CN117310738A - 基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法。为克服现有技术缺陷，本发明基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置，包括惯性测量单元、激光扫描仪、工控电脑和交换机，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过交换机及数据线与所述工控电脑相连，其特征在于，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过三脚支架固定于配用罐笼顶部，并沿罐道上下移动，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪，所述惯性测量单元为光纤捷联惯导系统。本发明基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法设计科学，适合同步测量井筒垂直度、罐道垂直度及罐梁平直度。

Description

基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其 使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法。

背景技术

煤矿立井井筒主要功能是实现提升装置对人、设备以及物料的升降，是煤矿安全生产的咽喉部位，也是整个煤矿安全保障系统的重要组成部分。现阶段大多数立井井筒使用年限较长，随着井筒深度的不断增加，深厚表土层对井壁的应压力以及井壁与周围土体相互作用面积也在不断增大。在上述诸多因素的影响下，立井井筒极易出现井壁横向断裂、罐道弯曲变形、井壁混凝土脱落、井筒渗水结碱等问题。罐道是立井提升设备的重要组成部分，在保持罐笼运行、导向以及防止罐笼坠落等方面有着重要的作用，但由于受到采动、箕斗提升物料时偏载、地壳变化以及井筒的潮湿环境等因素的影响，罐道不可避免的会发生变形和偏斜、罐道接头的错位，从而增加了箕斗的提升阻力，轻则导致箕斗在升降的过程中产生顿挫感，重则会导致脱罐、坠罐，致使工人的生命遭到威胁，直接引进巨大的经济损失。

现阶段井筒检测主要采用人工的方式，但人工巡检需要耗费大量的人力成本，且存在人身安全隐患，人工巡检主要靠人的眼睛发现病害特征，不能及时准确找到所有井筒病害，有时会因主观原因而忽略一些病害的存在，病害识别能力较低，难以进行定量统计分析。

捷联惯性导航系统是一种独立性强、稳定性好、短时间内定位精度高的自主式导航系统，但是随着系统运行时间的增长，使得其导航参数的误差量累积。与捷联惯性导航系统相比，三维激光扫描技术能够获取罐道、罐道梁等物体各个点的表面三维点云坐标，具有数据采样率高、分辨率高、定位精度高等优点，但是在井筒内部环境影响下，定向精度较差。

2022.10.11公开的、授权公告号为CN 115164755 A的中国发明专利公开了一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置，所述煤矿井筒变形自动化连续检测装置包括罐笼、矿井、编码器、激光雷达扫描仪与激光指向仪；所述罐笼设置于矿井内，罐笼的正面依次安装有二号相机与计数器，罐笼的右侧与编码器的左侧连接，编码器的右侧滑轮与矿井的内壁滑动配合，计数器与编码器电连接；所述罐笼的底部从左至右依次与一号云台、二号云台、三号云台的顶部连接，一号云台与三号云台的底部均与激光指向仪的顶部连接，二号云台的底部与激光雷达扫描仪的顶部连接。

该煤矿井筒变形自动化连续检测装置与其他现有井筒检测装置均不能同步检测井筒垂直度、罐道垂直度及罐梁平直度，无法排除现有井筒、罐道及罐梁形变，相互影响测量的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法。

为解决上述技术问题，本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置，包括惯性测量单元、激光扫描仪、工控电脑和交换机，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过交换机及数据线与所述工控电脑相连，其特征在于，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过三脚支架固定于配用罐笼顶部，并沿罐道上下移动，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪，所述惯性测量单元为光纤捷联惯导系统。

作为优化，所述三维激光扫描仪采用德国Z+F三维激光扫描仪PROFILER 9012。

本发明基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置的使用方法，采集前在井口位置架设GPS，获取井口初始位置信息，步骤如下：

(一).数据采集：

(1)罐笼(箕斗，下同略)提升至井口水平位置；

(2)两名以上工作人员将设备及三脚架放置罐笼上部，摆放到合适位置后，并用沙袋固定好，确保其稳定安全；

(3)检测系统由专业操作人员在罐笼上对设备实施调试作业，之后进行参数设置，此后惯导设备开机运行，静止固定5分钟，随后扫描仪开机待稳定，操作人员离开罐笼，确保罐笼内无人；

