一种用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置及方法与流程

本发明涉及隐覆空区检，尤其是涉及一种用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置及方法。

背景技术：

1、隐覆空区是指人为历史采矿活动形成的无图纸资料记载埋藏于地下的采空区或天然形成的未经勘察揭露的卡斯特岩溶洞穴。针对此类隐覆空区的探测技术可分为两类：一是采用物探(电法、磁法、地震波法)方法进行探测，通过对其反射波形进行分析，波形异常表示对应区域疑似具有隐覆空区可能，但是对空区规模、形态、埋藏深度均不能够精准反应，物探方法探测隐覆空区只能定性判断，不能精准定量探测；二是采用钻探工程对于初步勘察或者电法探测所筛选靶区进行工程钻孔揭露，再结合人工实测或三维激光探测，以精确探测隐伏空区规模、形态、埋藏深度等。

2、随着我国矿产资源开发规模日趋扩大，以及基建工程不断推进，为保障矿产资源安全开发，基建工程安全建设，需要针对历史采矿活动形成的隐覆采空区和卡斯特岩溶洞穴等隐覆空区进行精准探测，基于精准探测数据结果针对性制定治理方案。

3、传统的隐覆空区钻孔式探测设备均采用固定式等角度扫描，最大角度分辨率为0.5°*0.5°，距离探测设备越远，探测所得空间点间距越大，当入射角偏小时，探测所得空间点间距更大，无法清晰精准描绘隐覆空区形态，更无法识别空区内冒落松散体及小的延伸发育形态；传统的隐覆空区钻孔式探测设备获取空间点扫描速度为250点/秒，角度分辨率设定为0.5°*0.5°，单孔扫描时间超过40分钟，加上作业准备，设备收放，单孔作业时间超过1个小时，探测作业效率非常低。传统的隐覆空区钻孔式探测设备采用供电、通讯、抗拉承载一体线缆，线缆直径达10mm，比较笨重，加之随着线缆越长其供电压降及通讯信号衰减越严重，无法完成超深孔探测(500m及以上)；传统的隐覆空区钻孔式探测设备加线缆，整体系统附件较多，较为笨重，需要多人协同作业，且劳动强度较大，生产作业效率较低。

4、因此，针对上述问题本发明急需提供一种新的用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新的用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置及方法，通过三维激光扫描探测机构、摄像机构及主数据传输机构相配合，采集到隐覆空区更多的信息。

2、本发明提供的一种种用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置，其特征在于，包括：

3、三维激光扫描探测机构，用于获取隐覆空区三维激光数据；

4、摄像机构，用于获取隐覆空区影像数据；

5、主数据传输机构，用于根据地面控制系统的指令控制三维激光扫描探测机构和摄像机构，还用于将三维激光数据和影像数据发送至地面控制系统。

6、进一步地，所述三维激光扫描探测机构包括：三维激光模块、惯性导航模块、步进电机、激光数据处理器和第一数据传输模块；所述三维激光模块与所述激光数据处理器电连接，所述惯性导航模块、所述步进电机、所述三维激光模块和所述激光数据处理器分别通过所述第一数据传输模块与所述主数据传输机构电连接。

7、进一步地，所述摄像机构包括下向照明系统、广角运动摄像机、第二数据传输模块，所述下向照明系统和所述广角运动摄像机分别通过所述第二数据传输模块与所述主数据传输机构电连接。

8、进一步地，所述主数据传输机构包括孔内无线端子、地面无线端子和连接地面无线端子与孔内无线端子的传输数据线；所述第一数据传输模块、第二数据传输模块分别与所述孔内无线端子电连接，所述地面无线端子用于与地面控制系统电连接。

9、进一步地，所述第一数据传输模块、第二数据传输模块均为无线传输模块。

10、进一步地，还包括壳体，所述壳体内由上至下依次布设主数据传输机构的孔内无线端子、电源和三维激光扫描探测机构；所述摄像机构连接于所述壳体下方。

11、进一步地，所述壳体顶端呈锥形。

12、本发明的另一方面提供了一种三维激光钻孔扫描探测方法，利用如上任一项所述的用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置对隐覆空区进行探测。

13、进一步地，本发明提供的三维激光钻孔扫描探测方法包括以下步骤：

14、用主数据传输机构，根据地面控制系统的指令控制三维激光扫描探测机构和摄像机构开始或结束工作；

15、用摄像机构获取隐覆空区影像数据；

16、用三维激光扫描探测机构获取隐覆空区三维激光数据；

17、用主数据传输机构，将三维激光数据和影像数据发送至地面控制系统。

18、进一步地，本发明提供的三维激光钻孔扫描探测方法中，所述用三维激光扫描探测机构获取隐覆空区三维激光数据，具体包括：

19、用惯性导航模块获取其所处的深度数据；

20、用步进电机带动伸出壳体的三维激光模块旋转；

21、所述三维激光模块在旋转过程中采集隐覆空区的空间数据；

22、用激光数据处理器根据空间数据和深度数据得到该深度处的三维激光数据；

23、用第一数据传输模块将三维激光数据发送至主数据传输机构。

24、本发明提供的一种用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置及方法与现有技术相比具有以下进步：

25、1、本发明采用包括三维激光扫描探测机构、摄像机构和主数据传输机构的设计；通过摄像机构获取隐覆空区影像信息，通过在旋转过程中进行空间探测的三维激光扫描探测机构获取激光空间信息，再通过主数据传输机构将影像信息和激光空间信息发送至地面控制系统，以供探测人员准确获知隐覆空区信息。具有获知信息全面、精度高、可信度高等优点。

26、2、本发明采用所述三维激光扫描探测机构包括：三维激光模块、惯性导航模块、步进电机、激光数据处理器和第一数据传输模块；所述三维激光模块与所述激光数据处理器电连接，所述惯性导航模块、所述步进电机、所述三维激光模块和所述激光数据处理器分别通过所述第一数据传输模块与所述主数据传输机构电连接的设计；用所述步进电机带动所述三维激光模块均匀旋转，在旋转过程中360°周向采集隐覆空区的空间信息，实现了采集信息的均匀性、有效性和全面性；所述激光数据处理器再根据惯性导航模块采集的深度信息，和对所述三维激光模块采集的空间数据进行解析建立的三维空间图像，建立包括隐覆空区各个深度整体的三维空间点云图像，再通过第一数据传输模块和所述主数据传输机构将三维空间点云图像发送至地面控制系统，在隐覆空区内完成三维激光数据的处理，减少需要传输的数据量，同时还提高了数据处理速度。

27、3、本发明采用所述主数据传输机构包括孔内无线端子、地面无线端子和连接地面无线端子与孔内无线端子的传输数据线；所述第一数据传输模块、第二数据传输模块分别与所述孔内无线端子电连接，所述地面无线端子用于与地面控制系统电连接的设计；地下各个机构间通过无线传输，便于拆装；本发明的孔内部分与地上部分之间需要传输的数据仅有控制信号、影像数据和三维空间点云数据，需要传输的数据量少，所以隐覆空区之间仅需一个传输数据线，有效减少了传输数据线的数量以及单位长度的重量，减小了线缆需承载重量，有助于增加最大探测深度和降低作业难度。

28、4、本发明采用还包括壳体，所述壳体内由上至下依次布设主数据传输机构、电源和三维激光扫描探测机构；所述摄像机构连接于所述壳体下方的设计；用所述壳体保护其内各个机构，确保了设备的安全性，用所述壳体下方的摄像机构采集隐覆空区底部影像。