[发明专利]一种基于3D点云切片的井下巷道表面变形检测系统

说明书

本发明涉及巷道表面的检测领域，公开了一种基于3D点云切片的井下巷道表面变形检测系统，由防爆移动机器人、防爆双目深度相机、高性能计算机及软件系统组成。防爆双目深度相机实时采集井下巷道表面图像，利用WiFi模块无线传输至计算机中进行分析处理。软件系统基于视觉同时定位与建图技术生成稠密3D点云图；利用3D点云切片技术，得到巷道表面每层点云每个位点的空间坐标，可获取变形位置、变形大小、变形几何形状。本发明无需人工检测井下巷道表面，仅搭载防爆双目深度相机的防爆移动机器人自主移动整个巷道一至两次，即可完成井下巷道表面3D点云稠密建图、点云切片和变形检测。本系统自动化程度高、检测速度快、测量精度高。

技术领域

本发明涉及巷道表面的检测领域，具体的是一种基于3D点云切片的井下巷道表面变形检测系统。

背景技术

井下巷道在煤矿安全生产中起着举足轻重的作用，其支撑着整个煤层为采矿提升、运输、通风、排水、动力供应提供着非常必要的条件，井下巷道表面变形是指巷道岩层在受到外力因素作用下其产生的形状和尺寸的变化。井下巷道表面变形破坏会阻断井下交通，增大矿井通风阻力，损坏生产设备，造成人员伤亡，严重威胁煤矿安全生产，故巷道表面监测是煤矿重点监控的目标之一。

目前，国内外对井下巷道表面变形进行测量的仪器可分为机械式测量仪器和电测式测量仪器两种，仪器主要采用声波测距法、激光测距法、光学测绘仪器及近景摄影测量法等。这些对巷道变形进行监测的方法，往往需要人工携带设备在井下巷道来回移动进行检测，这不但耗时长、自动化程度不高，而且测量精度不稳定。随着井下无人智能化的发展，急需一种新的方法来克服传统测量巷道表面变形方法存在的缺陷。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种基于3D点云切片的井下巷道表面变形检测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于3D点云切片的井下巷道表面变形检测系统，包括防爆移动机器人，其特征在于，所述防爆移动机器人上安装有防爆双目深度相机，防爆双目深度相机通过WiFi模块连接有高性能计算机，高性能计算机中包括软件系统。

进一步地，所述防爆双目深度相机安装在防爆移动机器人车身前端的立杆支架上，角度可调。

进一步地，所述防爆移动机器人由防爆车身、电源、车轮驱动控制系统、通信系统构成，电源和车轮驱动控制系统、通信系统相连，实现供电，在使用时自主行走或通过遥控行走。

进一步地，所述防爆双目深度相机由防爆钢化玻璃、RGB摄像头、红外点阵发射器和双目红外摄像头组成，双目红外摄像头由左红外摄像头和右红外摄像头组成，RGB摄像头和红外点阵发射器设置在左红外摄像头和右红外摄像头之间。

进一步地，所述防爆移动机器人放置于井下巷道中，RGB摄像头采集井下巷道中的RGB图像，双目红外摄像头采集对应场景中与RGB对应的深度信息。

进一步地，所述防爆双目深度相机对整个井下巷道进行一至两次图像采集，并将视频图像信息通过WiFi模块实时传输至高性能计算机中，高性能计算机中的软件系统基于VSLAM算法对采集图像进行自动处理生成稠密3D点云图像。

进一步地，所述软件系统基于VSLAM算法，算法过程包括传感器信息读取、前端视觉里程计、后端优化、回环检测、建图、点云切片与比较.

进一步地，所述软件系统对生成的稠密3D点云图按x、y、z三个维度方向进行直通滤波过滤噪点，并对结果进行体素滤波降低点云数量，提取出清晰的井下巷道3D点云图，并自动按x、y、z其中一种维度进行点云切片，并与标准井下巷道点云切片进行比对，发现形变后输出巷道形变的位置坐标、形变大小、形变几何形状，形变信息可保存，历史信息可查阅。

本发明的有益效果：