(4)随罐信号工用对讲机通知提升机房操作工，随后罐笼先以既定速度(一般以提升系统最快速度)下行至井底后，静止固定5分钟，之后再以既定速度上行至最高位置，再静止固定5分钟，然后再次之后再回到井口，罐笼先以既定速度下行至井底后，静止固定5分钟，之后再以既定速度上行至最高位置，再静止固定5分钟，停车闭锁，罐笼上下移动时，三维激光扫描经过的井筒内壁、罐道及罐梁，得到井筒内壁、罐道及罐梁的点云数据，通过惯性测量单元获取罐笼的位置和姿态信息，模拟出罐笼的空间运动轨迹，将惯导数据与点云数据融合后得出具有位姿信息的井壁点云、罐道点云和罐梁点云，

(5)之后系统操作人员进入罐笼内操作设备，关闭惯导和扫描仪设备，然后工作人员进入罐笼拆卸设备及相关辅助部件，并移出罐笼，

(二).采用RANSAC算法，对前述第(4)步所得井壁点云、罐道点云和罐梁点云进行点云滤波处理，

(三)对滤波后的数据进行处理，得到井壁、罐道和罐梁的三维模型，

(四)通过相应的算法处理可以对井筒的径向形变，罐道的垂直度，罐道的平直度，罐道之间的空间位置，罐梁的平直度，罐提升容器与井壁、罐梁之间的最小间隙进行量测，罐笼上下行的运动轨迹通过拟合处理作为井筒垂直度的偏移量分析。

本发明基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法设计科学，适合同步测量井筒垂直度、罐道垂直度及罐梁平直度。

附图说明

下面结合附图对本发明基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置及其使用方法作进一步说明：

图1是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置在井筒内的位置示意图；

图2是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置安装示意图；

图3是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置中惯性测量单元工作原理图；

图4是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置中的罐道扫描方位图；

图5是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置中上位机系统操作流程图；

图6是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置使用方法的线框流程图；

图7是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置中的TDK-IR-90高精度光纤捷联惯导系统外观图；

图8是本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置中采用的德国Z+F三维激光扫描仪PROFILER 9012外观图。

具体实施方式

实施方式一：如图1-8所示，本基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置，包括惯性测量单元、激光扫描仪、工控电脑和交换机，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过交换机及数据线与所述工控电脑相连，其特征在于，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过三脚支架固定于配用罐笼顶部，并沿罐道上下移动，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪，所述惯性测量单元为光纤捷联惯导系统。

所述三维激光扫描仪采用德国Z+F三维激光扫描仪PROFILER 9012。

前述基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置的使用方法，采集前在井口位置架设GPS，获取井口初始位置信息，步骤如下：

(一).数据采集：

(1)罐笼提升至井口水平位置；

(2)两名以上工作人员将设备及三脚架放置罐笼上部，摆放到合适位置后，并用沙袋固定好，确保其稳定安全；

(3)检测系统由专业操作人员在罐笼上对设备实施调试作业，之后进行参数设置，此后惯导设备开机运行，静止固定5分钟，随后扫描仪开机待稳定，操作人员离开罐笼，确保罐笼内无人；

(4)随罐信号工用对讲机通知提升机房操作工，随后罐笼先以既定速度下行至井底后，静止固定5分钟，之后再以既定速度上行至最高位置，再静止固定5分钟，然后再次之后再回到井口，罐笼先以既定速度下行至井底后，静止固定5分钟，之后再以既定速度上行至最高位置，再静止固定5分钟，停车闭锁，罐笼上下移动时，三维激光扫描经过的井筒内壁、罐道及罐梁，得到井筒内壁、罐道及罐梁的点云数据，通过惯性测量单元获取罐笼的位置和姿态信息，模拟出罐笼的空间运动轨迹，将惯导数据与点云数据融合后得出具有位姿信息的井壁点云、罐道点云和罐梁点云，

(5)之后系统操作人员进入罐笼内操作设备，关闭惯导和扫描仪设备，然后工作人员进入罐笼拆卸设备及相关辅助部件，并移出罐笼，

(二).采用RANSAC算法，对前述第(4)步所得井壁点云、罐道点云和罐梁点云进行点云滤波处理，

(三)对滤波后的数据进行处理，得到井壁、罐道和罐梁的三维模型，

(四)通过相应的算法处理可以对井筒的径向形变，罐道的垂直度，罐道的平直度，罐道之间的空间位置，罐梁的平直度，罐提升容器与井壁、罐梁之间的最小间隙进行量测，罐笼上下行的运动轨迹通过拟合处理作为井筒垂直度的偏移量分析。

