矿井巷道三维建模用数据采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井巷道三维建模用数据采集系统，包括多个测站和对多个测站所传送点云数据进行同步存储的上位机，多个测站沿矿井巷道的纵向延伸方向由前至后布设，相邻两个测站的间距为80～150m；矿井巷道由前至后分为多个巷道段，每个巷道段中部均布设有一个测站；每个测站均包括一个三维激光扫描仪和将三维激光扫描仪所获取点云数据同步上传至上位机的数据处理器，三维激光扫描仪安装在电动行走机构上；三维激光扫描仪为脉冲式三维激光扫描仪。本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有矿井巷道三维建模用井下测量方法的存在费时费力、受井下环境条件限制较大、所测量数据的准确性较低等缺陷。
【专利说明】矿井巷道三维建模用数据采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种数据采集系统，尤其是涉及一种矿井巷道三维建模用数据采集系统。
【背景技术】
[0002]“数字矿山”是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，“数字矿山”的核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。数字矿山的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术，为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。“数字矿山”是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。
[0003]近年来，随着“数字矿山”技术应用的发展，矿井巷道工程模型的建立与应用是“数字矿山”建设的重要的组成部分和基础。矿井三维模型是“数字矿山”建设的重要组成部分和数据基础，数字矿山的空间分析计算、综合管理功能都是基于矿井三维模型，矿井三维模型的准确性直接关系到矿山储量估算、矿井生产指挥、调度、通风、供电、供水、应急指挥、人员定位等系统的分析计算结果，且矿井三维模型是上述系统的基础数据平台。建立矿井三维模型时，矿井巷道内基础数据的采集至关重要。
[0004]传统矿井三维模型的建立方法，大多采用传统井下RTK (Real-timekinematic,时差分定位)测量方法获取基础数据，再绘制图件，然后根据图件在三维建模软件中进行建模，此方法受限于井下的工作条件，影响生产，所需周期较长且建模精度取决于测量精度，对于不方便实测的巷道、采空区等无法进行建模，另外对于不规则对象只能采用粗略测量的方法，影响数据准确性。因而，现有的井下RTK测量方法存在费时费力、受井下环境条件限制较大、所测量数据的准确性较低等缺陷，已不能满足“数字矿山”建设的需要。三维激光扫描技术采用无接触测量方式，且通过高速激光扫描测量的方法大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。三维激光扫描系统利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。一般三维激光扫描仪在进行景象拼合的时候因为没有坐标依据需要放置目标球，利用目标球来定位拼
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[0005]综上所述，现如今缺少一种结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好的基于三维激光扫描仪的矿井巷道三维建模用数据采集系统，能有效解决现有矿井巷道三维建模用井下测量方法的存在费时费力、受井下环境条件限制较大、所测量数据的准确性较低等缺陷。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井巷道三维建模用数据采集系统，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有矿井巷道三维建模用井下测量方法的存在费时费力、受井下环境条件限制较大、所测量数据的准确性较低等缺陷。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:包括多个均布设在需进行建模的矿井巷道内的测站和对多个所述测站所传送的点云数据分别进行同步存储的上位机，多个所述测站沿所述矿井巷道的纵向延伸方向由前至后进行布设且其均布设在所述矿井巷道的巷道底板中心线上，前后相邻两个所述测站的间距为80m?150m ;所述矿井巷道由前至后分为多个巷道段，多个所述巷道段的数量与多个所述测站的数量相同，且每个所述巷道段中部均布设有一个测站；每个所述测站均包括一个三维激光扫描仪和将三维激光扫描仪所获取点云数据同步上传至上位机的数据处理器，所述三维激光扫描仪与数据处理器相接，所述三维激光扫描仪安装在电动行走机构上，所述电动行走机构由数据处理器进行控制，所述数据处理器与上位机之间以有线或无线方式进行双向通信。
