[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

说明书

本发明公开了一种工作面激光雷达监测阵列数据采集系统及采集方法，对激光雷达探头进行编号；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；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；通过全扫模式、平扫模式和进刀模式等扫描策略切换，延长了激光雷达的使用寿命，降低了系统部署维护成本，减少了数据传输占用带宽，解决了现有技术中井下激光雷达监测设备使用寿命较短的技术问题。

技术领域

本发明属于煤矿的技术领域，涉及雷达监测，具体是一种工作面激光雷达监测阵列数据采集系统及采集方法。

背景技术

无人开采技术作为煤矿智能化的最终目标受到业界的广泛关注，对与之配套的技术设备与工艺流程等技术要求也越来越迫切。要想实现工作面开采无人化，首先就需要对井下开采工作面环境做全方位的监测和感知。激光雷达作为一种新兴的空间测绘和感知技术，已在地面测绘和环境监测等领域有了长足的发展和广泛的应用。激光雷达探测精度高、扫描建模速度快和不依赖可见光等特性十分适合煤矿井下工作面扫描与空间监测。

目前对工作面的监测为传感器和视频监测，但视频监测数据采集方法并不适用于激光雷达扫描监测数据的采集。其主要问题有：

(1)目前行业内缺少一套工作面空间模型采集系统，对工作面的监测仅限于摄像头视频观测与传感器数据采集，此类数据仅能提供抽象的工作面概览，无法直接为工作面模型动态更新和工作面数字孪生提供动态数据模型。

(2)市面上主流激光雷达硬件设备寿命约为5000-20000小时，若像工作面液压支架上布置的摄像头一样24小时连续采集，其工作周期大约为2.28年，考虑到井下高粉尘、高湿度、强震动等环境因素，实际设备生命周期更短。且激光雷达扫描探头单个硬件成本高达数万元，若探头成为消耗品，则监测系统整体成本会大幅上升。此外，激光雷达扫描仪测量精度高，高密度点云数据实时采集时，瞬时数据量可达到百兆每秒，由于工作面起伏和激光雷达探头扫描范围等因素制约，工作面内需要同时部署十几个甚至几十个探头才能实现全工作面覆盖。如果全部探头同时扫描、采集数据，会对井下环网造成巨大的压力，而井下激光雷达监测系统中央处理单元也很难及时处理如此巨大的点云数据，造成系统卡顿，甚至卡死的情况。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种工作面激光雷达监测阵列数据采集系统及采集方法，以解决现有技术中井下激光雷达监测设备仅能提供抽象的工作面概览数据且使用寿命较短的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种工作面激光雷达监测阵列数据采集系统，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。

一种工作面激光雷达监测阵列数据采集方法，包括以下步骤：

步骤1，对激光雷达探头进行编号；