当巡检装置沿罐道运动时，通过工控电脑控制系统各部件开始工作，通过惯性测量单元输出的信号进行捷联惯性导航解算，获取罐笼的位置和姿态信息，最终模拟出罐笼的空间运动轨迹，罐笼上下行的运动轨迹通过拟合处理可以作为井筒垂直度的偏移量分析。三维激光扫描仪发射激光对井筒进行扫描获取高精度的点云数据，原始激光散点在各个方向上的空间坐标信息，通过坐标转换得出以当地水平坐标系为基准的三维坐标信息。点云数据经过滤波处理后可以获得井壁点云、罐道点云和罐梁点云，通过相应的算法处理可以对井筒的径向形变，罐道的垂直度，罐道的平直度，罐道之间的空间位置，罐梁的平直度，罐提升容器与井壁、罐梁之间的最小间隙进行量测。井筒的点云数据转成灰度图像后，可实现对井壁表面的脱落检测、渗水检测、井筒半径分析和横断面分析等。基于重点检测原则，可以在设置标识点的部位进行断面提取及形变分析，进一步优化巡检方案，井筒检测技术路线如图6所示。

根据井筒具体条件的不同，需要选择合理的检测系统及方案，通过了解矿井的基本情况，将井筒安全检测原则作为检测方案设计的基准，进行实地勘察，对重点检测部位设置标识点，选取设备进行外观设计、光纤惯组与激光扫描仪的时间同步工作、系统检核、现场调试等硬件系统设计工作，最终进行实验数据采集。

煤矿立井井筒安全检测硬件系统集成系统供电、系统控制、数据采集、数据存储四部分一体化设计，具有操作简单、携带方便、易于安置等特点，且可实现无人值守化巡检。

TDK-IR-90矿山指向系统主要包括导航参数设置、捷联惯性导航解算、惯性数据提取等功能，在一定程度上实现了矿井巡检的自动化和信息化，同时具有实用性强，端口开放性强，后期维护成本低等优点。

通过上位机软件内置的数据处理算法对罐道扫描数据进行处理，从而计算2

根罐道之间的缝隙宽度、各方向错位值及单根罐道的磨损量。

(1)缝隙宽度计算。将罐道扫描数据中全零行的行数乘以光纤惯组的触发间距，可得两根罐道之间缝隙宽度。

(2)错位值计算。激光扫描仪对罐道的扫描方位如图3所示(以沿罐道面水平方向为X方向，与罐道面垂直方向为Y方向)。利用罐道扫描数据计算得到两根罐道之间X方向错位的列数后，乘以激光散点间距，可得X方向错位值x；将罐道扫描数据中的全零行看作缝隙数据，非零行看作罐道数据，取缝隙数据上方第1行罐道数据正中心的值和缝隙数据下方第1行罐道数据正中心的值相减，可得Y方向错位值y。

(3)磨损量计算。为准确定位磨损具体位置，需要知道单根罐道长度，将罐道扫描数据中连续非零行的行数乘以光纤惯组的触发间距，即可得到单根罐道长度。将罐道左右两侧边缘若干列数据的平均值相加后除以2，得到罐道非磨损部位与激光扫描仪之间的距离d1。考虑到磨损位置一般位于罐道正中央，因此取罐道数据中心若干列的平均值作为罐道磨损部位与激光扫描仪之间的距离d2。将d1与d2相减即可得到罐道磨损量。

井筒安全巡检装置主要具备点云数据采集、空间坐标数据采集及系统控制、数据存储和系统各用电设备的供电等功能。当三维激光扫描仪扫描时，罐笼以设定的下降速度缓慢下降，记录不同方向的测距数据，得出以扫描中心为基准的三维坐标信息，获取点云数据。海量数据的采集极大提升了工作效率，节省了人工成本，减少了生产通道占用所带来的经济效益影响。基于移动测量、三维激光扫描技术，操作人员只需关注标志点位置各井筒装置之间距离的数据以及井筒的数据，进行数据的筛选，基于C++中的PCL点云库，运用相关的算法及软件处理井筒点云数据，得到井筒的变形和各井筒装置之间距离变化的情况；结合相关算法，对井壁点云进行圆度分析，判断井筒中心偏移量；通过对罐道点云进行分析，判断罐道的垂直度、平直度以及不同罐道之间的空间位置；通过惯性单元所输出位姿信息，判断罐笼的运行姿态，进而分析井筒的垂直度；通过对不同罐道在同一深度进行差值计算，判断不同罐道之间的最小间隙；综合以上方法，完成相关检测。

