傳感器完成一個行程的工作面巡檢之后，將定點掃描數(shù)據(jù)獲取步驟得到的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢掃描數(shù)據(jù)獲取步驟得到的巡檢空間數(shù)據(jù)進行配準和拼接，以得到全工作面場景的空間數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權利要求3所述的煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建方法，其特征在于，全工作面場景空間數(shù)據(jù)獲取步驟中，通過如下方式實現(xiàn)定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)的配準：

獲取待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中所有點的表面法向量；其中，一個點的表面法向量是指該點所在正切平面的垂直向量；

檢測待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中的關鍵點；

獲取待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中每個關鍵點對應的特征描述子；其中，一個點的特征描述子是指該點鄰域內(nèi)信息的高維度表示；

采用待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中每個關鍵點的特征描述子建立待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)的關鍵點之間的匹配關系；

根據(jù)待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)的關鍵點之間的匹配關系得到變換矩陣；

根據(jù)所述變換矩陣實現(xiàn)待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中所有點對的配準。

5.根據(jù)權利要求4所述的煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建方法，其特征在于，根據(jù)所述變換矩陣實現(xiàn)待配準的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中所有匹配點對的配準步驟包括：

步驟一：在原始數(shù)據(jù)坐標空間內(nèi)建立轉(zhuǎn)換后的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)之間所有點對的匹配關系；

步驟二：針對轉(zhuǎn)換后的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中所有匹配點對，建立匹配點對之間的誤差代價函數(shù)；

步驟三：使用優(yōu)化求解器最小化誤差代價函數(shù)得到轉(zhuǎn)換后的定點空間數(shù)據(jù)以及巡檢空間數(shù)據(jù)中所有匹配點對之間的新變換矩陣；

步驟四：采用新變換矩陣將轉(zhuǎn)換后的定點空間數(shù)據(jù)進行更新，之后利用更新后的定點空間數(shù)據(jù)代入步驟一中繼續(xù)迭代，直至步驟二中誤差代價函數(shù)符合最小化誤差要求。

6.根據(jù)權利要求3-5任一項所述的煤礦井下全工作面場景空間的數(shù)字化構建方法，其特征在于，還包括如下步驟：

數(shù)據(jù)融合步驟：在工作面機頭和機尾設定區(qū)域處，應用超寬帶定位技術標定傳感器和地質(zhì)測量設備，以實現(xiàn)全工作面場景空間數(shù)據(jù)和地質(zhì)數(shù)據(jù)信息的融合。