矿山深部采空区已成为威胁矿山人员和生产设备安全的重要危险源。针对现有深部采空区探测方法成本高、时效性差、测量盲区多等问题,设计了一种探入式三维激光雷达扫描系统进行采空区探测。该系统采用廉价的机械旋转式激光雷达降低成本;...矿山深部采空区已成为威胁矿山人员和生产设备安全的重要危险源。针对现有深部采空区探测方法成本高、时效性差、测量盲区多等问题,设计了一种探入式三维激光雷达扫描系统进行采空区探测。该系统采用廉价的机械旋转式激光雷达降低成本;通过自主设计的基于图优化Cartographer-SLAM(Cartographer Simultaneous Localization and Mapping)算法,能够快速处理激光雷达数据,实现在井下实时定位与建图,提高了时效性;搭配探入式三维激光雷达扫描系统支架,可在危险巷道、采空区等人员难以进入的区域进行测量,有效减少测量盲区。为解决现有建模算法构建的采空区模型不光滑、孔洞多等问题,提出了一种基于移动最小二乘法(Moving Least Squares,MLS)优化的泊松曲面重建算法,对采空区点云数据进行建模,通过MLS法对数据点周围进行高阶多项式插值,经过八叉树分割、向量场计算、泊松方程求解、等值面提取,构建采空区三维模型。在辽宁省某金矿开展试验,通过采集多处采空区、巷道及地下硐室数据,实现了井下空间精确建模。试验结果表明:所设计的系统和算法,可高效、精确地实现深部复杂采空区三维建模,在一定程度上解决了深部复杂采空区探测中空区难以进入、存在测量盲区、建模精度不高等问题,为采空区管理和安全生产提供重要技术支持。展开更多
文摘矿山深部采空区已成为威胁矿山人员和生产设备安全的重要危险源。针对现有深部采空区探测方法成本高、时效性差、测量盲区多等问题,设计了一种探入式三维激光雷达扫描系统进行采空区探测。该系统采用廉价的机械旋转式激光雷达降低成本;通过自主设计的基于图优化Cartographer-SLAM(Cartographer Simultaneous Localization and Mapping)算法,能够快速处理激光雷达数据,实现在井下实时定位与建图,提高了时效性;搭配探入式三维激光雷达扫描系统支架,可在危险巷道、采空区等人员难以进入的区域进行测量,有效减少测量盲区。为解决现有建模算法构建的采空区模型不光滑、孔洞多等问题,提出了一种基于移动最小二乘法(Moving Least Squares,MLS)优化的泊松曲面重建算法,对采空区点云数据进行建模,通过MLS法对数据点周围进行高阶多项式插值,经过八叉树分割、向量场计算、泊松方程求解、等值面提取,构建采空区三维模型。在辽宁省某金矿开展试验,通过采集多处采空区、巷道及地下硐室数据,实现了井下空间精确建模。试验结果表明:所设计的系统和算法,可高效、精确地实现深部复杂采空区三维建模,在一定程度上解决了深部复杂采空区探测中空区难以进入、存在测量盲区、建模精度不高等问题,为采空区管理和安全生产提供重要技术支持。
