[发明专利]一种基于三维激光点云的割煤顶板线提取方法

说明书

本发明提供一种基于三维激光点云的割煤顶板线提取方法，涉及煤矿智能开采领域。利用激光扫描仪，实时感知获取煤矿井下综采工作面激光点云数据，采取点云滤波、切片和基于空间形态提取特征点等技术手段，提取激光点云综采工作面采煤机当前刀的割煤顶板线，为优化下一刀或几刀的采煤机的截割线和采煤机滚筒的自适应调高提供依据。

技术领域

本发明涉及煤矿智能开采领域，尤其涉及一种基于三维激光点云的割煤顶板线提取方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展以及煤矿安全生产要求的提高，煤矿生产正在朝着自动化以及智能化方向发展，采煤机调高也逐渐由人工就地控制方式向采煤机自动截割控制方式进行转变。

目前，煤矿生产中，控制采煤机自动截割轨迹的方法主要是根据反馈或记忆信息来调整采煤机截割轨迹。通常为，司机操纵采煤机沿工作面煤层先割一刀，通过传感器获取当前刀采煤机的位置、牵引方向、牵引速度、左截割摇臂位置、右截割摇臂位置、采煤机横向倾角、采煤机纵向倾角等具体参数存入计算机，从而为下一刀或下几刀采煤机截割行程提供数据依据。如煤层条件发生变化，则需要通过多种传感器监测和采集信号，进行数据融合后得到煤岩界面信息，采煤机根据此信息自动调高，同时记忆调整过的设备运行参数，作为下一刀或下几刀采煤机调高的依据。

激光扫描技术，作为监测采煤机截割轨迹的重要手段，因其非接触、精度高、受烟尘影响小等特点日益受到国内外煤矿领域专家学者重视，但由于激光点云数据存在的海量性、离散性、冗余多的特点，目前煤矿生产中，往往只能将激光扫描仪作为一种监测设备，远程获取工作面三维场景信息，无法利用激光点云数据的空间特征直接提取采煤机割煤顶板线，即无法提供当前刀采煤机截割轨迹的反馈信息。

发明内容

基于上述技术问题，本发明充分利用激光扫描仪优势提出了一种基于三维激光点云的割煤顶板线提取方法。利用本发明的割煤顶板线提取技术，基于三维激光点云数据生成当前刀割煤顶板线，为优化下一刀或几刀的采煤机的截割线和自适应调高提供依据。

一种基于三维激光点云的割煤顶板线提取方法，包括以下步骤：

如图1所示，x轴为激光扫描仪沿工作面运动的方向(前进方向为正)；y轴沿水平方向且垂直于x轴，左侧为正；z轴沿垂直方向且垂直于x轴，上为正；ABB′A′表示煤壁，AA′D′D表示割煤顶板，AA′表示需要提取的割煤顶板线。

步骤1：利用激光扫描仪沿综采工作面方向获取当前刀工作面围岩三维激光点云数据和激光扫描仪的运动轨迹数据；

步骤2：读取激光点云，利用体素法进行滤波，移除点云中明显的噪声点和冗余点，保证工作面空间特征的前提下，精简点云数据；

步骤3：沿激光扫描仪运动方向，按照预设厚度对工作面点云进行切片，利用投影法，将每个点云切片附近的点都投影到该点云切片上，得到一组反映工作面特征的切片集合，从而将工作面三维激光点云数据转化为二维点云切片集合；

步骤4：循环遍历每个二维点云切片。

1)根据约束条件，控制y轴、z轴方向上的阈值，剔除冗余点，从而减少计算量；2)循环遍历二维点云切片每个点，求取该切片上距离激光扫描仪最远的点，即为该切片的特征点；

步骤5：连接每个二维点云切片得到的特征点，拟合出相应的割煤顶板线；

步骤6：所获割煤顶板线，导入透明工作面地质模型生成截割曲线输入采煤机，实现采煤机滚筒的自适应调高和智能化控制。

进一步地，步骤3沿激光扫描仪运动轨迹x轴方向，取一定的厚度x_δ，对激光点云进行切片，利用投影法，每个切片点云定义每层的中间位置为该层的投影参考面，按照如下公式，将该层内所有的点投影至该平面。