[发明专利]一种基于顶板特征的煤矿巷道导航定位方法和装置

权利要求书

1.一种基于顶板特征的煤矿巷道导航定位装置，其特征在于，包括：

拍摄模块，设置于行进于煤矿巷道中的掘进机机身，成像器件对称轴与掘进机机身对称轴方向一致，且成像器件镜头朝向掘进机机身正上方，用于实时拍摄巷道顶板特征；所述拍摄模块为工业摄像机，设置于巷道顶部的巷道顶板特征为巷道顶部的锚杆托盘，且工业摄像机的拍摄视场至少覆盖2个巷道顶部的锚杆托盘；

分析模块，连接拍摄模块，用于设定图像提取时间点，并在预设的图像提取时间点提取拍摄模块拍摄的巷道顶板特征得到的图像，根据摄影测量法，计算相邻的图像提取时间点时刻的两幅图像中，拍摄模块相对巷道顶板特征的相对空间位姿参数，获得拍摄模块在相邻的图像提取时间点的空间位姿改变量；

若在工业摄像机的拍摄视场覆盖沿掘进机行进方向设置的第一锚杆托盘和第二锚杆托盘，则在掘进机的行进过程中，分析模块分别解算工业摄像机与两个锚杆托盘的相对空间位姿，以相邻的图像提取时间点计算得到的第一锚杆托盘与工业摄像机之间的相对空间位姿作为空间位姿改变量；

定位模块，用于获取掘进机行进初始时刻拍摄模块的初始空间位姿参数，通过将初始空间位姿参数与分析模块计算得到的多个相邻的图像提取时间点的空间位姿改变量叠加，得到掘进机的实时绝对空间位姿参数；

当第一锚杆托盘距离工业摄像机的视场边缘距离小于等于预设距离时，分析模块计算相邻的图像提取时间点计算得到的第一锚杆托盘与工业摄像机之间的相对空间位姿，作为空间位姿改变量，当第一锚杆托盘完全从工业摄像机的拍摄视场中消失时，将第二锚杆托盘作为第一锚杆托盘，并将新进入工业摄像机拍摄视场的锚杆托盘作为第二锚杆托盘。

2.一种基于顶板特征的煤矿巷道导航定位方法，利用如权利要求1所述的煤矿巷道导航定位装置进行煤矿巷道导航定位，其特征在于，包括：

分别在巷道、工业摄像机及第一锚杆托盘和第二锚杆托盘上选取中心点，并以选取的中心点为坐标原点，建立巷道、工业摄像机及第一锚杆托盘和第二锚杆托盘的空间直角坐标系；

利用定位模块获取掘进机行进初始时刻t＝t0拍摄模块的初始空间位置坐标为(χ_O，y_O，z_O)，初始横滚角为α₀，初始俯仰角为β₀，初始偏航角为γ₀；

设t＝t0时，掘进机位于煤矿巷道起点处，通过工业摄像机采集第一锚杆托盘和第二锚杆托盘的图像，测得工业摄像机相对第一锚杆托盘的位置坐标为及相对第一锚杆托盘的横滚角为俯仰角为偏航角为工业摄像机相对第二锚杆托盘的位置坐标为相对第二锚杆托盘的横滚角为俯仰角为偏航角为

设t＝t1时，掘进机行进至下一个位置，再次通过工业摄像机采集第一锚杆托盘和第二锚杆托盘的图像，当第一锚杆托盘部分移出工业摄像机视场时，测得工业摄像机相对第二锚杆托盘位置坐标为工业摄像机相对第二锚杆托盘的横滚角为俯仰角为偏航角为则t＝t1时刻工业摄像机的绝对位置为工业摄像机的绝对横滚角为绝对俯仰角为绝对偏航角为

设t＝t2时，掘进机行进至下一个位置，新的锚杆托盘进入工业摄像机视场，作为新的第二锚杆托盘，原第二锚杆托盘成为第一锚杆托盘，采集新的第一锚杆托盘和第二锚杆托盘的图像，测得工业摄像机相对新的第一锚杆托盘的位置坐标为相对新的第一锚杆托盘的横滚角为俯仰角为偏航角为工业摄像机相对新的第二锚杆托盘的位置坐标为相对新的锚杆托盘的横滚角为俯仰角为偏航角为则t＝t2时刻，工业摄像机的绝对位置为绝对横滚角为绝对俯仰角为绝对偏航角为