基于激光雷达的矿山巷道形变检测系统设计

摘要

随着磷矿向深部开采，矿山巷道面临的冒顶、片帮甚至崩塌风险越来越大，对巷道形变进行检测显得尤为重要。使用激光雷达、惯性测量单元和编码器作为主要传感器研制了一套巷道形变检测系统，将上述传感器搭载在可移动载具平台上，在巷道内进行数据采集，使用扩展卡尔曼滤波算法在数据采集过程中融合三者的数据，得到巷道的三维点云数据。对巷道形变进行识别的过程中，提出一种基于动态阈值的形变识别算法：先将需要对比形变的两期点云通过配准统一在同一坐标系下；然后根据局部环境和点云密度自适应调整两期点云中不同区域形变识别的阈值，以提高形变识别的准确性；最后采用切片法计算形变部分的体积。在实际矿山巷道环境中进行实验，用模拟物体代替形变，通过对比形变部分的实际值与系统计算值检验系统的形变识别能力。结果表明，在直径约为5 m的巷道中，激光雷达在测量形变部分尺寸时的平均误差为3%，系统计算形变体积时的平均误差为12%，能够对巷道的形变进行准确的识别。

关键词

激光雷达 / 三维点云 / 数据融合 / 形变检测

基金资助

国家自然科学基金（52174085）; 湖北省安全生产专项资金科技项目（SJZX20220910）; 国家磷资源开发利用工程技术研究中心开放基金（NECP2022-08）