激光雷达检测，通过激光扫描仪获取井筒点云并通过上位机软件建立其与捷联惯性导航系统的连接。

通过TDK-IR-90矿山指向系统采集并处理得到罐道中罐笼的位姿信息，并通过上位机软件实现数据整合。

上位机软件作为数据处理系统，对接收的惯导数据和点云数据进行处理、能够实时显示罐笼的位姿信息和井筒内壁的三维点云模型，通过定位信息可以判断病害发生的位置，从而达到巡检目的。

实际采用PComm终端仿真器对数据进行采集的通讯程序及利用Visio Studio平台，采用C#语言开发上位机软件对数据进行处理，实现对载体运动状态的判断，进而得到运载体的三维轨迹与姿态，技术设计流程如图5所示。通过NPort窗口驱动管理器，搜索识别到串口服务器的型号、IP地址及相应的port口所对应的COM口，建立NPort6450与上位机的连接，连接成功后可通过WEB登陆NPort6450的IP地址进行MOXA串口服务器通讯接口属性的设置。

本发明所述的检测流程主要包括两个方面，三维激光扫描检测和惯性测量单元检测；三维激光扫描检测主要包括检测井筒整体变形量、罐道的垂直度和平直度、不同罐道之间的空间位置、罐梁的平直度、井筒内壁面的剥落面积、渗漏水结茧面积、脱落面积、裂缝面积。惯性测量单元检测主要检罐笼在运动过程中的偏移量及其姿态变化。

通过三维激光扫描仪获取的井筒点云数据，存在着煤灰煤渣，水汽等噪声点和罐梁，管线等异物点，需要进行滤波处理。采用随机抽样一致算法(RANSAC)进行井筒点云滤波得到剩余井壁点云的井筒三维模型。利用RANSAC算法估计井筒模型的圆柱面方程和中轴线根据中轴线的方向矢量和点到截断面的距离方程，确定法向平面方程，进行不同深度截断面的提取。最后将截断面投影到垂直于中轴线的平面上，采用最小二乘拟合算法对投影的截断面进行二维圆的拟合，计算出不同深度截断面的半径收敛值，以及计算不同深度截断面圆心坐标与井口位置拟合圆心的偏移量，即可反映出井筒的收敛变化及形变情况。

通过聚类分析，RANSAC算法对井筒原始点云进行滤波处理，得到完整的罐道点云，将罐道点云进行切片投影到垂直于中轴线的平面上，然后利用RANSAC算法拟合直线，求取两条直线的交点即可提取不同深度的罐道点云坐标信息，最后分别在X方向，Y的方向进行差值计算即可求出罐道的垂直度。

罐道和罐梁的数学模型类似于长方形，所以采用RANSAC算法对罐道和罐梁进行平面拟合，提取其角点坐标，以井口的位置为基点，计算不同深度罐道和罐梁拟合坐标的差值即可分析罐道和罐梁的平直度和空间位置。

通过投影将井筒点云转成灰度影像图，首先对灰度图像进行滤波处理，包括线性滤波中的均值滤波，高斯滤波，非线性滤波中的中值滤波，双边滤波。采用Soble算子，Canny算子，Laplacian算子进行病害区域的边缘提取及轮廓分析。然后利用腐蚀，膨胀对灰度图像进行形态学处理，计算出病害区域的长度，宽度，面积等。最后进行图像增强，灰度图像二值化处理，用于井壁裂缝，渗漏水别及面积计算。

通过捷联式惯性导航系统获取罐道中罐笼的运动轨迹，首先对采集数据的处理分为采样数据的粗对准、精对准、预处理、加速度数据的处理与二次积分、陀螺数据的处理和数据的积分。

(1)粗对准方法

惯导系统初始对准就是确定参考导航坐标系的一个过程。惯导系统刚上电启动时，其载体坐标系相对于参考导航坐标系的各轴指向完全未知或不够精确，无法立即进入导航状态，因此必须先确定载体坐标系相对于导航坐标系的空间方位，从惯导的角度看这等效于寻找参考导航坐标系的一个过程。

