[发明专利]一种煤矿掘进设备与地质模型、巷道设计模型的耦合系统

权利要求书

1.一种煤矿掘进设备与地质模型、巷道设计模型的耦合系统，其特征在于，包括通过网络设备实现通信的掘进设备监测监控模块、数据存储处理模块和智能掘进管控平台模块，其中：

所述掘进设备监测监控模块包括掘进设备、惯导装置、反射棱镜、全自动全站仪、测距传感器、信息传输设备、规划截割模块和姿态调控模块；

所述掘进设备用于矿井巷道掘进工作面进行截割破碎煤或岩、并对所述截割破碎煤或岩进行第一次装载转运以及临时、永久支护的自动化设备；

所述惯导装置安装在所述掘进设备上，用于实时获取所述掘进设备的姿态信息；

所述反射棱镜安装在所述掘进设备上，用于辅助全自动全站仪实时标定所述掘进设备的所述反射棱镜安装位置的大地坐标；所述全自动全站仪安装在距所述掘进设备的尾部最近的一个导线点的巷道顶板下，可自动捕捉对准所述反射棱镜，并自动实时获取反射棱镜点的大地坐标；

所述测距传感器按其安装位置不同，包括巷道顶板测距传感器和巷道帮部测距传感器，所述巷道顶板测距传感器有两个，两个所述巷道顶板测距传感器均安装在所述掘进设备顶表面上，相对于所述掘进设备纵轴线对称；两个所述巷道顶板测距传感器垂直所述掘进设备顶表面且朝向巷道顶板，用于实时获取两个顶板测距点距所述巷道顶板的距离数据；所述巷道帮部测距传感器有两个，两个所述巷道帮部测距传感器分别安装在巷道帮部左右两侧，用于实时获取两个帮部测距点距所述巷道帮部的距离数据；

所述信息传输设备包括第一信息传输子设备和第二信息传输子设备；

所述第一信息传输子设备安装在所述掘进设备上，用于接收第一信息，并通过网络传输将所述第一信息上传给所述数据存储处理模块；所述第一信息至少包括：所述掘进设备运行监测数据、所述惯导装置实时获取的姿态数据和所述测距传感器实时获取的顶帮距离数据；所述第一信息传输子设备还用于接收数据处理模块下发的控制指令数据并传输给所述掘进设备；

所述第二信息传输子设备安装在所述全自动全站仪上，用于接收第二信息，并可通过网络传输上传数据给所述数据存储处理模块；所述第二信息至少包括所述全自动全站仪实时获取的所述掘进设备安装的反射棱镜点的大地坐标数据；

所述规划截割模块安装在所述掘进设备上，通过所述信息传输设备接收所述数据存储处理模块下发的自适应规划截割模板数据，基于所述截割模板数据控制所述掘进设备进行割煤破岩；

所述姿态调控模块安装在所述掘进设备上，通过所述信息传输设备接收所述数据存储处理模块下发的所述掘进设备的姿态纠偏模板数据，基于所述姿态纠偏模板数据调控所述掘进设备的航向角、俯仰角和横滚角，以控制所述掘进设备的截割和行走过程中的姿态；

所述数据存储处理模块包括数据存储模块和数据处理模块；

所述数据存储模块包括初始数据存储子模块和处理数据存储子模块，所述初始数据存储子模块用于存储初始数据，所述初始数据至少包括：巷道导线点、掘进设备模型、地质模型、巷道设计模型、探地层厚度数据、超前探测数据、惯导装置、全自动全站仪、测距传感器及设备自身监测数据；所述处理数据存储子模块用于存储将所述初始数据进行数据处理后的处理数据，所述处理数据至少包括：所述掘进设备的位置和姿态数据、动态更新后的地质模型和巷道设计模型数据、所述掘进设备的自适应规划截割模板、所述掘进设备的姿态纠偏模板、巷道成形质量模型数据；

所述数据处理模块包括所述掘进设备的位置和姿态计算模块、地质模型与巷道设计模型动态更新模块、自适应规划截割模板生成模块、姿态纠偏模板生成模块、巷道成形质量模型自动构建模块、掘进设备监控数据传输模块；

所述智能掘进管控平台模块包括掘进工作面数字孪生系统和智能掘进远程管控系统；

所述掘进工作面数字孪生系统用于构建模型，所述模型至少包括：地质模型、巷道设计模型、掘进设备模型、掘进工作面后配套设备模型、巷道成形质量模型，并基于统一大地坐标系将所述模型进行有机融合与关联展示的时态地理信息系统；

所述智能掘进远程管控系统用于下发所述掘进设备的自适应规划截割模板和姿态纠偏模板的控制指令以及其他动作指令，并可通过视频可视化和三维虚拟可视化双可视化手段，实时监控控制指令的执行情况。

2.根据权利要求1所述的耦合系统，其特征在于，所述掘进设备位置和姿态计算模块用于将所述惯导装置实时获取的所述掘进设备的姿态数据和所述全自动全站仪实时获取的所述反射棱镜的大地坐标数据，计算得出所述掘进设备的基于统一大地坐标系的时空位姿数据。