CN113720307A - 一种回采工作面摄影地质编录方法及系统 - Google Patents

一种回采工作面摄影地质编录方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及图像编录技术领域，具体涉及一种回采工作面摄影地质编录方法及系统，系统包括固定测绘模块、测绘摄影模块、处理模块、期数模块和清晰度模块，方法包括，获取采掘工作的中断信息，布设采集现场，通过发射线激光测量与煤壁的间距值作为比例标尺，采集连续多期的煤壁图像，判断煤壁图像清晰度，在清晰度小于阈值时再次获取煤壁图像，在清晰度大于阈值时，对煤壁图像进行处理和地质编录。本发明避免因环境中粉尘等因素造成图像清晰度差无法处理或处理数据量大的问题。

Description

一种回采工作面摄影地质编录方法及系统
技术领域
本发明涉及图像编录技术领域，具体涉及一种回采工作面摄影地质编录方法及系统。
背景技术
回采工作面，又称采煤工作面。煤矿的开采为了安全一般是从前向后采，先打通巷道进入计划开采面积的远处，正式开采时的工作面称回采工作面。在完成某个区域的回采工作后，为防止采空区塌方伤人，采空区常用处理方法包括全部垮落法、充填法和煤柱支撑法等，采用全部垮落法处理采空区简单可靠、费用少，所以凡是条件合适时均应尽可能采用全部垮落法处理采空区。
目前，因回采工作完成后的采空区大多会在封闭前行简单编录，精度较差。由于矿区的面积比较大，当需要调用相邻采区的编录结果时，精度低，无法对该相邻采区进行煤层分布情况的预判。针对地质编录，通常是在遇到断层或地质构造变化时进行，另外，因地质编录工作不能直接靠近工作面煤壁，需要先在预设位置上设置用于支撑的液压支架，然后在液压支架下方的刮板运输机挡板外拍摄多个图像，然后将图像通过后台处理器的计算、分析和处理后得到煤层的各项参数信息。但是，由于回采工作过程中环境中粉尘的影响，拍摄得到的图像的清晰度较差；另外，因采掘工作的工期较长而导致图像采集的间隔时间比较长，因采集环境的相似度比较高，回采工作面的地质编录会分辨不清图像的采集时段。
发明内容
本发明意在提供一种回采工作面摄影地质编录系统，以解决因环境影响导致图像清晰度差的问题。
本方案中的回采工作面摄影地质编录系统，包括固定测绘模块、测绘摄影模块、处理模块；
固定测绘模块，位于液压支架下方的刮板运输机挡板外，用于在摄影测量的煤壁图像中通过发射线激光作为比例标尺，并发射点激光定位铅垂方向；
测绘摄影模块，用于拍摄固定测绘模块和回采工作面第一预设数量的图像作为煤壁图像，并发送至处理模块进行处理和地质编录；
还包括期数模块和清晰度模块；
期数模块，用于采集回采工作的中断信息，并发送至处理模块；
清晰度模块，用于从处理模块获取煤壁图像，并识别煤壁图像的清晰度发送至处理模块；
处理模块将清晰度与阈值进行对比，当清晰度小于阈值时，所述处理模块等待预设时长后再次获取煤壁图像的清晰度进行对比，当清晰度大于阈值时，所述处理模块根据中断信息给煤壁图像添加期数信息，所述处理模块根据期数信息对煤壁图像顺序进行处理和地质编录。
本方案的有益效果是：
在回采工作面的采掘过程中，采掘工作因安全需要定期检修时，通过期数模块采集回采工作的中断信息发送至处理模块；将固定测绘模块放置于预设位置，调节固定测绘模块的铅垂方向，由测绘摄影模块对固定测绘模块和回采工作面拍摄煤壁图像；由处理模块获取煤壁图像发送至清晰度模块进行清晰度识别，并进行清晰度对比，当清晰度较大时，根据中断信息添加期数信息。在清晰度较高时，才进行相应的期数信息添加，在期数信息添加后进行影像处理和影像地质编录。由于回采工作面在采掘工作中会通风和洒水，在预设时长后再次获取煤壁图像，能够通过通风吹散粉尘后再处理煤壁图像，避免因环境中粉尘等因素造成图像清晰度差无法处理或处理数据量大的问题。
