【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井监测安全领域，涉及但不限于一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法及装置。
技术介绍
1、刮板输送机作为采煤机的运行轨道以及矿井运输主要设备，在现代化采煤工艺中发挥着重要作用。实际工作过程中，无论是倾角较大的工作面，还是倾角较小甚至是近水平工作面，刮板输送机都存在不同程度上的上窜下滑问题。在重力、推力等外力的作用下会使刮板输送机在采煤工作面倾斜的方向上产生“向上”或“向下”的分力，造成刮板运输机机头处与综采面其他设备搭接不合理，导致“三机”配套结构失稳、牵引液压支架发生偏斜，从而引发工况恶化、减弱顶板的支护效果，最终造成安全隐患。井下工作人员需多次停机处理由于上窜下滑产生的“拉回煤”、“转载搭接”等问题，频繁加减溜槽不仅增加了检修班工人的劳动强度，还影响了生产班的煤炭开采作业。煤层倾角越大，控制前部刮板输送机越困难。上窜下滑发生时需耗费较大的人力物力进行故障诊断以及设备维修，会大幅降低煤矿的生产效率。
2、刮板输送机的正常运转是综采工作面安全高效回采的关键，避免刮板输送机上窜下滑问题发生尤为重要。随着煤矿机械设备研究近年来取得了极大的进展，目前存在的上窜下滑偏移测量方法分为主要分布在激光测距领域，在复杂环境下激光测量的局限性较大，会因巷道壁表面不平滑、采煤机的震动导致测量数据存在较大波动，当有异物遮挡时无法区分所得数据是否为有效监测数据，易造成错误信息反馈，所得数据的可靠性较低，测量结果缺乏普遍性和三维性信息。
技术实现思路
1、基于相关技术中的问
2、本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术实施例提供一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法，所述方法包括：
4、在运输巷巷壁上设置标靶，获取标靶区域深度图像，并对所述标靶区域深度图像进行滤波、空洞填充后，得到处理后的标靶区域深度图像；
5、基于以图像采集设备为原点建立的世界坐标系，对所述处理后的标靶区域深度图像中的像素坐标和深度值进行坐标转化，得到三维点云；
6、对所述三维点云依次进行去噪、分割、下采样和聚类划分处理，得到第一标靶点云；
7、基于获取的标靶模板点云和所述第一标靶点云，提取模板点云特征和标靶点云特征；并对所述标靶点云特征和所述模板点云特征进行多次配准，得到配准后的标靶点云；
8、基于所述配准后的标靶点云和所述世界坐标系，确定刮板输送机上窜下滑偏移量。
9、第二方面，本专利技术实施例提供一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测装置，所述装置包括：
10、获取模块，用于在运输巷巷壁上设置标靶，获取标靶区域深度图像，并对所述标靶区域深度图像进行滤波、空洞填充后，得到处理后的标靶区域深度图像；
11、转化模块，用于基于以图像采集设备为原点建立的世界坐标系，对所述处理后的标靶区域深度图像中的像素坐标和深度值进行坐标转化，得到三维点云数据；
12、处理模块，用于对所述三维点云依次进行去噪、分割、下采样和聚类划分处理，得到第一标靶点云；
13、配准模块，用于基于获取的标靶模板点云和所述第一标靶点云，提取模板点云特征和标靶点云特征；并对所述标靶点云特征和所述模板点云特征进行多次配准，得到配准后的标靶点云；
14、确定模块，用于基于所述配准后的标靶点云和所述世界坐标系，确定刮板输送机上窜下滑偏移量。
15、在一些实施例中，所述获取模块，还用于对所述标靶区域深度图像进行中值滤波处理，得到去除噪声的标靶区域深度图像；通过预设图像修复算法对所述去除噪声的标靶区域深度图像中的空洞信息进行填充，并设置搜索半径进行修复，得到所述处理后的标靶区域深度图像。
16、在一些实施例中，所述获取模块，还用于获取所述图像采集设备的内参矩阵和尺寸信息；基于所述内参矩阵和所述尺寸信息，创建相机坐标系；采用预设函数建立所述相机坐标系和所述世界坐标系之间的转化矩阵；基于所述转化矩阵，对所述处理后的标靶区域深度图像中的像素坐标和深度值进行坐标转化，得到所述三维点云。
17、在一些实施例中，所述处理模块，还用于对所述三维点云进行统计离群值移除去噪处理，得到去噪后的三维点云；采用预设随机采样迭代算法，对所述去噪后的三维点云进行分割处理，得到分割后的三维点云；对所述分割后的三维点云进行体素网格下采样处理，得到下采样后的三维点云；对所述下采样后的三维点云进行点云聚类处理，得到所述第一标靶点云。
