[發(fā)明專利]一種基于線結構光掃描的巷道多目視覺測量方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112945121B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 楊洪濤;于印;許吉禪;曹亞南;梁鵬程
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 饒富春

本發(fā)明公開一種基于線結構光掃描的巷道多目視覺測量方法及裝置，涉及勘測技術領域，方法包括：所述巷道車帶動所述旋轉測量臺上的所述激光線掃描測頭和所述平臺雙目相機掃描巷道表面，獲取巷道點云數(shù)據(jù)，結合巷道內每隔100米固定安裝的立式雙目相機組追蹤巷道車位置，使巷道點云數(shù)據(jù)歸一化，重構出精確地巷道三維模型。該裝置包括：激光線掃描測頭、煤礦巷道車、平臺雙目相機、第一組立式雙目相機、第二組立式雙目相機、步進電機、減速箱、聯(lián)軸器、傳動軸、旋轉測量臺，本發(fā)明提出的測量方法可行及裝置結構簡單、精度高，解決了坐標不連續(xù)困難、測量范圍有限和因遮擋影響模型完整性及在線測量延時等問題。

技術領域

本發(fā)明涉及勘測技術領域，具體是一種基于線結構光掃描的巷道多目視覺測量方法及裝置。

背景技術

煤炭工業(yè)是關系國家經濟命脈和能源安全的重要基礎產業(yè)。目前，我國煤炭的主要生產方式仍然是地下開采，當發(fā)生礦難事故，容易造成大量人員亡，煤礦巷道在煤礦安全生產中起著舉足輕重的作用。

巷道形變理論的研究目前已經比較成熟，為巷道安全性能評估和潛在影響安全的因素提供了有力的理論依據(jù)，但這些前提是需要有充足的巷道形變數(shù)據(jù)，為理論研究提供支持。目前，國內外對巷道圍巖形變的監(jiān)測也已經有了很多方法及儀器。如果將其按照工作原理進行分類，一般情況下可分為機械式測量儀器、電測式測量儀器、聲波測距法、激光測距法、光學測繪儀器以及近景攝影測量法等。巷道形變監(jiān)測最早使用的觀測儀器是機械式測量儀器，它在工程實踐中應用非常普遍。機械測量儀器是根據(jù)機械傳動學原理，將金屬構件受力以后所出現(xiàn)的彈性形變，使用傳動系統(tǒng)將其放大，再通過示數(shù)儀器把數(shù)值顯示出來，不僅操作非常容易，而且設備費用不高。隨著電子信息以及檢測技術的快速發(fā)展，電測類儀器應運而生，它是根據(jù)傳感器轉換的巷道形變電信號來測量的。超聲波測距主要被用在斷面收斂測量等方面，首先將超聲波發(fā)射出去，在碰到障礙物體時返回，然后測量返回時間，算出返回與發(fā)射的時間差，最后結合超聲波在空氣中的傳播速度，通過計算求出從發(fā)射點到障礙物的真實距離。激光測距法在測量圍巖形變時，可以避免直接接觸，而且測量精度比較高，它主要是根據(jù)激光對目標的距離來完成精確測量。但是，這些對巷道圍巖形變進行監(jiān)測的方法，基本上都存在著明顯的問題與不足，一方面忽視了圍巖變形大面積、持續(xù)性兩大特征，另一方面，沒有充分考慮巷道內惡劣的工作環(huán)境等影響測量精度的因素。

當前，隨著計算機視覺技術的日趨成熟，計算機視覺測量技術在工農業(yè)生產、地質學、天文學、氣象學、醫(yī)學及軍事等領域已有很多成功的應用，并且逐漸成為相關行業(yè)的重要技術手段。立體視覺的本質通過攝像機從不同角度、位置獲取外部環(huán)境圖像信息，并根據(jù)獲取到的圖像信息，采用特征匹配來獲取圖像中同一特征的特征信息，根據(jù)同一特征的特征信息之間的差異計算圖像中隱藏的空間信息，最終綜合空間信息實現(xiàn)整個拍攝場景的三維重建。

煤礦巷道通常分布在整個煤礦開采區(qū)內，范圍非常的廣，在對煤礦巷道進行視覺測量過程中，現(xiàn)有單目或雙目視覺系統(tǒng)的測量范圍有限，只能測量巷道的一部分區(qū)域，無法獲得整體信息，并且針對結構復雜的煤礦巷道，存在視線遮擋等原因，使某些區(qū)域不易檢測到；另外，由于巷道內的測量環(huán)境復雜，采用的視覺觀測方法很容易出現(xiàn)基準不穩(wěn)定，坐標不連續(xù)以及空間坐標標定困難等現(xiàn)象，進而導致了后期空間點重構困難，難以構建出精確地巷道表面幾何模型。因此，對巷道變形進行密切監(jiān)測，采取有效、精確、具有準確實時性的監(jiān)控技術來掌握巷道狀態(tài)以及形變趨勢，方可對煤礦生產安全起到保障作用，對避免礦難事故和維護煤炭安全生產有重大實際作用。

因此，需要開發(fā)一種能夠適應惡劣巷道工作環(huán)境，具有持續(xù)性、實時性并且能大面積實施的巷道圍巖變形精確監(jiān)測技術裝置，對此，我們提出一種基于線結構光掃描的巷道多目視覺測量方法及裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有煤礦巷道形變實時在線、高精度、大范圍測量技術的不足，提供一種基于線結構光掃描的巷道多目視覺測量方法及裝置。