进一步，还包括筛选模块，当清晰度大于阈值时，所述处理模块将煤壁图像发送至筛选模块，所述筛选模块识别煤壁图像中地质结构并发送至处理模块，所述处理模块判断地质结构是否为预设结构，当地质结构是预设结构时，所述处理模块所获取测绘摄影模块第二预设数量的煤壁图像，所述第二预设数量大于第一预设数量。
有益效果是：在收到煤壁图像时，通过筛选模块识别煤壁图像上的地质结构，并判断是否为预设结构，若是，则增加采集的煤壁图像数量，提高煤壁图像上包含地质信息的完整性，便于后期对重要的地质结构进行分析。
进一步，所述处理模块通过影像校正、影像镶嵌和影像测量的过程进行多期煤壁图像处理，所述处理模块通过在处理后的煤壁图像上构造线绘制、产状计算和属性编码进行多期地质编录。
有益效果是：将针对回采工作面在采掘过程中多次采集的煤壁图像进行处理和地质编录，能够从编录得到的结果中完整体现采掘过程中的情况。
进一步，所述固定测绘模块包括支撑单元，所述支撑单元上设有点激光单元、线激光单元、倾角传感单元、微处理单元和显示单元；
所述点激光单元发射出多个位于同一直线上的点激光并测量第一距离值，所述点激光之间的发射夹角相等；
所述线激光单元发射出线激光并测量第二距离值作为比例标尺；
所述倾角传感单元检测支撑单元顶端的倾角信息；
所述微处理单元获取倾角信息发送至显示单元进行显示，所述微处理单元获取倾角信息、第一距离值和发射夹角并计算点激光的水平投影距离，所述微处理单元判断任意两个点激光的水平投影距离是否相等，若相等，所述微处理单元判断支撑单元调节铅垂并发送至显示单元进行显示。
有益效果是：在固定测绘模块上通过激光进行铅垂调节以及作为比例标尺，无需携带标志杆等，减小装置整体的长度，方便携带使用，点激光调节计算铅垂，判断更准确。
进一步，所述微处理单元识别煤壁图像上点激光单元的发射点和投射点，当未同时识别到发射点和投射点且任意两个点激光的水平投影距离相等时，所述微处理单元根据倾角信息、第二距离值和发射夹角计算铅垂投影长度，并以铅垂投影长度作为比例标尺。
有益效果是：由于回采工作面的工作空间非常有限，部分环境下无法将线激光发射点和投射到煤壁上的激光点同时拍摄至煤壁图像中，所以，通过计算点激光的铅垂投影长度作为比例标尺，提高回采工作面的图像采集的连续性和准确性，能够适应到多种环境下进行使用。
进一步，所述测绘摄影模块包括摄像单元和多个支撑摄像单元的支架单元，所述支架单元上设有检测单元、控制单元和发射单元，所述检测单元获取摄像单元的拍摄频率并发送至控制单元，所述控制单元根据拍摄频率获取预存的支架参数，所述支架参数包括支架编号、坡度、拍摄高度、与回采工作面的间距和支架高度，所述控制单元将支架参数通过发射单元发送至处理模块。
有益效果是：通过检测单元检测摄像单元的拍摄频率，然后将预存的支架单元的支架参数通过发射单元以拍摄频率发送至处理模块，提高拍摄现场数据记录的完整性，让后期的数据分析更方便。
进一步，所述支架单元上还设有角度传感单元，所述角度传感单元检测支架单元的倾斜角度，所述控制单元实时获取倾斜角度，并判断相邻倾斜角度是否变化，当倾斜角度产生变化时，所述控制单元给支架参数添加变更标识。
有益效果是：通过检测支架单元的倾斜角度，并判断倾斜角度是否变化，即判断支架单元是否产生移位，若产生了变化，则给支架参数添加变更标识，以便于在后续处理和编录时进行参考。
回采工作面摄影地质编录方法，包括以下步骤：
