申请/专利权人：中国矿业大学

申请日：2023-02-13

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN116295074B

主分类号：G01B11/16

分类号：G01B11/16;G06T7/00;G01S17/931;G01S17/86;G05D1/43;G05D1/249

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.07#授权;2023.07.11#实质审查的生效;2023.06.23#公开

摘要：一种基于深度图像的煤矿巷道围岩变形破坏监测装置及方法，巷道围岩数据采集装置由远程遥控胶轮车、矿用本安双目相机模块和多项传感装置模块组成；远程遥控胶轮车由防爆胶轮车体、远程控制模块、通讯模块、锂电池组成；矿用本安双目相机模块由两套双目相机组成，两套双目相机分别安装在防爆胶轮车体的车身前端和后端；多项传感装置模块由陀螺仪、激光测距仪和防爆全景摄像头组成，其装配在防爆胶轮车体上；方法：在巷道内布置位置监测点，并测量巷道围岩形变的初始状态；利用防爆胶轮车体进行巷道内图像数据的采集；利用图像数据处理模块对图片数据进行处理，并输出结果。该装置及方法能够通过无人化的方式及时、准确对巷道围岩变形量进行监测。

主权项：1.一种基于深度图像的煤矿巷道围岩变形破坏监测方法，其特征在于，其利用一种基于深度图像的煤矿巷道围岩变形破坏监测装置进行监测，所述基于深度图像的煤矿巷道围岩变形破坏监测装置包括巷道围岩数据采集装置（1）和图像数据处理模块（2）；所述巷道围岩数据采集装置（1）由远程遥控胶轮车（11）、矿用本安双目相机模块（12）和多项传感装置模块（13）组成；所述远程遥控胶轮车（11）由防爆胶轮车体（111）、远程控制模块（112）、通讯模块（113）、锂电池（114）组成，所述远程控制模块（112）、通讯模块（113）和锂电池（114）均装配于防爆胶轮车体（111）的内部；所述的防爆胶轮车体（111）的内部还装配有控制器和行走控制模块，其底部装配有多个橡胶轮（115）；所述矿用本安双目相机模块（12）由两套双目相机（121）组成，两套双目相机（121）分别安装在防爆胶轮车体（111）的车身前端和后端；所述多项传感装置模块（13）由陀螺仪（131）、激光测距仪（132）和防爆全景摄像头（133）组成，所述陀螺仪（131）安装在防爆胶轮车体（111）车身顶端的一侧，所述激光测距仪（132）安装在防爆胶轮车体（111）车身顶端的前侧，所述防爆全景摄像头（133）安装在防爆胶轮车体（111）车身顶端的中心，且其高度高于激光测距仪（132）和陀螺仪（131）的高度；所述双目相机（121）与控制器连接，用于实时采集巷道围岩的图片数据，并发送给控制器；所述陀螺仪（131）与控制器连接，用于实时测量防爆胶轮车体（111）的俯仰和倾斜姿态数据，并发送给控制器；所述激光测距仪（132）与控制器连接，用于实时探测距离前方的障碍物距离信号，并发送给控制器；所述防爆全景摄像头（133）与控制器连接，用于实时采集防爆胶轮车体（111）四周的图像数据，并发送给控制器；所述远程控制模块（112）分别与通讯模块（113）和防爆胶轮车体（111）内部的行走控制模块连接，用于在接收到由遥控器发出的行走控制信号后控制行走控制模块执行相应的动作；所述通讯模块（113）与控制器连接，用于建立控制器与外部设备的通信连接，用于建立远程控制模块（112）与遥控器之间的通信连接；所述控制器用于将所接收的图片数据通过通讯模块（113）发送给地面上的图像数据处理模块（2），用于根据姿态数据对防爆胶轮车体（111）的姿态进行校准调整，并输出校准调整信号给行走控制模块，用于根据障碍物距离信号对防爆胶轮车体（111）的行进路线进行调整，并输出路线调整信号给行走控制模块；用于对所接收的四周图像数据进行存储和分析，并在发现具有阻碍正常行驶