[发明专利]一种基于激光点云的超前液压支架定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于激光点云的超前液压支架定位系统，其特征在于，包括：行走超前液压支架、三维激光扫描仪、红外摄像仪及超前定位控制器，所述三维激光扫描仪及所述红外摄像仪分别与所述超前定位控制器通信连接；

所述行走超前液压支架成对对称布置于综采面超前巷道两侧；

所述三维激光扫描仪悬挂安装于综采面端头液压支架顶梁下方，用于向超前巷道内发射激光，获取超前巷道中超前液压支架、两帮及其它设备的点云数据，并将所述点云数据传输给超前定位控制器；

所述红外摄像仪与三维激光扫描仪并排安装于所述于综采面端头液压支架顶梁下，用于获取超前巷道中的实景图像信息，并将所述实景图像信息传输给所述超前定位控制器；

所述超前定位控制器安装于所述端头液压支架上，用于接收所述三维激光扫描仪获取的点云数据与红外摄像仪获取的实景图像信息，基于所述实景图像信息对所述点云数据进行过滤，根据过滤后的点云数据确定当前超前液压支架的位置。

2.根据权利要求1所述基于激光点云的超前液压支架定位系统，其特征在于，还包括：定位标签及定位基站，所述定位标签安装于所述红外摄像仪和/或三维激光扫描仪上；所述定位基站设置于超前巷道两帮处，

所述定位标签与定位基站配合用于对三维激光扫描仪与红外摄像仪的位置进行标定。

3.根据权利要求2所述基于激光点云的超前液压支架定位系统，其特征在于，还包括：反光标识物，所述反光标识物设于所述行走超前液压支架上，所述红外摄像仪具体用于获取所述反光标识物的实景图像信息，以使所述超前定位控制器基于所述反光标识物的实景图像信息对所述点云数据进行匹配过滤。

4.根据权利要求1所述基于激光点云的超前液压支架定位系统，其特征在于，所述超前定位控制器，还用于根据过滤后的点云数据确定行走超前液压支架与巷道两帮煤壁及巷道内其它设备之间的距离。

5.一种基于激光点云的超前液压支架定位方法，其特征在于，基于权利要求1至4任一所述基于激光点云的超前液压支架定位系统实施，多对行走超前液压支架设于超前巷道中，形成超前液压支架工作组；

所述方法包括：

行走超前液压支架在超前巷道中前移过程中，对三维激光扫描仪与所述红外摄像仪的位置进行标定，并将标定的位置信息发送给超前定位控制器；

三维激光扫描仪采集超前巷道中行走超前液压支架、两帮及其它设备的点云数据，并发送给超前定位控制器；

红外摄像仪获取超前巷道中的实景图像信息，发送给所述超前定位控制器；

所述超前定位控制器基于标定的位置信息建立点云数据与超前巷道坐标系之间的转换关系；

根据所述转换关系利用所述实景图像信息对所述点云数据进行过滤，获得行走超前液压支架的点云数据，并根据过滤获得的点云数据确定当前行走超前液压支架的位置。

6.根据权利要求5所述基于激光点云的超前液压支架定位方法，其特征在于，所述方法还包括：所述超前定位控制器基于所述实景图像信息对所述点云数据进行匹配过滤，获得超前巷道两帮及超前巷道中其它设备的点云数据；

根据过滤获得的巷道两帮、超前巷道中其它设备的点云数据及行走超前液压支架的点云数据确定当前行走超前液压支架到超前巷道两帮及其它设备间的距离。

7.根据权利要求6所述基于激光点云的超前液压支架定位方法，其特征在于，所述方法还包括：在确定出当前行走超前液压支架的位置及其到超前巷道两帮及其它设备间的距离之后，所述超前定位控制器基于所述位置及距离控制行走超前液压支架完成变位前移。

8.根据权利要求5所述基于激光点云的超前液压支架定位方法，其特征在于，还包括：定位标签及定位基站，所述定位标签安装于所述红外摄像仪和/或三维激光扫描仪上；所述定位基站设置于超前巷道两帮处，

所述定位标签与定位基站配合用于对三维激光扫描仪与红外摄像仪的位置进行标定；

反光标识物，所述反光标识物设于所述行走超前液压支架上，所述红外摄像仪具体用于获取所述反光标识物的实景图像信息，以使所述超前定位控制器基于所述反光标识物的实景图像信息对所述点云数据进行匹配过滤；

所述对三维激光扫描仪与所述红外摄像仪的位置进行标定包括：通过定位基站与定位标签配合，对红外摄像仪与三维激光扫描仪位置进行标定；

所述超前定位控制器基于标定的位置信息建立点云数据与超前巷道坐标系之间的转换关系包括：获取实景图像信息的初始外方位元素；

根据所述初始外方位元素进行空中三角测量平差计算，并基于三维激光扫描仪与红外摄像仪之间的位置关系，对实景图像信息数据中反光标识物所在位置进行坐标变换，获得实景图像共线方程模型；

所述根据所述转换关系利用所述实景图像信息对所述点云数据进行过滤，获得行走超前液压支架的点云数据，并根据过滤获得的点云数据确定当前行走超前液压支架的位置包括：根据获得的实景图像共线方程模型对三维激光扫描仪获取的点云数据进行过滤，得到行走超前液压支架关键控制点的点云数据；所述关键控制点为所述反光标识物所在位置；

基于得到的关键控制点的点云数据计算当前行走超前液压支架的位置。