步骤一，通过期数模块采集回采工作的中断信息并发送至处理模块，在采集到中断信息时，将固定测绘模块布设在回采工作面前方的预设距离处，调节固定测绘模块的顶端面至水平方向，及调节固定测绘模块至铅垂方向，通过固定测绘模块发射出线激光并测量与煤壁的间距值作为比例标尺；
步骤二，通过测绘摄影模块拍摄第一预设数量的固定测绘模块和回采工作面的煤壁图像，发送至处理模块；
步骤三，由处理模块获取煤壁图像发送至清晰度模块，让清晰度模块识别煤壁图像的清晰度反馈至处理模块，由处理模块将清晰度与阈值进行对比，当清晰度小于阈值时，等待预设时长再次获取煤壁图像的清晰度进行对比，当清晰度大于阈值时，由处理模块根据中断信息给煤壁图像添加期数信息，并根据期数信息对煤壁图像进行处理和地质编录。
本方案的有益效果是：
通过检测回采工作面的中断信息，在检测到中断信息时，识别煤壁图像的清晰度并判断，当煤壁图像的清晰度较大时，再采集对应的煤壁图像，对回采工作中不同时间的多次采集的多期煤壁图像进行处理和地质编录，保持所采集煤壁图像的清晰性，提高后续计算数据的准确性。
进一步，所述步骤三中，当清晰度大于阈值时，通过处理模块将煤壁图像发送至筛选模块，由筛选模块识别煤壁图像中的地质结构，让处理模块判断地质结构是否为预设结构，若是，由处理模块从测绘摄影模块获取第二预设数量的煤壁图像，所述第二预设数量大于第一预设数量。
有益效果是：当预判到地质结构为预设结构，即预判到出现比较重要的地质结构时，增加所获取的煤壁图像的数量，提高地质记录的完整性和可参考性。
进一步，所述步骤一中，通过测绘摄影模块上的检测单元获取其摄像单元的拍摄频率发送至控制单元，通过测绘摄影模块上的角度传感单元检测倾斜角度，并由控制单元判断倾斜角度是否变化，当倾斜角度变化时，让控制单元以拍摄频率获取预存的支架参数并添加变更标识后发送至处理模块。
有益效果是：在摄影测量过程中，获取拍摄煤壁图像的拍摄频率，并判断拍摄时的倾斜角度是否改变，若倾斜角度变化时，以拍摄频率发送添加了变更标识的支架参数至处理模块，让测绘摄影模块在测量过程中更稳定。
附图说明
图1为本发明实施例一回采工作面摄影地质编录系统的示意性框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
实施例一
回采工作面摄影地质编录系统，如图1所示：包括固定测绘模块、测绘摄影模块、处理模块、筛选模块、期数模块和清晰度模块。
固定测绘模块位于液压支架下方的刮板运输机挡板外，液压支架和刮板运输机均为现有产品，具体的结构和安装在此不赘述，固定测绘模块用于在摄影测量的煤壁图像中通过发射线激光测量对应的距离作为比例标尺，并发射点激光定位铅垂方向，固定测绘模块包括支撑单元，支撑单元上设有点激光单元、线激光单元、倾角传感单元、微处理单元和显示单元，支撑单元可用现有的三脚架，支撑单元上设有用于调节点激光单元和线激光单元方位的万向节或云台；点激光单元发射出多个位于同一直线上的点激光并测量第一距离值，点激光之间的发射夹角相等；线激光单元发射出线激光并测量第二距离值作为比例标尺，点激光单元和线激光单元可用现有的激光发射器；倾角传感单元检测支撑单元顶端的倾角信息，微处理单元获取倾角信息发送至显示单元进行显示，倾角信息包括横滚角、俯仰角和点激光发射中心与水平向的水平夹角，通过调节万向节或云台直至横滚角为零；微处理单元获取倾角信息、第一距离值和发射夹角，并根据勾股定理计算点激光的水平投影距离，例如第一距离值分别表示为OA、OB、OC，水平夹角表示为α，发射夹角分别表示为ψ1和ψ2，水平投影表示为：OA`＝OA*cosα、OB`＝OB*cos(α+ψ1)、OC`＝OC*cos(α-ψ2)；微处理单元判断任意两个点激光的水平投影距离是否相等，若相等，微处理单元判断支撑单元调节铅垂并发送至显示单元进行显示。
