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作者：袁科文中国矿业大学

学位级别：硕士

煤矿巷道的安全高效掘进在煤岩开采中起着十分重要的作用,但巷道环境复杂、安全隐患大,而使用传统的巷道变形检测方法效率低、耗时长,且需要人工深入现场测量,因此利用机器人参与煤矿巷道巡检工作是未来的发展方向。随着三维激光扫描技... 详细信息

煤矿巷道的安全高效掘进在煤岩开采中起着十分重要的作用,但巷道环境复杂、安全隐患大,而使用传统的巷道变形检测方法效率低、耗时长,且需要人工深入现场测量,因此利用机器人参与煤矿巷道巡检工作是未来的发展方向。随着三维激光扫描技术的发展,激光雷达能够快速、准确的获取环境信息,被广泛应用于各行各业。因此,本文以移动巡检机器人为平台,通过搭载三维激光雷达,实现巡检机器人在巷道环境下的自主行走及巷道变形检测。具体内容如下:(1)搭建了巡检机器人平台及系统模型。首先针对煤矿巷道的智能化检测进行需求分析,设计了基于履带式的移动巡检机器人实验平台,确定了巡检机器人的软硬件系统方案。然后根据系统的总体方案,针对性的建立巡检机器人的系统模型,为巡检机器人的运动控制和巷道环境扫描提供了基础。(2)提出了基于改进A*算法与DWA算法的混合路径规划方法并进行实验验证。首先以全局路径规划A*算法为基础,针对传统A*算法规划的路径拐点多、路径不平滑等问题,提出一种包含目标权重信息的改进启发函数,并基于Floyd算法和B样条曲线进行冗余节点的剔除及路径平滑处理。然后将全局路径规划A*算法和局部路径规划DWA算法进行融合,提取出改进A*算法的全局路径关键节点信息,将提取到的全局路径节点依次设置为DWA算法的局部目标点,进行动态路径规划至目标点。实验结果表明,本文所提融合改进A*算法和DWA算法的混合路径规划方法效率更高、安全性更好,可以满足煤矿巷道巡检机器人的运动要求。(3)研究了基于激光扫描的巷道变形检测关键技术。首先阐述了点云去噪以及下采样方法的工作原理,针对点云去噪以及下采样方法的不足,提出了融合统计滤波和中值滤波的点云去噪方法以及基于密度约束和重心临近点的体素化网格下采样方法。然后使用双向投影法提取巷道中轴线,利用Cloud Compare点云处理软件分割点云数据,提取巷道断面并拟合轮廓曲线。最后介绍了依据已处理的点云数据提取巷道变形量,进行巷道变形检测与分析的方法。(4)为验证整体方案的可行性,使用巡检机器人实验平台进行自主行走实验研究及巷道变形检测应用分析。首先依靠巡检机器人平台验证本文所提路径规划算法的性能及实际应用效果。然后对激光扫描获取的模拟巷道点云数据进行处理,提取变形量,进行巷道变形分析。本论文包含图58幅,表19个,参考文献115篇。

关键词：巡检机器人路径规划自主行走激光扫描巷道变形检测

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煤矿井下巷道变形巡检视频异常检测方法

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工矿自动化 2021年第2期47卷 13-17页

作者：杨春雨袁晓光中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

采用智能视频巡检技术进行煤矿井下巷道变形检测时,常用的背景差分算法因要求输入图像具有良好的时空连续性而无法满足巡检视频背景建模要求。根据煤矿井下巷道变形巡检机器人匀速、定向运动及周期性采集视频数据的特点,提出一种巡检视... 详细信息

采用智能视频巡检技术进行煤矿井下巷道变形检测时,常用的背景差分算法因要求输入图像具有良好的时空连续性而无法满足巡检视频背景建模要求。根据煤矿井下巷道变形巡检机器人匀速、定向运动及周期性采集视频数据的特点,提出一种巡检视频异常检测方法:结合巡检机器人定位信息对巡检视频分段并提取相应关键帧,采用均值哈希算法建立背景模型,对背景模型中图像进行特征跟踪以实现校正,之后将背景模型与关键帧进行差分运算,生成二值掩膜并进行去噪及连通处理后,输出异常检测结果并更新关键帧。实验结果表明,该方法在一定条件下可较准确地定位关键帧并检测出异常目标,检测速度约为50帧/s。

关键词：巷道变形检测巡检机器人智能视频巡检异常检测背景差分

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煤矿井下巷道点云变形检测及可视化研究

引用

黑龙江工业学院学报（综合版） 2024年第7期24卷 105-112页

作者：穆莉莉杨紫威刘帅帅王天棋李训杰安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001

为解决煤矿井下巷道变形传统检测的非连续、效率低、智能化程度低的问题,提出一种深度相机与激光雷达点云融合三维空间重构后进行变形分析的新方法。设计了点云切片及提取骨骼线算法,建立了巷道变形检测模型。三维点云处理复杂,算法集... 详细信息

为解决煤矿井下巷道变形传统检测的非连续、效率低、智能化程度低的问题,提出一种深度相机与激光雷达点云融合三维空间重构后进行变形分析的新方法。设计了点云切片及提取骨骼线算法,建立了巷道变形检测模型。三维点云处理复杂,算法集成难度大,基于Qt开发了可视化变形监控软件,通过信号槽机制完成人机交互设计。测试表明,系统可对巷道全域进行自动连续检测,变形检测精度高,软件具有良好的人机交互性。

关键词：巷道变形检测骨骼线提取点云切片 Qt 可视化

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