一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置及方法与流程

本发明涉及露天矿测量技术领域，尤其涉及一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置及方法。

背景技术：

露天开采需对开采的对象(矿体或岩体)进行爆破作业，这样才能使坚硬的矿体或岩体破碎和松散，有利于挖掘机铲装作业。对于爆破作业，首先需对要爆破的区域进行穿孔作业，形成炮孔，以便在炮孔内放置炸药，然后引爆炮孔内的炸药，完成对矿体或岩体的爆破作业。因此，采矿的第一道工序就是穿孔作业，目前普遍采用牙轮钻机进行穿孔作业，所形成的孔即为炮孔，也可称为钻孔。

对于露天矿，一般台阶钻孔深度在12—20米之间，也有更深的钻孔。由于钻孔需要时间，先钻的孔要等待后钻的孔，等到一个爆破区域的孔均钻完，才能一起爆破。这样的等待时间一般有长有短，长的时候可能需要等待一周或二周，有时更长。这样，对于已钻完的炮孔，等到最后爆破装药时，需要对孔深进行测量，以便知道当前孔深的多少来放置炸药。有时由于孔深的变化(孔壁塌落、灰尘填充等)，还需要再次穿孔，已满足爆破设计的要求。因此，对钻孔深度的测量关系到爆破设计能否执行，更关系到爆区爆破效果的好坏。

现场爆破技术人员，需对每个钻孔的深度进行测量，目前没有好的测量仪器可以使用，技术人员只能拿测绳、竹竿等简易的工具进行测量，费时费力。特别是在露天矿现场作业环境恶劣如冬季，及钻孔数量又多的情况下，手工作业难度更大，成为露天矿爆破作业的一个难题。可见，如何方便快捷地测量露天矿钻孔深度成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置及方法，以方便快捷地测量露天矿钻孔深度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置，包括无人机及所述无人机的遥控器；所述无人机底部设置有类倒锥形壳体，所述类倒锥形壳体内设置有控制器一、射频rf模块一及九轴mems传感器，所述类倒锥形壳体底端中部设置有拉绳位移传感器及摄像头，所述拉绳位移传感器、所述摄像头、所述射频rf模块一及所述九轴mems传感器分别与所述控制器一连接，所述拉绳位移传感器的拉线头上设置有吊锤，所述摄像头的镜头及所述吊锤均位于所述类倒锥形壳体外侧；所述吊锤内设置有控制器二、电池、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、射频rf模块二，所述电池、所述三轴加速度传感器、所述三轴陀螺仪传感器、所述射频rf模块二分别与所述控制器二连接。