测绘摄影模块用于拍摄固定测绘模块和回采工作面第一预设数量的图像作为煤壁图像，测绘摄影模块包括摄像单元和多个支撑摄像单元的支架单元，支架单元上安装有检测单元、控制单元和发射单元，检测单元获取摄像单元的拍摄频率并发送至控制单元，检测单元通过数据线获取摄像单元的参数进行拍摄频率获取；控制单元根据拍摄频率获取预存的支架参数，支架参数为液压支架的参数，支架参数包括支架编号、坡度、拍摄高度、与回采工作面的间距和支架高度，控制单元将支架参数通过发射单元发送至处理模块；测绘摄影模块将煤壁图像发送至处理模块进行处理和地质编录。
期数模块用于采集回采工作的中断信息，期数模块可以通过获取检修信号进行中断信息的获取，期数模块将采集的中断信息发送至处理模块，清晰度模块用于从处理模块获取煤壁图像，并识别煤壁图像的清晰度发送至处理模块，清晰度的识别通过识别煤壁图像上地质构造纹理并以地质构造纹理的清晰程度进行。
处理模块将清晰度与阈值进行对比，当清晰度小于阈值时，处理模块等待预设时长后再次获取煤壁图像的清晰度进行对比，当清晰度大于阈值时，处理模块根据中断信息给煤壁图像添加期数信息，期数信息可以通过添加数字标识进行表示，处理模块根据期数信息对煤壁图像顺序进行处理和地质编录。
当清晰度大于阈值时，处理模块将煤壁图像发送至筛选模块，筛选模块识别煤壁图像中地质结构并发送至处理模块，地质结构可以通过现有的Canny算法识别轮廓进行，例如地质结构可以是断层、褶皱、夹矸、煤岩分界等，处理模块判断地质结构是否为预设结构，预设结构根据实际需求进行设置，例如可以设置为褶皱，当地质结构是预设结构时，处理模块所获取测绘摄影模块第二预设数量的煤壁图像，第二预设数量大于第一预设数量，第一预设数量和第二预设数量可以根据实际需要进行设置。
处理模块通过影像校正、影像镶嵌和影像测量的过程进行多期煤壁图像处理，影像校正可用现有相机标定方法得到图像畸变量后进行，影像镶嵌通过将相邻期数采集的煤壁图像进行连续拼接，对于未采集到图像的空白图像可以通过现有的插值法进行填充，影像测量是通过测量尺寸然后根据比例标尺进行测量计算，处理模块通过在处理后的煤壁图像上构造线绘制、产状计算和属性编码进行多期地质编录，例如使用现有GeoLog3D软件进行，在此不赘述。
基于上述回采工作面摄影地质编录系统的回采工作面摄影地质编录方法，包括以下步骤：
包括以下步骤：
步骤一，通过期数模块采集回采工作的中断信息并发送至处理模块，在采集到中断信息时，将固定测绘模块布设在回采工作面前方的预设距离处，调节固定测绘模块的顶端面至水平方向，及调节固定测绘模块至铅垂方向，通过固定测绘模块发射出线激光并测量与煤壁的间距值作为比例标尺；
步骤二，通过测绘摄影模块拍摄第一预设数量的固定测绘模块和回采工作面的煤壁图像，发送至处理模块；
步骤三，由处理模块获取煤壁图像发送至清晰度模块，让清晰度模块识别煤壁图像的清晰度反馈至处理模块，由处理模块将清晰度与阈值进行对比，当清晰度小于阈值时，等待预设时长再次获取煤壁图像的清晰度进行对比，预设时长可以由处理模块内部时钟进行，当清晰度大于阈值时，由处理模块根据中断信息给煤壁图像添加期数信息，并根据期数信息对煤壁图像进行处理和地质编录；并且，当清晰度大于阈值时，通过处理模块将煤壁图像发送至筛选模块，由筛选模块识别煤壁图像中的地质结构，让处理模块判断地质结构是否为预设结构，若是，由处理模块从测绘摄影模块获取第二预设数量的煤壁图像，第二预设数量大于第一预设数量。
