[发明专利]一种采煤机定位监测系统及其监测方法

权利要求书

1.一种采煤机定位监测方法，其特征是：所述监测方法基于监测系统实施，所述监测系统包括智能定位监测装置、定位靶和上位机；所述的智能定位监测装置包括一台2维激光雷达、一台数字摄像机、一个3轴倾角传感器及测控微机；所述的2维激光雷达和数字摄像机均安装在智能定位监测装置壳体外部，且均指向定位靶；所述的3轴倾角传感器固定在测控微机的电路板上，测控微机固定安装在智能定位监测装置壳体内部，3轴倾角传感器在采煤机行进过程中可以监测到采煤机的俯仰角和翻滚角，实现对采煤机姿态的监测；所述的定位靶是一个宽度与工作面单台液压支架等宽、高度相同的长方形金属板，金属板朝向采煤机的一侧为黑色底面、表面喷涂白色液压支架条码和格状图案，每个定位靶均固定在液压支架立柱前端的底座相同位置，测量时智能定位监测装置的激光雷达和数字摄像机与定位靶之间应无任何阻挡；所述的上位机装设在智能综采工作面监控中心，负责对智能定位监测装置上传数据的接收、存储、分析及控制；

所述监测方法包括如下步骤：

步骤1：采煤机在刮板输送机上行走作业，在工作面的位置发生变化，利用智能定位监测装置的测控微机控制激光雷达对其侧向的若干临近定位靶进行扫描测距，激光雷达扫描输出一组点云数据，该组点云数据表示扫描时激光照射到的各定位靶表面的离散点到测量点的距离和旋转夹角，可表示为(r_i，α_i)(i＝1,2,3，...，n)，α角以机身前进方向为0°，即X轴正方向，顺时针方向旋转为正；由测距结果中距离r最小时对应的角α，可知该位置采煤机的航向角

步骤2：对点云数据(r_i，α_i)(i＝1,2,3，...，n)通过Hough变换获得临近区域若干定位靶平面与激光扫描平面的相交直线线段方程，表示为L₁、L₂、L₃、...；若相邻的定位靶靶面在一个近似连续平面上，则其对应的直线线段近似连续；若相邻的定位靶靶面处于非连续平面上，则其对应的直线线段在Y轴方向存在相对位移；采煤机在刮板输送机上连续行走，利用激光雷达测得的点云数据，通过Hough变换和坐标变换建立工作面所有定位靶的直线线段方程，表示为L₁、L₂、...、L_N，进一步地，由各定位靶的直线线段方程，可知各直线线段在Y轴方向的位移，分别表示为ΔY₁、ΔY₂、...、ΔY_N；

步骤3：由智能监测装置的数字摄像机对其侧向的定位靶进行拍照成像，形成的数字图像由测控微机上传到上位机，上位机对上传的图像经过图像倾斜校正处理及特征识别，则可确定该时刻数字摄像机其侧向即正对Y方向的定位靶编号K及该定位靶与数字摄像机的相对位移M；设定位靶宽度均为W，采煤机在初始直线段行走时激光雷达扫描测距输出的最小距离为H；将采煤机坐标简化为一个点，该点具体对应为采煤机上安装的智能定位监测装置的中心位置，则采煤机坐标可表示为(K×W+M，H+ΔY_K)，即采煤机在工作面的位置坐标。