论文中文题名: | 采煤工作面高精度点云数据建模关键技术研究 |
姓名: | |
学号: | 20210226100 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085215 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 测绘工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 智慧矿山 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-15 |
论文答辩日期: | 2023-06-04 |
论文外文题名: | The key to high-precision point cloud data modeling of coal mining faces Technical research |
论文中文关键词: | SL AM ; RealSenseL515 ; 三维重建 ; 点云地图 |
论文外文关键词: | SLAM ; RealSense L515 ; Three-dimensional reconstruction ; Point cloud map |
论文中文摘要: |
随着近年来计算机视觉、激光雷达、深度相机等技术的迅猛发展,为煤矿开采带来了变革性的空间信息获取手段。虽然这些技术尚且存在数据量巨大、数据传输困难、数据处理算法复杂等难题,但随着矿山井下高速环网等基础信息设施的建设,使得深度相机之类的新型空间数据采集技术在煤矿采煤工作面的应用成为可能,这也为智能矿山地测空间信息的获取提供了一种新的技术途径,对智慧矿山的建设具有重要意义。 (1)针对相机畸变对模型精度的影响,使用张正友标定法对RealSense L515进行标定,得到的平均重投影误差为 0.0636,符合井下建模精度要求,进而求取了相机内参。由于实际采煤工作面水雾、煤尘情况会出现采集的图像质量差的问题,本研究通过实验对比改进前后的去雾效果与运行速度,发现改进的去雾算法更适合井下SLAM系统。为了进一步提高数据质量,采用了点云体素滤波方法对点云数据进行了降采样滤波处理,这使得点云数据更加清晰和易于处理。 (2)针对井下图像模糊、缺少纹理的情况,本文采用了适合井下特殊环境的特征点法作为前端视觉里程计。通过实验分析对比SIFT、SURF和ORB这三种算法,发现ORB算法比较适合井下环境特征提取;在进行特征匹配时,选取暴力匹配算法和RANSAC 算法进行误匹配剔除,提高了系统在井下的鲁棒性。 (3)针对矿井环境的复杂性,本研究搭建了适合井下特殊环境的软件开发环境和硬件实验平台,在此基础上使用L515相机采集房间内环境数据、模拟巷道环境数据和模拟工作面环境数据,对采集的数据三维点云进行了重建。重建结果表明,生成的巷道与工作面的三维模型精度能达到厘米级别,然后采用三维八叉树地图方法对生成的点云模型转换成八叉树地图,最后把点云模型发布到Web端进行三维可视化展示。 综上所述,本研究提出了一种基于深度相机的矿井三维重建系统,使用RealSense L515雷达相机作为传感器获取数据,在模拟煤矿实验室环境进行实验验证,实现对井下场景的三维重建,为矿山的智能化开采提供了理论创新性和一定的应用价值。 |
论文外文摘要: |
With the rapid development of computer vision, LiDAR, depth cameras, and other technologies in the field of artificial intelligence in recent years, revolutionary means of acquiring spatial information have been brought to the coal mining industry. Although these technologies still face challenges such as massive data volume, difficulties in data transmission, and complex data processing algorithms, the construction of foundational infrastructure such as high-speed networks in underground mines has made it possible to apply new spatial data acquisition technologies like depth cameras in coal mining working faces. This provides a new high technology approach for obtaining spatial information in intelligent mine surveying, which holds significant importance for the development of smart mines. (1) To address the impact of camera distortion on model accuracy, this study used the Zhang Zhengyou calibration method to calibrate the RealSense L515, the average reprojection error obtained was 0.0636, which met the accuracy requirements for underground modeling, and then obtained the camera internal reference to prepare for the next step of data acquisition. To address the issue of poor image quality caused by water mist and coal dust in actual mining faces, this study conducted experiments to compare the before and after effects of improved haze removal algorithms in terms of both haze reduction and computational speed. The results revealed that the improved haze removal algorithm was more suitable for underground SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) systems. To further enhance data quality, a point cloud voxel filtering method was employed to downsample and filter the point cloud data, which made the point cloud data clearer and easier to process. (2)To address the blurriness and lack of texture in underground images, this paper adopted a feature-based method suitable for the unique conditions of underground environments as the front-end visual odometry. Through experimental analysis and comparison of three algorithms—SIFT, SURF, and ORB, it was found that the ORB algorithm was more suitable for feature extraction in underground environments. During feature matching, a combination of the brute-force matching algorithm and RANSAC algorithm was selected to eliminate incorrect matches, thereby improving the system's robustness in underground settings. (3) For the complexity of the mine environment, this study built a software development environment and hardware experiment platform suitable for the special underground environment, based on which the L515 camera was used to collect environmental data in the laboratory room, simulated roadway environmental data and simulated working face environmental data, and the 3D point cloud of the collected data was reconstructed, the reconstruction results showed that the generated 3D models of tunnels and working faces achieved accuracy at the centimeter level. Subsequently, the point cloud model was transformed into an octree map by establishing a 3D octree map. Finally, the point cloud models were published to the web for 3D visualization. In summary, this study proposed a mining 3D reconstruction system based on depth cameras. The RealSense L515 depth camera was used as the sensor for data acquisition. Through experimental verification in a simulated mining laboratory environment, the system achieved 3D reconstruction of underground scenes, providing theoretical innovation and certain application value for intelligent mining in mines. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD1 |
开放日期: | 2023-06-14 |