[发明专利]一种工作面激光雷达监测阵列数据采集系统及采集方法

权利要求书

1.一种工作面激光雷达监测阵列数据采集系统，其特征在于，包括设置在采煤工作面一侧的多个激光雷达探头和井下处理终端、井下防爆交换机以及井下隔爆电源；

每个所述的激光雷达探头均与井下防爆交换机相连，所述的井下防爆交换机与井下处理终端相连，所述的激光雷达探头和所述的井下防爆交换机上均连接有井下隔爆电源；

所述的激光雷达探头用于对采煤工作面进行同步扫描，并将采集的点云数据异步发送至井下防爆交换机；

所述的井下防爆交换机用于将接收到的点云数据发送至井下处理终端；

所述的井下处理终端用于接收并处理点云数据、控制激光雷达探头的扫描模式以及控制激光雷达探头的唤醒和休眠；

所述的井下隔爆电源用于给激光雷达探头和井下防爆交换机供电。

2.一种工作面激光雷达监测阵列数据采集方法，其特征在于，采用权利要求1所述的工作面激光雷达监测阵列数据采集系统，包括以下步骤：

步骤1，对激光雷达探头进行编号；

靠近刮板运输机的机尾处的激光雷达探头编号为A，靠近刮板运输机的机头处激光雷达探头编号为C，激光雷达探头A和激光雷达探头C之间的激光雷达探头编号为Bi，i＝1～n，n为正整数，并确定前端进刀区域岗哨激光雷达探头和后端进刀区域岗哨激光雷达探头；

步骤2，启动所述的采煤工作面固定式激光雷达监测阵列数据采集系统，激光雷达探头进行自检；

所述的自检包括检查激光雷达探头自身完整性、通信情况、接口工况、相邻激光雷达探头通视性；

步骤3，相邻的激光雷达探头进行相互位置标定，并以激光雷达探头A的内置坐标系为基准建立工作面激光扫描模型基准坐标系；

步骤4，井下处理终端控制激光雷达的激光雷达探头均进入全扫模式，即所有激光雷达探头对采煤工作面进行同步扫描，并将采集的点云数据异步发送至井下防爆交换机，井下防爆交换机发送至井下处理终端，井下处理终端接收并处理点云数据，得到工作面初始模型；

步骤5，实时判断前端进刀区域岗哨激光雷达探头或者后端进刀区域岗哨激光雷达探头是否探测到采煤机，是则进入进刀模式，否则进入平扫模式；

所述的进刀模式是采煤机在煤体端头位置往复移动和进刀，煤体端头位置处的激光雷达探头连续扫描，得到点云数据，当对应的岗哨探头检测到采煤机移出进刀区域后，退出进刀模式，进入平扫模式；

所述的平扫模式具体包括以下步骤；

步骤5.1，根据采煤机宽度建立滑动平扫窗口，所述的滑动平扫窗口覆盖采煤机附近的激光雷达探头；

步骤5.2，滑动平扫窗口内的激光雷达探头对采煤机和附近采煤工作面进行扫描，得到点云数据，滑动平扫窗口外部的激光雷达探头全部进入休眠状态；

步骤5.3，采煤机移动时滑动平扫窗口随之移动，进而唤醒采煤机前方一个激光雷达探头并使其加入滑动平扫窗口，移出滑动平扫窗口的激光雷达探头检测到所在的液压支架移动完毕且扫描范围内无移动物体时进入休眠状态；

步骤6，将步骤5得到的点云数据异步发送至井下防爆交换机，井下防爆交换机发送至井下处理终端，井下处理终端接收并处理点云数据，得到局部更新模型；

步骤7，将步骤4得到的工作面初始模型和步骤6得到的局部更新模型进行融合得到工作面全局模型。

3.如权利要求2所述的工作面激光雷达监测阵列数据采集方法，其特征在于，步骤3，具体包括以下步骤：

步骤3.1，采用采煤工作面的所有激光雷达探头Bi扫描工作面空间形态、测量激光雷达探头到煤壁的煤壁距离以及确定相邻激光雷达探头的相对位置；其中：i＝1～n；

步骤3.2，以激光雷达探头A的内置坐标系为基准，建立工作面激光扫描模型基准坐标系，其余激光雷达探头通过分步骤3.1中采集的空间形态、煤壁距离以及与相邻探头的相对位置并进行配准变换计算，将自身坐标系统一到该工作面激光扫描模型基准坐标系中。