[发明专利]一种用于钻爆法施工隧道工作面检测装置及方法

权利要求书

1.一种用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置，其特征在于，包括：控制系统、存储与传输系统、信息采集系统、照明与供电系统以及无人机；

所述控制系统、所述存储与传输系统、所述信息采集系统以及所述照明与供电系统设于所述无人机上；所述控制系统分别与所述存储与传输系统、所述信息采集系统以及所述照明与供电系统相连接；所述信息采集系统包括激光测距传感器以及热成像仪；所述激光测距传感器以及所述热成像仪设于所述无人机的外表面；

所述控制系统包括远距离无线电LoRa无线通讯模块、视觉模块以及信号强度检测模块；所述信号强度检测模块分别与所述LoRa无线通讯模块以及所述视觉模块相连接；所述信号强度检测模块用于检测无线通讯信号的强度，实现远程控制模式与自主作业模式之间的切换；所述LoRa无线通讯模块用于在有通讯信号条件下，在远程控制模式下，通过手持终端对工作面检测装置进行控制操作；

所述存储与传输系统分别与所述视觉模块、所述激光测距传感器以及所述热成像仪相连接；所述存储与传输系统用于存储所述激光传感器以及所述热成像仪采集的信息；所述视觉模块用于检测所述工作面检测装置在隧洞内失去通讯信号的条件下，在自主作业模式下，按规划路线自主前往工作面拍摄并且自动返回图像；

所述视觉模块包括SLAM同步定位与建图模块和IMU惯性测量单元模块；

所述信息采集系统中的深度相机用于实时采集周边图像，记录图像中每个像素点与所述工作面检测装置的距离，作为图像的深度信息；

所述视觉模块中的SLAM模块用于提取每帧图像特征点，对相邻帧进行特征点匹配，获得所述工作面检测装置在不同位置观察到的各个特征点的距离信息；所述SLAM模块还用于将所述距离信息处理后得到所述工作面检测装置在某一飞行时刻与周边环境的相对位置；

所述视觉模块中的IMU模块用于记录所述工作面检测装置飞行起点的坐标，并获取所述工作面检测装置在每个飞行时刻的三轴线位移和角位移，通过所述工作面检测装置飞行起点的坐标和各飞行时刻的位移，获得检测装置的飞行轨迹，解算检测装置实时姿态，并对飞行姿态进行调整，以确保所述工作面检测装置向隧道内部飞行；

所述工作面检测装置还用于根据所述SLAM模块获取的不同位置相对各个特征点的距离信息以及所述IMU模块获取的在各位置间的飞行轨迹计算每个特征点的空间位置，从而建立隧道3D地图；所述工作面检测装置在往复进行飞行作业的同时，还用于通过回环检测的方式完善所述3D地图中每个特征点的空间位置；

所述工作面检测装置还用于通过激光测距传感器探测到隧道工作面的位置，并在预先设计的位置自动悬停，同时控制相机拍摄不同角度的工作面照片；调整检测装置位置，对爆破后的抛石进行拍照；所述预先设计的位置与工作面的距离小于或等于其中，R为隧道半径，α为相机视角。

2.根据权利要求1所述的用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置，其特征在于，所述激光测距传感器包括前方激光测距传感器、左侧激光测距传感器、右侧激光测距传感器以及上部激光测距传感器；

所述前方激光测距传感器设于所述无人机的前端；

所述左侧激光测距传感器设于所述无人机的左侧；

所述右侧激光测距传感器设于所述无人机的右侧；

所述上部激光测距传感器设于所述无人机的上端。

3.根据权利要求1所述的用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置，其特征在于，所述热成像仪设于所述无人机的前端。

4.根据权利要求1所述的用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置，其特征在于，还包括：底部高度传感器；所述底部高度传感器设于所述无人机的底部。

5.根据权利要求1所述的用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置，其特征在于，还包括：惯性测量单元传感器；所述惯性测量单元传感器设于所述无人机的内部。

6.根据权利要求1所述的用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置，其特征在于，还包括：带有云台装置的深度相机；

所述带有云台装置的深度相机设于所述无人机的尾端。