进一步，所述类倒锥形壳体内还设置有采用载波相位差分技术的gps模块，所述gps模块与所述控制器一连接。

进一步，所述类倒锥形壳体内还设置有gprs模块，所述gprs模块与所述控制器一连接。

进一步，所述遥控器的无线模块为射频rf模块，所述遥控器上设置有显示模块。

进一步，所述类倒锥形壳体为倒圆台体形的壳体。

进一步，所述吊锤上设置有滑轮。

本发明还公开了一种应用上述所述装置测定露天矿钻孔深度的方法，所述方法包括：

利用图像识别技术及无人机姿态控制技术控制所述无人机对准钻孔降落停机，使得所述类倒锥形壳体竖直地卡合在所述钻孔内；

控制所述吊锤下移，并在根据所述吊锤的加速度及角速度判定所述吊锤到达所述钻孔底部时控制所述吊锤停止下移；

将所述吊锤的下移总距离，及根据所述钻孔的直径读取出的所述类倒锥形壳体的卡合深度之和作为所述钻孔的深度。

进一步，在所述利用图像识别技术及无人机姿态控制技术控制所述无人机对准钻孔降落停机，使得所述类倒锥形壳体竖直地卡合在所述钻孔内步骤之前，所述方法还包括：

接收用户输入的钻孔的直径。

进一步，在所述接收用户输入的钻孔的直径步骤之前，所述方法还包括：

测量所述类倒锥形壳体竖直地卡合在不同直径钻孔时的卡合深度；

对应钻孔的直径存储所述类倒锥形壳体的卡合深度。

进一步，所述方法还包括：

在所述钻孔为水孔时，在根据所述吊锤的加速度及角速度判定所述吊锤接触到水面时，记录所述吊锤的当前下移距离；

将根据所述钻孔的直径读取出的所述类倒锥形壳体的卡合深度，及所述当前下移距离之和作为所述钻孔的水面深度。

进一步，所述方法还包括：

在所述类倒锥形壳体竖直地卡合在所述钻孔内后，读取所述gps模块输出的经纬度值，并将所述经纬度值作为所述钻孔的位置坐标。

本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置，包括无人机及无人机的遥控器；无人机底部设置有类倒锥形壳体，类倒锥形壳体内设置有控制器一、射频rf模块一及九轴mems传感器，类倒锥形壳体底端中部设置有拉绳位移传感器及摄像头，拉绳位移传感器、摄像头、射频rf模块一及九轴mems传感器分别与控制器一连接，拉绳位移传感器的拉线头上设置有吊锤，摄像头的镜头及吊锤均位于类倒锥形壳体外侧；吊锤内设置有控制器二、电池、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、射频rf模块二，电池、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、射频rf模块二分别与控制器二连接。如此，能利用无人机技术自动测量露天矿钻孔深度，实现方便快捷地测量露天矿钻孔深度。

本发明实施例提供的一种应用上述所述装置测定露天矿钻孔深度的方法，所述方法包括：利用图像识别技术及无人机姿态控制技术控制无人机对准钻孔降落停机，使得类倒锥形壳体竖直地卡合在钻孔内；控制吊锤下移，并在根据吊锤的加速度及角速度判定吊锤到达钻孔底部时控制吊锤停止下移；将吊锤的下移总距离，及根据钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体的卡合深度之和作为钻孔的深。如此，能利用无人机技术自动测量露天矿钻孔深度，实现方便快捷地测量露天矿钻孔深度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置的组成示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置的原理方框图；

图3为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置测量干孔深度的示意图；

图4a为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置测量水孔深度的示意图；

图4b为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置测量斜孔深度的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种应用上述所述装置测定露天矿钻孔深度的方法的流程示意图一；

图6为本发明实施例提供的一种应用上述所述装置测定露天矿钻孔深度的方法的流程示意图二；

图7为本发明实施例提供的一种应用上述所述装置测定露天矿钻孔深度的方法的流程示意图三。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置的组成示意图，图2为本发明实施例提供的一种基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置的原理方框图，如图1及图2所示，所述装置包括无人机1及无人机的遥控器2；无人机1底部设置有类倒锥形壳体3，类倒锥形壳体3内设置有控制器一301、射频rf(radiofreqency)模块一302及九轴mems(micro-electro-mechanicalsystem，微电子机械系统)传感器303，类倒锥形壳体3底端中部设置有拉绳位移传感器304及摄像头305，拉绳位移传感器304、摄像头305、射频rf模块一302及九轴mems传感器303分别与控制器一301连接，拉绳位移传感器304的拉线头上设置有吊锤4，摄像头305的镜头及吊锤4均位于类倒锥形壳体3外侧；吊锤4内设置有控制器二401、电池402、三轴加速度传感器403、三轴陀螺仪传感器404、射频rf模块二405，电池402、三轴加速度传感器403、三轴陀螺仪传感器404、射频rf模块二405分别与控制器二401连接。

具体地，如图1所示，所述类倒锥形壳体3可以为倒圆台体形的壳体。可以理解的是，所述类倒锥形壳体3或者可以为倒锥体形的壳体。从而使得类倒锥形壳体可以卡合在钻孔内。

具体地，所述类倒锥形壳体3底端中部设置有拉绳位移传感器304及摄像头305，拉绳位移传感器304的拉线头上设置有吊锤4，摄像头305的镜头及吊锤均位于类倒锥形壳体3外侧。