(2)精对准方法

经过粗对准阶段，捷联惯导获得了粗略的姿态矩阵，也就是获得了粗略的地理导航系指向，但是与真实地理坐标系相比往往还存在一定的失准角误差，通常水平失准角可达数角分而方位失准角可达数度，若直接进入后续的纯惯性导航，导航误差将迅速发散，因此，需要进行进一步的精对准，尽量减小失准角误差。最后采用Kalman滤波方法进行估计，便可获得粗对准失准角的最优估计，实现惯导系统的精对准。

(3)预处理与加速度、陀螺仪数据的积分

加速度和陀螺信号的处理是在对准的基础上，对数据再次进行精确处理，主要是基于数字积分滤波器完成对加速度信号趋势项、噪声的消噪及基于小波阈值去噪实现对陀螺漂移信号的修正，依此为基础可以计算出惯导系统在三个坐标轴上位移曲线，通过三个坐标轴的位移曲线可得出箕斗的三维空间运动轨迹，即罐道的三维形状。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明采用工业测量三脚架将巡检装置固定于罐笼顶部，促使装置在外部驱动装置的作用下沿罐道稳定的上下移动，避免巡检装置发生与载体的相对运动，与使用单向缆绳方案相比，造价低，且受井筒内风力等因素影响较小，具有较好的稳定性；

(2)本发明采用外部驱动装置进行装置本体动力供给，使装置可以平稳在罐道中沿罐笼上下移动，且运动过程中装置本体不发生旋转运动，同时由于采用井筒现有的外部驱动装置，使得本发明设计的巡检装置能够实现点云数据的一体化采集，相比于传统扫描仪，省略了点云拼接等步骤，提高了巡检效率及数据精度；

(3)本发明在巡检装置本体设计了上位机模块可以将激光雷达和光纤惯组传感器采集点云数据和惯导数据实时发送到后端处理，实现实时显示加速度计和陀螺原始信号，通过分析井筒的POS数据分析罐笼的轨迹，同时采用随机采样一致性算法、最小二乘算法等对井壁点云数据进行滤波、圆柱拟合、断面提取及分析来检测井筒变形量，对罐道点云进行聚类分析，切片，投影，平面拟合、提取角点坐标来分析罐道的垂直度。

(4)本发明采用捷联惯性导航系统和激光雷达传感器联合对井内壁的混凝土面进行形变检测，其中光纤惯组采集惯性测量单元数据通过处理检测出罐道垂直度信息。激光雷达采集的点云数据转成灰度图像，通过对灰度图像的处理，对井壁裂缝，渗水等病害进行自动识别和面积计算。

在这个技术领域，我们要确保所有使用的术语(包括技术术语和科学术语)都遵循普通技术人员的一般理解，除非另有明确定义。此外，我们还需要明白，通常情况下，像通用词典中所定义的那些术语应该在这里被解释为与现有技术领域中的含义相符，而不应该过于理想化或形式化地诠释它们。我们的目标是确保术语的使用在技术上是一致的，并与该领域的常规实践相契合。

除非另外定义，本技术领域技术人员可以理解的是，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本文中提供的实施例仅为了说明本发明的技术思想，并不能限定本发明的保护范围。任何按照本发明所提出的技术思想进行的改动，均应被视为本发明的保护范围之内。尽管本文中提供了具体的实施例，但本发明的实施方式并不限于这些例子。只要是在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，并且符合本发明所宣称的技术思想，就可以进行各种变化或改进。需要注意的是，这些变化或改进不应超出本发明所宣称的技术范畴或偏离本发明的核心宗旨。

煤矿立井井筒安全巡检装置具体组成部分如下所示。

(1)惯性测量单元(TDK-IR-90)

高精度光纤捷联惯导系统采用三轴光纤陀螺仪敏感载体角运动，输出与载体运动角速率成比例的数字信号；三个正交配置的石英挠性加速度计敏感载体的线加速度，输出与其成比例的电流信号，电流信号经过V/F转换电路转换为频率信号输入导航计算机。导航计算机完成陀螺仪、加速度计、外接GPS的数据接收、系统误差补偿计算、导航解算，并以规定的周期通过监控口对外发送实时的速度、位置、姿态等导航信息。其工作原理图如图3所示。