本实施例一自动检测中断信息，并且对拍摄的煤壁图像的清晰度进行识别，在清晰度较高时，自动进行相应的期数信息添加，在期数信息添加后进行影像处理和影像地质编录。由于回采工作面在采掘工作中会通风，在预设时长后再次获取煤壁图像，能够通过通风吹散粉尘后再处理煤壁图像，避免因环境中粉尘等因素造成图像清晰度差无法处理或处理数据量大的问题。
实施例二
与实施例一的区别在于，回采工作面摄影地质编录系统，支架单元上还安装有角度传感单元，角度传感单元检测支架单元的倾斜角度，控制单元实时获取倾斜角度，并判断多次采集到的相邻倾斜角度是否变化，当倾斜角度产生变化时，控制单元给支架参数添加变更标识。
回采工作面摄影地质编录方法，步骤一中，通过测绘摄影模块上的检测单元获取其摄像单元的拍摄频率发送至控制单元，通过测绘摄影模块上的角度传感单元检测倾斜角度，并由控制单元判断倾斜角度是否变化，当倾斜角度变化时，让控制单元以拍摄频率获取预存的支架参数并添加变更标识后发送至处理模块。
本实施例二在摄影测量过程中，获取拍摄煤壁图像的拍摄频率，并判断拍摄时的倾斜角度是否改变，若倾斜角度变化时，以拍摄频率发送添加了变更标识的支架参数至处理模块，让测绘摄影模块在测量过程中更稳定。
实施例三
与实施例一的区别在于，微处理单元识别煤壁图像上点激光单元的发射点和投射点，微处理单元通过识别发射点和投射点的形状轮廓，并将形状轮廓与预设轮廓进行对比，当同时对比到发射点和投射点的形状轮廓即为同时识别到发射点和投射点；当未同时识别到发射点和投射点且任意两个点激光的水平投影距离相等时，微处理单元根据倾角信息、第二距离值和发射夹角计算铅垂投影长度，并以铅垂投影长度作为比例标尺，铅垂投影长度表示为OA*sinα。
由于回采工作面的工作空间非常有限，部分环境下无法将线激光发射点和投射到煤壁上的激光点同时拍摄至煤壁图像中，所以，通过计算点激光的铅垂投影长度作为比例标尺，提高回采工作面的图像采集的连续性和准确性，能够适应到多种环境下进行使用。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种回采工作面摄影地质编录系统，包括固定测绘模块、测绘摄影模块、处理模块；
固定测绘模块，位于液压支架下方的刮板运输机挡板外，用于在摄影测量的煤壁图像中通过发射线激光作为比例标尺，并发射点激光定位铅垂方向；
测绘摄影模块，用于拍摄固定测绘模块和回采工作面第一预设数量的图像作为煤壁图像，并发送至处理模块进行处理和地质编录；
其特征在于：还包括期数模块和清晰度模块；
期数模块，用于采集回采工作的中断信息，并发送至处理模块；
清晰度模块，用于从处理模块获取煤壁图像，并识别煤壁图像的清晰度发送至处理模块；
处理模块将清晰度与阈值进行对比，当清晰度小于阈值时，所述处理模块等待预设时长后再次获取煤壁图像的清晰度进行对比，当清晰度大于阈值时，所述处理模块根据中断信息给煤壁图像添加期数信息，所述处理模块根据期数信息对煤壁图像顺序进行处理和地质编录。
2.根据权利要求1所述的一种回采工作面摄影地质编录系统，其特征在于：还包括筛选模块，当清晰度大于阈值时，所述处理模块将煤壁图像发送至筛选模块，所述筛选模块识别煤壁图像中地质结构并发送至处理模块，所述处理模块判断地质结构是否为预设结构，当地质结构是预设结构时，所述处理模块所获取测绘摄影模块第二预设数量的煤壁图像，所述第二预设数量大于第一预设数量。
3.根据权利要求2所述的一种回采工作面摄影地质编录系统，其特征在于：所述处理模块通过影像校正、影像镶嵌和影像测量的过程进行多期煤壁图像处理，所述处理模块通过在处理后的煤壁图像上构造线绘制、产状计算和属性编码进行多期地质编录。
