[发明专利]基于三维点云数据的煤矿顶板灾害预防方法

摘要

本发明公开了一种基于三维点云数据的煤矿顶板灾害预防方法。系统装置包括设在井上的地面分析设备，设在井下的中心站、多个具有相同参数的三维激光扫描仪、三维点云数据处理芯片，设在远地的上层终端和三维点云处理芯片，其中应用于井下的设备均是本质安全型的。本预防系统方法根据点云数据的差异分析顶板灾害发生的可能性。本发明采用分析三维点云数据的方法去预测煤矿顶板灾害的风险具有结构简单、易于布置、适应性强、识别率高、计算简便、程序运行效率高、人工干预少、成本低、且系统的适应性强，软硬件升级维护十分方便；本发明采用三维体素滤波算法，此算法稳定可靠，能够有效快速的对采集到的顶板三维点云数据进行数据压缩即滤波，并极大的加快了搜索速度。本发明采用三维正态分布变换算法可以较快收敛，避免针对三维点云数据的普通算法配准收敛性差和极易产生局部最优的问题，节省时间，降低了普通算法的复杂度。此方法适用于复杂环境下顶底板冒顶灾害的监测，可有效提高监测精度和效率，为安全生产提供极大便利。

主权项

一种基于三维点云数据的煤矿顶板灾害预防系统装置和方法，所述系统包括包括地面分析中心、上层终端、井下中心站、三维激光扫描仪、三维点云处理芯片、光纤，其特征在于：许多三维激光扫描仪用在井下，每隔一段距离、每隔一段时间扫描一次井下环境，定点采集三维点云数据，将三维激光扫描仪在井下获得的三维点云数据进行定点分析，并由分析得到的数据计算出灾害发生的概率。上述系统是一种基于三维点云数据的顶板灾害预防系统，包括地面分析中心、上层终端、井下中心站、三维激光扫描仪、三维点云处理芯片、光纤。在本系统中设计的井下设备包括：井下中心站，三维激光扫描仪。所述地面分析中心是一台计算机或者服务器，或者是多台计算机或服务器组成的计算机网络。地面分析中心从井下中心站接收从井下发来的三维点云数据包，处理点云数据包，并且地面分析中心通过Internet网络连接上层终端，将实时的监测数据传送给上层终端。所述点云处理芯片是本系统的核心装置，分为点云数据预处理模块、点云数据精确分析模块、安全性分析模块。集成了对点云数据进行处理的方法。此装置处理点云数据后得到相关系数。相关系数的大小就能够反映顶板灾害发生的风险，进而有效的对灾害的发生进行监测。所述光纤连接井下中心站与地面分析中心，实现井下中心站与地面分析中心之间的数据传输。所述上层终端是处在远地的监控中心，通过Internet网络与地面分析中心连接，获取实时监测数据。所述井下中心站是本质安全型交换机，负责汇聚各三维激光扫描仪获取的数据信息，并通过光纤传输到地面分析中心。