的异常情况时判定存在自检故障，并通过通讯模块（113）向外部设备输出自检故障信息；所述行走控制模块用于控制防爆胶轮车体（111）的行走动作；所述锂电池（114）用于对防爆胶轮车体（111）上各用电部件进行用电电源的供应；所述橡胶轮（115）通过氮气弹簧（116）与防爆胶轮车体（111）连接；所述控制器为PLC控制器；所述橡胶轮（115）的直径为20cm；所述防爆胶轮车体（111）的长宽高尺寸为60cm*40cm*40cm；监测方法包括以下步骤：步骤一：在巷道内布置位置监测点，并测量巷道围岩形变的初始状态；S11：根据需要监测巷道的长度和先前变形情况，沿巷道长度方向依次布置多组位置监测点，并使每组位置监测点在同一巷道断面中呈环形的排布；其中，位置监测点为设置在巷道表面的塑料小球，且塑料小球表面设置有靶心；S12：在正式对巷道围岩变形破坏监测之前，对巷道围岩形变的初始状态进行测量，并将测量所得到的数据作为巷道围岩变形的初始值；步骤二：利用防爆胶轮车体（111）进行巷道内图像数据的采集；S21：通过远程控制模块（112）控制防爆胶轮车体（111）行走，使其沿着巷道走向从起始点行驶至终点，然后，再通过远程控制模块（112）控制防爆胶轮车体（111）按照相同的路线行驶返回至起始点，在该过程中，通过远程控制模块（112）保存行驶路线，S22：多次重复S21，使远程控制模块（112）保存多组行驶路线；S23：通过远程遥控胶轮车（11）控制防爆胶轮车体（111）在巷道中进行自主行走，并结合多项传感装置模块（13）的辅助功能实现自主行驶过程；在自主行驶过程中，利用装配在防爆胶轮车体（111）上的双目相机（121）循环拍摄巷道围岩的实景图片数据并发送给控制器，再通过控制器将所接收的图片数据经通讯模块（113）发送给地面上的图像数据处理模块（2）；多项传感装置模块（13）的辅助功能实现自主行驶过程方法如下：利用陀螺仪（131）实时测量防爆胶轮车体（111）的俯仰和倾斜姿态数据并发送给控制器，控制器根据姿态数据获得校准调整信号并发送给行走控制模块，利用激光测距仪（132）实时探测距离前方的障碍物距离信号并发送给控制器，控制器根据障碍物距离信号获得路线调整信号并发送给行走控制模块，利用防爆全景摄像头（133）实时采集防爆胶轮车体（111）四周的图像数据并发送给控制器，控制器根据四周的图像数据判断是否存在自检故障，并在存在自检故障时通过通讯模块（113）向外部设备输出自检故障信息；步骤三：利用图像数据处理模块（2）对图片数据进行处理；S31：对比双目相机（121）中两个摄像头所采集到的图片数据，并删去图片数据中的噪音数据；S32：利用图片像素的深度信息对位置监测点进行识别，再在位置监测点被识别的基础上，计算位置监测点的相对距离，然后，根据位置监测点的原始坐标和实际坐标获得位置监测点的位移数据，再对比位置监测点的位移数据与巷道围岩变形的初始值获得监测区域的形变量，最后，利用yolo算法优化重构源数据并建立实景三维模型，以实时显示巷道变形情况；该过程中，当巷道表面位移超过位移报警阈值时，向外部设备发出报警信息，以便于工作人员能够及时发现，并采取卸压措施；S33：通过比对巷道围岩实时形变测量数据和巷道围岩变形的初始值获得差值D，然后基于差值D和时间t的函数关系绘制巷道围岩随时间的变化曲线图；S34：利用形变测量数据和初始值的差值D对时间t进行一次求导得到巷道围岩随时间的变化速度，并绘制巷道围岩实时形变速度曲线图；S35：利用形变测量数据和初始值的差值D对时间t进行二次求导得到巷道围岩随时间的变化加速度，并绘制巷道围岩实时形变加速度曲线图。

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百度查询： 中国矿业大学 基于深度图像的煤矿巷道围岩变形破坏监测装置及方法

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