高精度光纤捷联惯导系统的主要参数如下表所示：

表1TDK-IR-90组合实时精度

表2TDK-IR-90组合后处理精度

表3TDK-IR-90纯惯性测量精度

表4TDK-IR-90工作性能

根据TDK-IR-90纯惯性导航精度位置精度所示：TDK-IR-90是高精度测量器件，位置精度为远小于实验设计对惯导装置的要求,因此可选用此精度设备进行实验。TDK-IR-90系统为一体式结构，此结构为IMU+卫星导航+存储卡，体积小于200mm×110mm×180mm，重量小于3Kg。TDK-IR-90高精度光纤捷联惯导系统外形如图8所示。

(2)串口服务器(UPort1050)

惯性测量单元串口服务器选择MOXA公司生产的UPort1050实现上位机与TDK-IR-90之间的通信。惯导通信接口使用RS422，波特率460800bps，1位起始位，1位停止位，8位数据位，周期为5ms。

(3)三维激光扫描仪

测量系统采用德国Z+F三维激光扫描仪PROFILER 9012，其外形如图8所示。

其规格参数如下表5所示。

表5 PROFILER 9012主要参数

为平衡测量精度与数据量的关系，选用型二维激光扫描仪。每一条激光扫描线有若干个激光散点，每个激光散点的间距为，满足罐道错位的毫米级测量精度要求；激光散点间距乘以散点个数可得到每条激光扫描线的最大扫描宽度，二维激光扫描仪的最大扫描宽度大于罐道宽度，能够满足《煤矿安全规程》和GB 20213—2010《煤矿井巷工程质量验收规范》中对罐道两侧的测量要求。

(3)工控机

工控机的性能直接关系到测量系统的工作效率和质量，其工业电脑指数如下表所示。

工业电脑参数指标

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Claims (3)

1.一种基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置，包括惯性测量单元、激光扫描仪、工控电脑和交换机，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过交换机及数据线与所述工控电脑相连，其特征在于，纤捷联惯导系统、激光扫描仪通过三脚支架固定于配用罐笼顶部，并沿罐道上下移动，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪，所述惯性测量单元为光纤捷联惯导系统。

2.根据权利要求1所述的基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置，其特征在于，所述三维激光扫描仪采用德国Z+F三维激光扫描仪PROFILER 9012。

3.一种权利要求1或2所述的基于惯性与三维激光扫描融合技术的煤矿立井检测装置的使用方法，采集前在井口位置架设GPS，获取井口初始位置信息，步骤如下：

(一).数据采集：

(1)罐笼提升至井口水平位置；

(2)两名以上工作人员将设备及三脚架放置罐笼上部，摆放到合适位置后，并用沙袋固定好，确保其稳定安全；

(3)检测系统由专业操作人员在罐笼上对设备实施调试作业，之后进行参数设置，此后惯导设备开机运行，静止固定5分钟，随后扫描仪开机待稳定，操作人员离开罐笼，确保罐笼内无人；

(4)随罐信号工用对讲机通知提升机房操作工，随后罐笼先以既定速度下行至井底后，静止固定5分钟，之后再以既定速度上行至最高位置，再静止固定5分钟，然后再次之后再回到井口，罐笼先以既定速度下行至井底后，静止固定5分钟，之后再以既定速度上行至最高位置，再静止固定5分钟，停车闭锁，罐笼上下移动时，三维激光扫描经过的井筒内壁、罐道及罐梁，得到井筒内壁、罐道及罐梁的点云数据，通过惯性测量单元获取罐笼的位置和姿态信息，模拟出罐笼的空间运动轨迹，将惯导数据与点云数据融合后得出具有位姿信息的井壁点云、罐道点云和罐梁点云，

(5)之后系统操作人员进入罐笼内操作设备，关闭惯导和扫描仪设备，然后工作人员进入罐笼拆卸设备及相关辅助部件，并移出罐笼，

(二).采用RANSAC算法，对前述第(4)步所得井壁点云、罐道点云和罐梁点云进行点云滤波处理，

(三)对滤波后的数据进行处理，得到井壁、罐道和罐梁的三维模型，(四)通过相应的算法处理可以对井筒的径向形变，罐道的垂直度，罐道的平直度，罐道之间的空间位置，罐梁的平直度，罐提升容器与井壁、罐梁之间的最小间隙进行量测，罐笼上下行的运动轨迹通过拟合处理作为井筒垂直度的偏移量分析。