需说明的是，所述摄像头305可以全部位于类倒锥形壳体3外侧；如在类倒锥形壳体3为倒圆台体形的壳体的情况下，摄像头305可以设置在倒圆台体形的壳体的外底面上。或者，所述摄像头305的镜头位于类倒锥形壳体3外侧，摄像头305的其余部分位于类倒锥形壳体3内侧。从而使得摄像头能够拍摄到钻孔的图像，无人机可以利用该图像对准钻孔降落停机。

需说明的是，所述拉绳位移传感器304可以位于类倒锥形壳体3外侧；如在类倒锥形壳体3为倒圆台体形的壳体的情况下，拉绳位移传感器304可以设置在倒圆台体形的壳体的外底面上，从而使得设置在拉绳位移传感器的拉线头上的吊锤也可以位于类倒锥形壳体外侧。或者，所述拉绳位移传感器304可以位于类倒锥形壳体3内侧，设置在拉绳位移传感器304的拉线头上的吊锤4位于类倒锥形壳体3外侧。从而使得吊锤可以在钻孔内上下移动。

具体地，所述拉绳位移传感器304包括步进电机、与步进电机同轴的绕线盘、高强度尼龙绕线及红外光电开关；高强度尼龙绕线缠绕在绕线盘上，高强度尼龙绕线的末端即为拉绳位移传感器的拉线头，高强度尼龙绕线的末端设置有吊锤；绕线盘的边缘为锯齿形状。控制器一可以控制步进电机转动，步进电机带动绕线盘转动实现收高强度尼龙绕线或放高强度尼龙绕线，从而实现控制吊锤上移或下移；绕线盘在转动时，红外光电开关可以测量绕线盘转动的角度，根据绕线盘转动的角度即可确定吊锤移动的距离。

具体地，所述九轴mems传感器303包括三轴陀螺仪、三轴加速度计及三轴电子罗盘。从而可以识别出无人机的姿态。

具体地，所述控制器一301可以为微处理器(microprocessorunit，mpu)，或者为数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)等。

具体地，所述吊锤4可以选用不影响射频rf模块二405向外传输数据的材料制成，如塑料等材料。

具体地，所述控制器二401可以为mpu，或者为dsp等。

具体地，所述控制器二401可以通过射频rf模块二405向控制器一301发送三轴加速度传感器403测得的吊锤的加速度，及发送三轴陀螺仪传感器404测得的吊锤的角速度；控制器一301可以通过射频rf模块一302接收该吊锤的加速度及角速度。

进一步，所述类倒锥形壳体3内还设置有采用载波相位差分技术(real-timekinematic，rtk)的gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)模块306，gps模块6与控制器一301连接。如gps模块6精度可达2cm+1ppm(水平)，4cm+1ppm(高程)。从而使得本发明实施例提供的装置还可以精确地测量出钻孔的位置坐标，最终可以根据爆破区域每个钻孔的位置坐标形成钻孔定位平面图，即炮孔定位平面图。

进一步，所述类倒锥形壳体3内还设置有gprs(generalpacketradioservice，通用分组无线业务)模块307，gprs模块307与控制器一301连接。从而使得本发明实施例提供的装置具有远程通讯功能，实现将该装置测得的数据上传至管理中心，如将钻孔的深度及位置坐标等数据上传至管理中心。

具体地，所述遥控器2的无线模块可以为射频rf模块。从而使得遥控器可以与控制器一进行无线通信。如控制器一301与遥控器2通过各自的射频rf模块进行无线通信，控制器一301将测得的钻孔深度等信息传输给遥控器2。

具体地，所述遥控器2上设置有显示模块。如图3所示，若钻孔为干孔5，即钻孔内无水，该显示模块可以显示钻孔号、钻孔深度h1等信息；如图4a所示，若钻孔为水孔6，即钻孔内有水，该显示模块可以显示钻孔号、水面深度h2、钻孔深度h1等信息；如图4b所示，若钻孔为斜孔7，即孔壁为倾斜的孔，该显示模块可以显示钻孔号、钻孔深度h1等信息。