4.根据权利要求3所述的一种回采工作面摄影地质编录系统，其特征在于：所述固定测绘模块包括支撑单元，所述支撑单元上设有点激光单元、线激光单元、倾角传感单元、微处理单元和显示单元；
所述点激光单元发射出多个位于同一直线上的点激光并测量第一距离值，所述点激光之间的发射夹角相等；
所述线激光单元发射出线激光并测量第二距离值作为比例标尺；
所述倾角传感单元检测支撑单元顶端的倾角信息；
所述微处理单元获取倾角信息发送至显示单元进行显示，所述微处理单元获取倾角信息、第一距离值和发射夹角并计算点激光的水平投影距离，所述微处理单元判断任意两个点激光的水平投影距离是否相等，若相等，所述微处理单元判断支撑单元调节铅垂并发送至显示单元进行显示。
5.根据权利要求4所述的一种回采工作面摄影地质编录系统，其特征在于：所述微处理单元识别煤壁图像上点激光单元的发射点和投射点，当未同时识别到发射点和投射点且任意两个点激光的水平投影距离相等时，所述微处理单元根据倾角信息、第二距离值和发射夹角计算铅垂投影长度，并以铅垂投影长度作为比例标尺。
6.根据权利要求5所述的一种回采工作面摄影地质编录系统，其特征在于：所述测绘摄影模块包括摄像单元和多个支撑摄像单元的支架单元，所述支架单元上设有检测单元、控制单元和发射单元，所述检测单元获取摄像单元的拍摄频率并发送至控制单元，所述控制单元根据拍摄频率获取预存的支架参数，所述支架参数包括支架编号、坡度、拍摄高度、与回采工作面的间距和支架高度，所述控制单元将支架参数通过发射单元发送至处理模块。
7.根据权利要求6所述的一种回采工作面摄影地质编录系统，其特征在于：所述支架单元上还设有角度传感单元，所述角度传感单元检测支架单元的倾斜角度，所述控制单元实时获取倾斜角度，并判断相邻倾斜角度是否变化，当倾斜角度产生变化时，所述控制单元给支架参数添加变更标识。
8.一种回采工作面摄影地质编录方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过期数模块采集回采工作的中断信息并发送至处理模块，在采集到中断信息时，将固定测绘模块布设在回采工作面前方的预设距离处，调节固定测绘模块的顶端面至水平方向，及调节固定测绘模块至铅垂方向，通过固定测绘模块发射出线激光并测量与煤壁的间距值作为比例标尺；
步骤二，通过测绘摄影模块拍摄第一预设数量的固定测绘模块和回采工作面的煤壁图像，发送至处理模块；
步骤三，由处理模块获取煤壁图像发送至清晰度模块，让清晰度模块识别煤壁图像的清晰度反馈至处理模块，由处理模块将清晰度与阈值进行对比，当清晰度小于阈值时，等待预设时长再次获取煤壁图像的清晰度进行对比，当清晰度大于阈值时，由处理模块根据中断信息给煤壁图像添加期数信息，并根据期数信息对煤壁图像进行处理和地质编录。
9.根据权利要求7所述的回采工作面摄影地质编录方法，其特征在于：所述步骤三中，当清晰度大于阈值时，通过处理模块将煤壁图像发送至筛选模块，由筛选模块识别煤壁图像中的地质结构，让处理模块判断地质结构是否为预设结构，若是，由处理模块从测绘摄影模块获取第二预设数量的煤壁图像，所述第二预设数量大于第一预设数量。
10.根据权利要求7所述的回采工作面摄影地质编录方法，其特征在于：所述步骤一中，通过测绘摄影模块上的检测单元获取其摄像单元的拍摄频率发送至控制单元，通过测绘摄影模块上的角度传感单元检测倾斜角度，并由控制单元判断倾斜角度是否变化，当倾斜角度变化时，让控制单元以拍摄频率获取预存的支架参数并添加变更标识后发送至处理模块。
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