隨著煤炭開(kāi)采深度的增加和開(kāi)采環(huán)境的惡化,每年都會(huì)發(fā)生各類煤炭開(kāi)采安全事故。為了提高事故救援的效率和安全性,研究人員研制了救援機(jī)器人可進(jìn)入巷道參與救援行動(dòng)。由于礦井巷道沒(méi)有GPS信號(hào),所以救援機(jī)器人在井下如何自主行走成為研究難點(diǎn)之一。自主導(dǎo)航和定位是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能偵測(cè)和救援的關(guān)鍵技術(shù),而巷道三維地圖的構(gòu)建又是自主導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ),因此本文將SLAM（simultaneous localization and mapping）相關(guān)技術(shù)引入到井下巷道三維建圖中,構(gòu)建礦井巷道環(huán)境的三維地圖,以保障機(jī)器人井下應(yīng)急救援任務(wù)的順利執(zhí)行。高精度的點(diǎn)云是實(shí)現(xiàn)三維地圖構(gòu)建的基礎(chǔ)。但是,點(diǎn)云地圖的生成會(huì)因采集信息傳感器的精度和外界噪聲等原因造成較大的誤差。點(diǎn)云配準(zhǔn)的過(guò)程也會(huì)由于配準(zhǔn)算法的精度和場(chǎng)景的增大而造成較大的累計(jì)誤差。因描述太多細(xì)節(jié),點(diǎn)云地圖占據(jù)了較大的存儲(chǔ)空間,且點(diǎn)云間是離散的,沒(méi)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以上原因?qū)е曼c(diǎn)云地圖難以滿足救援機(jī)器人自主導(dǎo)航的需求。針對(duì)以上問(wèn)題,本文采用可同時(shí)采集深度和彩色圖像信息的RGB-D相機(jī)對(duì)外界環(huán)境信息進(jìn)行采集,以更準(zhǔn)確方便地獲取點(diǎn)云信息。為了提高點(diǎn)云配準(zhǔn)的精度和實(shí)時(shí)性,并考慮... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

煤礦巷道示意圖

1緒論51.2.2礦井環(huán)境三維地圖構(gòu)建國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的礦井三維地圖構(gòu)建是通過(guò)測(cè)量建模的方法實(shí)現(xiàn)的。這種方法先獲取礦井的內(nèi)部環(huán)境信息，然后交由專門的三維建模人員，他們通過(guò)數(shù)據(jù)的融合建立模型，并且對(duì)環(huán)境的細(xì)節(jié)進(jìn)行映射刻畫，這種方式類似于動(dòng)漫人物的建模，巷道三維建模如圖1-2所示[32]。圖1-2巷道內(nèi)部三維建模顯示效果圖Figure1-23Dmodelingofroadwayinteriordisplayeffectdiagram這種礦山三維地圖建模是為了迎合礦山信息化的要求，這也是礦山最早的三維構(gòu)建方式。礦井三維地圖建模是在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，為了提高開(kāi)采效率、提高管理水平和減少安全事故發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，具有可以有效地預(yù)模擬煤礦井下通風(fēng)、機(jī)電設(shè)備的安裝，能夠直觀地向參觀者展示地下巷道的走勢(shì)等優(yōu)點(diǎn)。其中國(guó)外比較出名的產(chǎn)品有英國(guó)MineralIndustriesComputingLimited(MICL)公司的Datamine、澳大利亞Maptek公司的Vulcan等，他們都提供了露天和地下的礦山三維構(gòu)建的組件，大大提高了三維礦井環(huán)境的建模速度[32]。而國(guó)內(nèi)的礦井環(huán)境三維建模發(fā)展的較晚，且大部分是引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，其中應(yīng)用比較多的有中國(guó)礦業(yè)大學(xué)吳立新教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)外軟件Titan基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)的GeoMo3D系統(tǒng)[33]，修改后適應(yīng)了國(guó)內(nèi)礦井的特殊情況。山東科技大學(xué)韓作振團(tuán)隊(duì)改進(jìn)ARTP，提出了融合ARTP和TIN的巷道三維建模技術(shù)，并成功在陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦應(yīng)用[34]。但是這種方法不僅工作量大、對(duì)建模人員要求高，還無(wú)法滿足救援機(jī)器人實(shí)時(shí)性要求，目前只能用于展示和教學(xué)。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，研究擁有更多新型傳感器設(shè)備對(duì)礦井環(huán)境進(jìn)行地圖構(gòu)建。其中應(yīng)用比較多的是激光雷達(dá)和RGB-D傳感器。其中2003年美國(guó)卡梅隆大學(xué)的C.Baker等人研制的能夠自主探測(cè)的礦井機(jī)器人Groundhog攜帶

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文6術(shù)生成局部一致性地圖[35]，如圖1-3中(a)圖所示。新南威爾士大學(xué)礦產(chǎn)與能源工程學(xué)院的S.Raval等人，提出一種便攜式的礦井環(huán)境激光雷達(dá)三維地圖構(gòu)建系統(tǒng)[36]。為了應(yīng)對(duì)礦井特征不明顯和復(fù)雜特征情況，提高設(shè)備的掃描精度，S.Raval把IMU單元測(cè)量融入到激光雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)中。同時(shí)為了減少噪聲的影響把統(tǒng)計(jì)離群點(diǎn)算法引入到系統(tǒng)中，減少離散點(diǎn)對(duì)建圖精度的影響；利用時(shí)域子集減少IMU的累計(jì)誤差，最終得到精度較高的三維點(diǎn)云地圖，如圖1-3中(b)圖所示。(a)(b)圖1-3激光雷達(dá)構(gòu)建的三維點(diǎn)云地圖Figure1-33Dpointcloudmapconstructedbylaserscanning北京礦冶研究總院在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持下，針對(duì)煤礦采空區(qū)的問(wèn)題，研發(fā)了基于三維激光雷達(dá)掃描的采空區(qū)三維激光掃描變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、可遠(yuǎn)程控制且可以進(jìn)行全面掃描等特點(diǎn)[37]。天河道云公司研制的手持式TDS100三維激光掃描儀，利用了SLAM技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)，主要用于礦井的地圖構(gòu)建。與普通架站式掃描技術(shù)相比，此技術(shù)的工作效率是傳統(tǒng)掃描儀的200倍，且具有可實(shí)現(xiàn)橫向與縱向無(wú)死角掃描、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)也運(yùn)用在地下礦山無(wú)人機(jī)、機(jī)器人以及人工掃描等方面[38]。華中科技大學(xué)的楊彪在研究礦井巷道的三維重建時(shí)，根據(jù)煤礦巷道的特殊情況，團(tuán)隊(duì)把三維柵格法和點(diǎn)鄰域統(tǒng)計(jì)濾波法相結(jié)合給三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波去噪。把PCL嵌入到文件管理系統(tǒng)中，能夠?qū)?gòu)建的三維礦井地圖進(jìn)行歷史查詢[39]。山東大學(xué)的王保巖把基于Kinect的礦井巷道三維構(gòu)建與虛擬AR技術(shù)相結(jié)合，建立了一個(gè)礦井安全監(jiān)測(cè)和實(shí)景漫游的系統(tǒng)，對(duì)于礦井的安全生產(chǎn)和教學(xué)有重大的意義[40]。1.3論文結(jié)構(gòu)安排(Paperstructurearrangement)本文主要分為五章，各章


本文編號(hào)：3025101