18、在一些实施例中，所述配准模块，还用于采用预设kd树搜索算法遍历所述标靶模板点云和所述第一标靶点云中每一点的邻近点，基于预设的搜索半径和最大邻近点个数确定局部平面，基于所述邻近点的方向和位置估计所述局部平面的法线；基于所述法线对所述标靶模板点云和所述第一标靶点云进行fpfh特征提取，得到标靶模板点云局部特征和第一标靶点云局部特征；采用预设随机采样迭代算法，基于预设最大距离阈值，对所述标靶模板点云局部特征和所述第一标靶点云局部特征进行随机抽样，得到特征匹配成功后的点云；对所述特征匹配成功后的点云进行刚体变换，并判断变换后的特征点云是否在所述预设最大距离阈值内，并通过迭代查询特征匹配点最多的变换确定为初始配准位置；基于所述初始配准位置和最大允许距离，确定所述标靶模板点云和所述第一标靶点云之间的最近邻点对，并通过预设优化误差函数计算所述最近邻点对的最优匹配参数，以确保所述最近邻点对之间的差异最小化。
19、在一些实施例中，所述确定模块，还用于将配准后的标靶点云进行拟合至球面，并将所述配准后的标靶点云的所有点坐标的平均值定义为初始球心，所述配准后的标靶点云的所有点平均中心距离的平均值定义为初始半径；计算每一点至所述初始球心的初始欧式距离；计算所述欧式距离与所述初始半径之间的差值，得到残差向量；采用最小二乘法优化最小残差函数的平方和，获得球心坐标与半径；基于所述世界坐标系，计算所述球心坐标和坐标原点之间的实时监测距离；计算所述实时监测距离和所述初始欧式距离之间的差值，并基于所述差值确定刮板输送机上窜下滑偏移量。
20、第三方面，本专利技术实施例提供一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；处理器，用于执行所述存储器中存储的可执行指令时，实现上述基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法。
21、第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起处理器执行所述可执行指令时，实现上述基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法。
22、本专利技术实施例提供的基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法及装置，一方面，在对标靶区域深度图像进行实时监测时，使用三轴云台辅助安装，加入时间器间隔提取帧图像，克服了刮板输送机抖动产生的影响；另一方面，使用中值滤波方法对深度图像去噪、使用telea算法对深度图像进行填充，使用统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述标靶区域深度图像进行滤波、空洞填充后，得到处理后的标靶区域深度图像，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于以图像采集设备为原点建立的世界坐标系，对所述处理后的标靶区域深度图像中的像素坐标和深度值进行坐标转化，得到三维点云，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三维点云依次进行去噪、分割、下采样和聚类划分处理，得到第一标靶点云，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于获取的标靶模板点云和所述第一标靶点云，提取模板点云特征和标靶点云特征；并对所述标靶点云特征和所述模板点云特征进行多次配准，得到配准后的标靶点云，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述配准后的标靶点云和所述世界坐标系，确定刮板输送机上窜下滑偏移量，包括：
7.一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测装置，其特征在于，所述装置包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于点云配准的刮板输送机上窜下滑监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述标靶区域深度图像进行滤波、空洞填充后，得到处理后的标靶区域深度图像，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于以图像采集设备为原点建立的世界坐标系，对所述处理后的标靶区域深度图像中的像素坐标和深度值进行坐标转化，得到三维点云，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三维点云依次进行去噪、分割...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵泓超，刘王斐，毛清华，张东伟，王秦生，闫妍，冀瑞君，蒋姝泓，王悦，密雅荣，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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