基于激光掃描的井下點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)研究.pdf

1、空間信息獲取是實(shí)現(xiàn)煤炭智能化開(kāi)采與井下場(chǎng)景監(jiān)控的基礎(chǔ)，對(duì)提高開(kāi)采效率有重要意義。基于激光掃描的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以其非接觸、高速高精度、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為復(fù)雜環(huán)境三維場(chǎng)景建模及測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文基于激光掃描原理設(shè)計(jì)了一套可以應(yīng)用于礦井環(huán)境的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三維空間信息的獲取并能夠完成井下的一些測(cè)量任務(wù)。
　　本文點(diǎn)云采集裝置以高速激光測(cè)距傳感器為核心，基于激光掃描原理設(shè)計(jì)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、多

2、面棱鏡和高精度角度編碼器組成的光學(xué)掃描結(jié)構(gòu)將一維激光測(cè)距擴(kuò)展為三維激光掃描。點(diǎn)云采集裝置通過(guò)以太網(wǎng)接口向上位機(jī)軟件發(fā)送數(shù)據(jù)并接收控制命令。為了使點(diǎn)云采集裝置能夠應(yīng)用于礦井環(huán)境，本文對(duì)其作了防爆設(shè)計(jì)。上位機(jī)軟件基于Qt框架和PCL庫(kù)開(kāi)發(fā)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與采集裝置通信，實(shí)現(xiàn)控制命令的發(fā)送和點(diǎn)云的接收、存儲(chǔ)、可視化、預(yù)處理等功能。
　　針對(duì)采集裝置獲取的原始點(diǎn)云中離群點(diǎn)和噪聲點(diǎn)較多并且點(diǎn)云數(shù)據(jù)量龐大不利于后期處理的問(wèn)題，本文深入研究了

3、離群點(diǎn)識(shí)別與剔除和表面平滑等預(yù)處理算法，提出了一種特征保持點(diǎn)云壓縮算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的效果。此外，針對(duì)井下掘進(jìn)窗口測(cè)量和工作面上空間測(cè)距的需求，本文提出了基于二維激光掃描采集輪廓點(diǎn)云和RANSAC算法擬合直線的掘進(jìn)窗口快速測(cè)量方法，研究了通過(guò)點(diǎn)云采集裝置的定點(diǎn)掃描模式實(shí)現(xiàn)快速空間測(cè)距的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了方法的可行性。
　　本文研究的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確獲取井下場(chǎng)景三維空間信息，還可以完成掘進(jìn)窗口測(cè)量和空