[0008]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:每个所述测站的前后两侧均布设有多个与三维激光扫描仪相配合使用且用于对前后相邻两个所述测站所传送点云数据进行拼合的目标球，多个所述目标球均由前至后布设在所述矿井巷道的巷道底板中心线上。
[0009]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:所述三维激光扫描仪为徕卡ScanStation2三维激光扫描仪。
[0010]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:前后相邻两个所述测站的间距为100m。
[0011]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:所述数据处理器布设在电子线路板上，所述电子线路板上还设置有分别与数据处理器相接的数据传输接口和供电单
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[0012]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:所述电子线路板上还设置有与数据处理器相接的数据收发模块一，所述上位机与数据收发模块二相接，所述数据处理器通过数据收发模块一和所述数据收发模块二与上位机进行双向通信。
[0013]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:所述电子线路板布设在电动行走机构上。
[0014]上述矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征是:所述三维激光扫描仪包括电动云台和安装在所述电动云台上的激光扫描装置，所述电动云台安装在电动行走机构上。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0016]1、结构简单、设计合理且安装布设方便。[0017]2、将多个测站所获得的点云数据进行配准并拼合后，便能获得矿井巷道的整体信息。并且，多个测站布设位置合理，布设简便且移动方便。
[0018]3、使用操作简便、数据采集方便且使用效果好，能有效提高井下数据采集的准确性、安全性和采集效率，能有效降低劳动强度，节省开支，并且本实用新型提供了精确、详尽的矿井巷道内的基础空间数据，可应用于矿山的采掘生产管理、安全监测、井下救援等领域，能为矿山安全生产的信息化管理提供技术支持。采用本实用新型所采集的点云数据作为矿井巷道三维建模的数据源，所建立矿井巷道三维模型的准确性高，并且建模过程简单，实现方便。因而，本实用 新型有效解决传统测量方法(如RTK测量方法)存在的工作量大、速度慢、工作难度大、难以建立的精准三维模型等缺陷。
[0019]综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有矿井巷道三维建模用井下测量方法的存在费时费力、受井下环境条件限制较大、所测量数据的准确性较低等缺陷。
[0020]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0022]附图标记说明:
[0023]I一测站；1-1一二维激光扫描仪；1-2—电动行走机构；
[0024]1-3—数据处理器；1-4 一数据传输接口； 1-5—供电单元；
[0025]1-6—数据收发模块一 ；2—上位机；
[0026]2-1—数据收发模块二。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本实用新型包括多个均布设在需进行建模的矿井巷道内的测站I和对多个所述测站I所传送的点云数据分别进行同步存储的上位机2，多个所述测站I沿所述矿井巷道的纵向延伸方向由前至后进行布设且其均布设在所述矿井巷道的巷道底板中心线上，前后相邻两个所述测站I的间距为80m~150m。所述矿井巷道由前至后分为多个巷道段，多个所述巷道段的数量与多个所述测站I的数量相同，且每个所述巷道段中部均布设有一个测站I。每个所述测站I均包括一个三维激光扫描仪1-1和将三维激光扫描仪1-1所获取点云数据同步上传至上位机2的数据处理器1-3，所述三维激光扫描仪1-1与数据处理器1-3相接，所述三维激光扫描仪1-1安装在电动行走机构1-2上，所述电动行走机构1-2由数据处理器1-3进行控制，所述数据处理器1-3与上位机2之间以有线或无线方式进行双向通信。
[0028]本实施例中，每个所述测站I的前后两侧均布设有多个与三维激光扫描仪1-1相配合使用且用于对前后相邻两个所述测站I所传送点云数据进行拼合的目标球，多个所述目标球均由前至后布设在所述矿井巷道的巷道底板中心线上。所述目标球为进行数据配准时的控制点，由于所述矿井巷道内存在的遮挡问题，在每个测站I的前后两侧均有放置有多个所述目标球，以便在后期进行数据配准时有所选择。