进一步，如图4b所示，所述吊锤4上设置有滑轮8。从而在测量斜孔时，使得吊锤更易下移，更便于测量斜孔深度。

本发明实施例提供的基于无人机技术的露天矿钻孔深度测定装置工作原理：技术人员通过遥控器2遥控无人机1，使得无人机1驶向钻孔，本发明实施例提供的装置的摄像头305实时拍摄钻孔的图像，该装置的九轴mems传感器303实时测得无人机1的姿态数据，控制器一301利用摄像头305实时拍摄的钻孔的图像及无人机1的姿态数据，控制无人机1对准钻孔降落停机，使得该装置的类倒锥形壳体3竖直地卡合在钻孔内；控制器一301控制拉绳位移传感器304使得吊锤4开始下移，控制器二401与控制器一301通过射频rf模块一302及射频rf模块二405进行无线通信，控制器二401将三轴加速度传感器403测得的吊锤的加速度数据，及三轴陀螺仪传感器404测得的吊锤的角速度数据传输给控制器一301，在控制器一301根据吊锤的加速度及角速度判定吊锤4到达钻孔底部时控制吊锤4停止下移，并将吊锤4的下移总距离，及根据钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体3的卡合深度之和作为钻孔的深度，控制器一301控制拉绳位移传感器304使得吊锤4上移归位。

具体地，如图3所示，类倒锥形壳体3的卡合深度为h3。

需说明的是，在测量钻孔深度之前，技术人员可以测量类倒锥形壳体3竖直地卡合在不同直径钻孔时的卡合深度，对应钻孔的直径将类倒锥形壳体3的卡合深度存储在控制器一301内；在需测量钻孔深度时，通过遥控器2输入待测量的钻孔的直径，遥控器2将该直径信息传输给控制器一301。

需说明的是，在钻孔为水孔时，在控制器一301根据吊锤4的加速度及角速度判定吊锤4接触到水面时，控制器一301记录吊锤4的当前下移距离，并将根据钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体3的卡合深度，及当前下移距离之和作为钻孔的水面深度。

从而能利用无人机技术自动测量露天矿钻孔深度，实现方便快捷地测量露天矿钻孔深度。

进一步，在类倒锥形壳体3竖直地卡合在钻孔内后，控制器一301还可以读取gps模块306输出的经纬度值，并将该经纬度值作为钻孔的位置坐标。从而实现在方便快捷地测量出钻孔深度的同时，测量出钻孔的位置坐标。

进一步，控制器一301还可以向遥控器2传输测得的钻孔深度等信息，遥控器2的显示模块显示钻孔深度等信息。

进一步，控制器一301还可以通过gprs模块307将测得的钻孔深度及位置坐标等信息，上传至管理中心。

图5为本发明实施例提供的一种应用上述所述装置测定露天矿钻孔深度的方法的流程示意图一，如图5所示，所述方法包括：

步骤501：利用图像识别技术及无人机姿态控制技术控制无人机对准钻孔降落停机，使得类倒锥形壳体竖直地卡合在钻孔内。

具体地，本步骤可以为，上述所述装置的控制器一利用图像识别技术及无人机姿态控制技术控制该装置的无人机对准钻孔降落停机，使得该装置的类倒锥形壳体竖直地卡合在钻孔内。

具体地，本步骤可以包括，所述装置的摄像头实时拍摄钻孔的图像；该装置的控制器一对钻孔的图像进行分析；该装置的九轴mems传感器实时测得无人机的姿态数据；该装置的控制器一根据钻孔的图像的分析结果及无人机的姿态数据调整无人机的位置及姿态，使得无人机对准钻孔降落停机，该装置的类倒锥形壳体竖直地卡合在钻孔内。

需说明的是，在本步骤之前，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，通过无人机的遥控器控制无人机驶向钻孔。如技术人员通过无人机的遥控器控制无人机驶向钻孔。

