[发明专利]一种基于多传感器的井筒快速变形监测设备和方法

说明书

本发明适用于矿井井筒快速变形监测；设备采用多传感器，测量2D激光雷达初始坐标，再在井筒中逐渐下放2D激光雷达；记录不同时刻数据；对轮式里程计、惯性测量单元记录的数据进行预处理，计算不同时刻钢丝下放距离和惯性测量单元的位姿数据；对轮式里程计计算的下放距离数据和惯性测量单元计算的位姿数据按时间戳进行插值，获取每个时间戳下2D激光雷达的位姿；计算不同深度的井筒壁精确坐标，建立井筒的三维网格模型，获取井筒的变形数据；本方法安全、精度高、成本低、劳动强度小、测量数据量大，减少和避免井筒测量过程中因环境复杂造成的测量人员受伤，大大提高井筒监测的效率。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种基于多传感器的井筒快速变形监测设备和方法。

背景技术

立井井筒通道作为矿井安全生产的重要运输通道和交通要道，是进行矿井下作业和井下活动的重要要道，保证了煤矿立井井筒的安全就是保证了矿井生产的安全。由于采动的影响，使用年限较长的立井会发生变形，井筒的安全事故时有发生，井壁、罐道、罐梁等附属设备会发生形变，影响了矿井安全生产。要想保证井筒的正常运行就必须先获取井筒的精确的三维模型，再对比分析前后变形情况，以便及时排除故障；

虽然井筒变形方法已经发展了多年，但现有的方法存在效率低，危险性大、依赖人工以及精度不够等弊端。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于多传感器的井筒快速变形监测设备和方法。

（二）技术方案

一种基于多传感器的井筒快速变形监测设备，包括卷扬机、定滑轮、轮式里程计、2D激光雷达及惯性测量单元；

所述卷扬机引出钢丝；所述钢丝绕过位于井筒上方的定滑轮，定滑轮配有轮式里程计；所述钢丝伸入井筒内，并设置有2D激光雷达及惯性测量单元。

一种井筒快速变形监测方法，使用了上述的一种基于多传感器的井筒快速变形监测设备，包括以下步骤：

S1，测量2D激光雷达初始坐标，启动卷扬机，在井筒中逐渐下放2D激光雷达，轮式里程计的滚轮与定滑轮同步滚动；

S2，记录不同时刻轮式里程计的圈数、2D激光雷达扫描时水平扫描角度和距离，以及惯性测量单元的加速度值和角速度值数据；

S3，对轮式里程计、惯性测量单元记录的数据进行预处理，计算不同时刻钢丝下放距离和惯性测量单元的位姿数据；

S4，对轮式里程计计算的下放距离数据和惯性测量单元计算的位姿数据按时间戳进行插值，获取每个时间戳下2D激光雷达的位姿数据；

S5，计算不同深度的井筒壁精确坐标，建立井筒的三维网格模型，获取井筒的变形数据。

进一步的，惯性测量单元的位姿数据，包括其姿态矢量、速度矢量和位移矢量；2D激光雷达的位姿数据，包括其姿态矢量和位移矢量。

（三）有益效果

本发明适用于矿井井筒快速变形监测，设备包括卷扬机、钢丝、定滑轮、2D激光雷达、惯性测量单元以及轮式里程计。该设备采用多传感器，测量2D激光雷达初始坐标，再在井筒中逐渐下放2D激光雷达；记录不同时刻数据；对轮式里程计、惯性测量单元记录的数据进行预处理，计算不同时刻钢丝下放距离和惯性测量单元的位姿数据；对轮式里程计计算的下放距离数据和惯性测量单元计算的位姿数据按时间戳进行插值，获取每个时间戳下2D激光雷达的位姿数据；计算不同深度的井筒壁精确坐标，建立井筒的三维网格模型，获取井筒的变形数据；本方法安全、精度高、成本低、劳动强度小、测量数据量大，减少和避免井筒测量过程中因环境复杂造成的测量人员受伤，大大提高井筒监测的效率。

附图说明