[0029]实际进行数据采集时，可以根据具体需要，对每个所述测站I前后两侧所布设目标球的数量进行相应调整。本实施例中，每个所述测站I前后两侧所布设目标球的数量均为4个。
[0030]所述三维激光扫描仪1-1包括电动云台和安装在所述电动云台上的激光扫描装置，所述电动云台安装在电动行走机构1-2上。
[0031]所述三维激光扫描仪1-1为脉冲式三维激光扫描仪。本实施例中，所述三维激光扫描仪1-1为徕卡ScanStation2三维激光扫描仪。
[0032]实际使用时，所述三维激光扫描仪1-1也可以采用其它类型的三维激光扫描仪器。
[0033]本实施例中，前后相邻两个所述测站I的间距为100m。实际对多个所述测站I进行布设时，还可以根据具体需要，对前后相邻两个所述测站I的间距进行相应调整。
[0034]本实施例中，所述数据处理器1-3布设在电子线路板上，所述电子线路板上还设置有分别与数据处理器1-3相接的数据传输接口 1-4和供电单元1-5。
[0035]同时，所述电子线路板上还设置有与数据处理器1-3相接的数据收发模块一 1-6，所述上位机2与数据收发模块二 2-1相接，所述数据处理器1-3通过数据收发模块一 1-6和所述数据收发模块二 2-1与上位机2进行双向通信。本实施例中，所述数据收发模块一1-6和所述数据收发模块二 2-1均为无线通信模块。
[0036]实际使用时，所述数据处理器1-3既可以通过数据传输接口 1-4将点云数据传送至上位机2，也可以根据数据收发模块一 1-6和所述数据收发模块二 2-1将点云数据传送至上位机2。
[0037]实际布设安装时，所述电子线路板布设在电动行走机构1-2上。
[0038]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:包括多个均布设在需进行建模的矿井巷道内的测站(I)和对多个所述测站(I)所传送的点云数据分别进行同步存储的上位机(2)，多个所述测站(I)沿所述矿井巷道的纵向延伸方向由前至后进行布设且其均布设在所述矿井巷道的巷道底板中心线上，前后相邻两个所述测站(I)的间距为80m?150m ;所述矿井巷道由前至后分为多个巷道段，多个所述巷道段的数量与多个所述测站Cl)的数量相同，且每个所述巷道段中部均布设有一个测站(I);每个所述测站(I)均包括一个三维激光扫描仪(1-1)和将三维激光扫描仪(1-1)所获取点云数据同步上传至上位机(2)的数据处理器(1-3)，所述三维激光扫描仪(1-1)与数据处理器(1-3)相接，所述三维激光扫描仪(1-1)安装在电动行走机构(1-2)上，所述电动行走机构(1-2)由数据处理器(1-3)进行控制，所述数据处理器(1-3)与上位机(2)之间以有线或无线方式进行双向通信。
2.按照权利要求1所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:每个所述测站(I)的前后两侧均布设有多个与三维激光扫描仪(1-1)相配合使用且用于对前后相邻两个所述测站(I)所传送点云数据进行拼合的目标球，多个所述目标球均由前至后布设在所述矿井巷道的巷道底板中心线上。
3.按照权利要求1或2所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:所述三维激光扫描仪(1-1)为徕卡ScanStation2三维激光扫描仪。
4.按照权利要求3所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:前后相邻两个所述测站(I)的间距为100m。
5.按照权利要求1或2所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:所述数据处理器(1-3)布设在电子线路板上，所述电子线路板上还设置有分别与数据处理器(1-3)相接的数据传输接口( 1-4)和供电单元(1-5)。
6.按照权利要求5所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:所述电子线路板上还设置有与数据处理器(1-3)相接的数据收发模块一(1-6)，所述上位机(2)与数据收发模块二( 2-1)相接，所述数据处理器(1-3 )通过数据收发模块一(1-6 )和所述数据收发模块二( 2-1)与上位机(2 )进行双向通信。
7.按照权利要求5所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:所述电子线路板布设在电动行走机构(1-2)上。
8.按照权利要求1或2所述的矿井巷道三维建模用数据采集系统，其特征在于:所述三维激光扫描仪(1-1)包括电动云台和安装在所述电动云台上的激光扫描装置，所述电动云台安装在电动行走机构(1-2)上。
【文档编号】E21F17/18GK203702258SQ201420065301
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】安鱼飞, 申平, 王晓鹏, 杜凡, 卫超 申请人:西安煤航卫星数据应用有限公司