步骤502：控制吊锤下移，并在根据吊锤的加速度及角速度判定吊锤到达钻孔底部时控制吊锤停止下移。

具体地，本步骤可以为，所述装置的控制器一控制该装置的吊锤下移，并在根据吊锤的加速度及角速度判定吊锤到达钻孔底部时控制吊锤停止下移。

具体地，本步骤可以包括，在无人机对准钻孔降落停机后，控制器一控制拉绳位移传感器使得设置在拉绳位移传感器拉线头上的吊锤开始下移；控制器一实时根据吊锤的加速度及角速度判断吊锤是否到达钻孔底部；在判定吊锤到达钻孔底部时，控制器一控制拉绳位移传感器使得吊锤停止下移；在判定吊锤未到达钻孔底部时，控制器一控制拉绳位移传感器使得吊锤继续下移。

其中，所述控制器一实时根据吊锤的加速度及角速度判断吊锤是否到达钻孔底部步骤，可以包括，控制器一实时获取吊锤的加速度及角速度；控制器一实时根据获取到的吊锤的加速度及角速度判断吊锤是否到达钻孔底部。

具体地，所述控制器一实时获取吊锤的加速度及角速度，可以包括，所述装置的控制器二实时读取三轴加速度传感器测得的吊锤的加速度；控制器二实时读取三轴陀螺仪传感器测得的吊锤的角速度；控制器二通过射频rf模块二实时向控制器一发送吊锤的加速度及角速度；控制器一通过射频rf模块一实时接收吊锤的加速度及角速度。

步骤503：将吊锤的下移总距离，及根据钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体的卡合深度之和作为钻孔的深度。

具体地，本步骤可以为，所述装置的控制器一将吊锤的下移总距离，及根据钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体的卡合深度之和作为钻孔的深度。

需说明的是，在上述步骤501之前，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，接收用户输入的钻孔的直径。

具体地，所述接收用户输入的钻孔的直径，可以包括，所述无人机的遥控器接收并向控制器一发送用户输入的钻孔的直径；控制器一接收遥控器发送的用户输入的钻孔的直径。

需说明的是，在所述接收用户输入的钻孔的直径步骤之前，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，测量类倒锥形壳体竖直地卡合在不同直径钻孔时的卡合深度；对应钻孔的直径存储类倒锥形壳体的卡合深度。

如上述过程可以为，技术人员测量类倒锥形壳体竖直地卡合在不同直径钻孔时的卡合深度，并将测量结果输入控制器一，控制器一对应钻孔的直径存储类倒锥形壳体的卡合深度。

具体地，本步骤可以包括，在吊锤到达钻孔底部时，控制器一根据从拉绳位移传感器获得的位移数据确定吊锤的下移总距离；控制器一根据用户输入的钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体的卡合深度；控制器一计算该下移总距离与该卡合深度之和，并将该计算结果作为钻孔的深度。

需说明的是，为了向钻孔内填装炸药，在钻孔为水孔时，除了获知钻孔的深度外，还需获知钻孔的水面深度。

具体地，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，在钻孔为水孔时，在控制器一根据吊锤的加速度及角速度判定吊锤接触到水面时，控制器一记录吊锤的当前下移距离；控制器一将根据钻孔的直径读取出的类倒锥形壳体的卡合深度，及当前下移距离之和作为钻孔的水面深度。

具体地，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，在测量完成后，控制器一控制拉绳位移传感器使得吊锤上升归位。

从而能利用无人机技术自动测量露天矿钻孔深度，实现方便快捷地测量露天矿钻孔深度。

进一步，如图6所示，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，步骤601：在类倒锥形壳体竖直地卡合在钻孔内后，控制器一还可以读取gps模块输出的经纬度值，并将该经纬度值作为钻孔的位置坐标。从而实现在方便快捷地测量出钻孔深度的同时，测量出钻孔的位置坐标。

进一步，如图7所示，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，步骤701：控制器一通过gprs模块将测得的钻孔数据上传至管理中心。如上传钻孔的深度、钻孔的水面深度、钻孔的位置坐标等数据。

进一步，本发明实施例提供的测定露天矿钻孔深度的方法还可以包括，控制器一将测得的钻孔数据发送给遥控器；遥控器的显示模块显示测得的钻孔数据。如显示钻孔号、水面深度、钻孔深度等数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，本发明的保护范围以权利要求为准。