[发明专利]一种用于煤矿巷道围岩灾害的监测系统、监测方法及预警方法

权利要求书

1.一种用于煤矿巷道围岩灾害的监测系统，其特征在于，包括无人机及其搭载装置、井下无线通讯网络和计算机工作站；

无人机搭载装置包括

控制装置，安装在无人机内部，用于根据接收到的计算机工作站信号，控制无人机启动或停止，用于根据接收到的传感装置传送的信息，调整无人机飞行姿态、飞行航线以及飞行速度；用于预先设定无人机每飞行T距离控制图像采集装置进行一次图像采集，并将采集到的图像数据通过井下无线通讯网络实时传送至计算机工作站，计算机工作站根据实际情况，设置在井下或地面；

传感装置，安装在无人机上，包括陀螺仪、加速度传感器、光流传感器、超声波传感器；

图像采集装置，安装在无人机机身上，用于对巷道顶板、底板、左帮壁、右帮的围岩进行图像信息采集；

供电装置，安装在无人机内部，用于为无人机、控制装置、传感装置、图像采集装置提供电源；

计算机工作站，用于向无人机的控制装置发送控制信号，用于对控制装置传送的信息进行处理，在计算机工作站上显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿巷道围岩灾害的监测系统，其特征在于，图像采集装置包括4组双目相机，每组双目相机由两台防爆高清工业相机组成，4组双目相机分别安装在无人机机身上方，用于拍摄巷道顶板；无人机机身下方，用于拍摄巷道底板；无人机机身左侧，用于拍摄巷道左帮；无人机机身右侧，用于拍摄巷道右帮；

还包括照明装置，与控制装置相连，由6个矿用隔爆兼本质安全型LED灯组成，分别安装在机身的前、后、上、下、左、右6个方向，用于在图像采集装置拍摄时，对巷道拍摄区域进行照明；

供电装置采用矿用隔爆兼本质安全型电源供电。

3.一种用于煤矿巷道围岩灾害的监测方法，其特征在于，将无人机首次飞行测量得到的巷道围岩的实景三维模型中各监测点的坐标作为初始值，其后每次测量的结果均与初始值作比较，计算得到巷道变形量，实现对巷道变形的实时监测，具体包括以下步骤：

1）启动无人机，使其从待测巷道区域沿着巷道走向，从起始点飞行至终点，并自动保存飞行航线；

2）无人机从起始点起飞开始测量，按照步骤（1）的飞行航线，每飞行T米，搭载在机身上的4组双目相机同时对巷道内壁围岩进行一次拍摄，同时记录拍照时间，得到一个巷道段中围岩图像测量数据，并将该数据通过无线通讯网络将拍摄的照片实时传送至计算机工作站；计算机工作站根据双目相机拍摄的图像测量数据，通过双目视觉三维重构算法，重构该次测量的巷道段中围岩的实景三维模型，直至完成待测巷道区域的拍摄测量；

3）计算机工作站将每个巷道段中围岩的实景三维模型顺次拼接，生成待测巷道的实景三维模型；

4）重复执行步骤（2）至步骤（3）对待测巷道进行往复测量，计算机工作站实时更新巷道围岩的实景三维模型，同时将实时重构的巷道段中围岩实景三维模型中巷道断面面积与首次飞行测量的该巷道断面面积进行比较，得到实时巷道断面收敛比例，将实时重构的巷道段中围岩实景三维模型中巷道断面的监测点三维坐标与首次飞行测量的该监测点初始值进行比较，得到实时巷道围岩变形量、变形速率、变形加速率，实现对巷道变形的实时监测。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤矿巷道围岩灾害的监测方法，其特征在于，巷道断面及该断面上监测点的选取方法包括以下步骤：

a）从待测巷道起始点位置，沿巷道走向每隔1m距离选取一个巷道断面进行监测；

b）在巷道断面的巷道顶板、底板、左帮、右帮分别选取4个监测点，共计16个点作为监测点。

5.根据权利要求4所述的一种用于煤矿巷道围岩灾害的监测方法，其特征在于，根据巷道底板的宽度L，每隔1/5L的距离选取1个监测点，巷道顶板的监测点与巷道底板的监测点位置相对应；

根据巷道左帮的高度H，每隔1/5H选取1个监测点，右帮上的监测点位置与左帮上的监测点位置相对应。