[发明专利]截割煤壁三维图形的绘制方法及绘制系统

说明书

本发明公开了一种截割煤壁三维图形的绘制系统及绘制方法，其中绘制系统包括在综采工作面截割煤壁沿线布置沿预设检测路线移动的检测装置，检测路线上间隔地设有RFID标签，检测装置上安装有RFID读卡器、高度计、激光雷达、陀螺仪，每当采煤机完成一次截割煤壁后，检测装置通过截割煤壁三维图形的绘制方法绘制一次截割煤壁的轮廓，并将该轮廓与之前采集的轮廓叠加，形成截割煤壁的三维图形。本发明与现有技术相比的有益效果：通过本发明提供的截割煤壁三维图形的绘制方法，可以精确得到三维空间下已采煤层的空间分布方式；将截割煤壁三维图形与煤层分布三维地质模型叠加观察，可以为调整综采工作面的截割方向提供可视化依据。

技术领域

本发明属于空间测绘技术领域，具体涉及一种适用于煤矿井下综采工作面场景下的截割煤壁三维图形的绘制方法和绘制系统。

背景技术

在矿井生产过程中，工作面煤壁可能会由于防护不挡发生大面积垮塌造成的伤害事故。为了防止此类事故对井下工人造成人身伤害，就需要对工作面煤壁进行及时监 测，以便了解煤壁的稳定状况，从而避免此类事故的发生，确保井下工作人员的人身 财产安全。

传统的井下环境恶劣，灯光照明等条件较差，监测手段易受电磁干扰和外部环境影响，监测精度不好。国内许多高科技企业采用激光雷达三维成像技术可以辅助汽车 自动驾驶。另有许多测绘公司，采用激光雷达扫描山林地表，通过SLAM算法和点云 拼接技术，绘制山林地貌，用于统计山林覆盖率，统计树种分布和了解树木成长情况。 另外，电力企业可以通过山林地貌，早期识别对电力传输设备的影响情况。因此，采 用激光雷达扫描工作面煤壁是一种可行的方式，但井下环境条件差，地面存在坑陷、 积水等情况，无法给激光雷达扫描设备提供平整的工作环境，使得目前市场上的激光 雷达扫描设备难以精准、有效完成煤矿井下综采工作面的扫描任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种截割煤壁三维图形的绘制方法，采用激光雷达绘制煤壁轮廓，并通过煤壁轮廓层层叠加形成三维图像的方法，实 现绘制综采工作面截割煤壁可视化三维模型。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种截割煤壁三维图形的绘制系统，包括在综采工作面截割煤壁沿线布置沿预设检测路线移动的检测装置，检测路线上间隔地设有RFID标签，检测装置上安装有RFID 读卡器、高度计、激光雷达、陀螺仪，每当采煤机完成一次截割煤壁后，检测装置通 过截割煤壁三维图形的绘制方法绘制一次截割煤壁的轮廓，并将该轮廓与之前采集的 轮廓叠加，形成截割煤壁的三维图形。

一种截割煤壁三维图形的绘制方法，包括以下步骤：

在工作面中设置S形的检测路线和标识物，检测路线包括沿X轴的待测路段和沿 Y轴的连接相邻两段待测路段一端的平移路段；

检测装置沿S形的检测路线移动，并以固定的时间间隔作为采样时刻获取检测装置的位移量并在此作为采样点通过激光雷达扫描煤壁，将扫描结果转换为以激光雷达 激光源为源点的极坐标数据；

在三维直角坐标系中绘制检测装置的轨迹，按照采样时刻的时间顺序将极坐标数据的源点与采样点重合，计算煤壁扫描结果在三维直角坐标系中的坐标值，绘制扫描 结果的点云图形；

绘制包络线，使用直线段连接相邻拼接图形相同X轴坐标的Z轴坐标值最大点和最小的点；

将点云图形叠加，形成截割煤壁三维图形。

所述检测路线上设有RFID标签，相邻两个RFID标签之间的直线距离在三维直角坐标系中的X或Y轴的投影距离相同，所述检测装置移动并途经RFID标签时，检测 装置中的RFID读卡器获取RFID标签信息，校准轨迹数据，消除检测装置计算轨迹的 累计误差。