采礦車輛以及初始化采礦工作任務(wù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采礦車輛和方法。采礦車輛包括至少一個(gè)掃描裝置，該掃描裝置用來掃描采礦車輛的周圍并生成運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)。采礦車輛包括控制單元，該控制單元設(shè)有礦的參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)?？刂茊卧慌渲脼閷⑦\(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配，以確定采礦車輛的位置?？刂茊卧M(jìn)一步包括采礦工作平面圖，該采礦工作平面圖連接到所探測(cè)到的采礦車輛的位置。
【專利說明】采礦車輛以及初始化采礦工作任務(wù)的方法
[0001 ]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明涉及一種采礦車輛，其設(shè)有用于掃描采礦車輛的周圍以生成用于確定采礦車輛的位置和方位的數(shù)據(jù)的掃描裝置。
[0003]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種初始化在采礦工作地點(diǎn)處的采礦車輛的采礦工作任務(wù)的方法。
[0004]本發(fā)明的領(lǐng)域更具體地在獨(dú)立權(quán)利要求中的前序部分中進(jìn)行了限定。
[0005]采礦車輛用于不同的礦中，以執(zhí)行在期望工作地點(diǎn)處的采礦工作操作。采礦車輛的定位可能需要使用大范圍的且復(fù)雜的定位系統(tǒng)。已知的定位系統(tǒng)和方法也可能需要熟練的操作員并且難以自動(dòng)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供設(shè)有定位系統(tǒng)的新穎且改進(jìn)的采礦車輛。進(jìn)一步的目的是提供用于初始化在采礦工作地點(diǎn)處的采礦工作任務(wù)的新穎且改進(jìn)的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的采礦車輛的特征在于設(shè)備獨(dú)立權(quán)利要求的特征。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的控制單元的特征在于另一設(shè)備獨(dú)立權(quán)利要求的特征。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于方法獨(dú)立權(quán)利要求的特征。
[0010]所公開的解決方案的思想是，采礦車輛設(shè)有一個(gè)或多個(gè)用來執(zhí)行礦中的采礦工作任務(wù)的采礦工作裝置。為了確定采礦車輛的位置和方向，采礦車輛包括一個(gè)或多個(gè)用來掃描采礦車輛的周圍的掃描裝置。掃描裝置生成周圍的3D掃描數(shù)據(jù)。掃描數(shù)據(jù)包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)并且點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的所探測(cè)到的點(diǎn)的坐標(biāo)可被探測(cè)到。采礦車輛與至少一個(gè)控制單元操作通信，該至少一個(gè)控制單元接收數(shù)據(jù)并且在至少一個(gè)處理器中處理數(shù)據(jù)。所述一個(gè)或多個(gè)控制單元可以被車載定位于采礦車輛上或者它們可以在采礦車輛的外部?？刂茊卧O(shè)有一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)云匹配程序，該點(diǎn)云匹配程序可在處理器中執(zhí)行。初始第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)被輸入到控制單元。第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括所存儲(chǔ)的在礦坐標(biāo)系中的礦的參考模型。進(jìn)一步地，由采礦車輛的掃描裝置生成的至少一個(gè)第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)也被輸入到控制單元。第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括采礦車輛的當(dāng)前位置的運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)。接著，控制單元執(zhí)行點(diǎn)云匹配程序，以將第二運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與第一參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配。控制單元可基于所確定的在運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與參考云數(shù)據(jù)之間的匹配來確定在礦坐標(biāo)系中的采礦車輛的位置和方向。當(dāng)比較上述點(diǎn)云時(shí)，該解決方案可實(shí)施最佳點(diǎn)云擬合方法。此外，為了執(zhí)行礦中的預(yù)先設(shè)計(jì)的采礦工作操作，控制單元設(shè)有至少一個(gè)采礦工作平面圖，該至少一個(gè)采礦工作平面圖限定采礦工作地點(diǎn)在礦坐標(biāo)系中的位置和在采礦工作場(chǎng)點(diǎn)處待執(zhí)行的采礦工作任務(wù)。在初始化在采礦工作場(chǎng)點(diǎn)處的采礦工作任務(wù)之前，控制單元被配置為將所確定的采礦車輛的位置和采礦工作平面圖的位置連接。
[0011]依賴于掃描和點(diǎn)云匹配的所公開的解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，可以執(zhí)行位置確定，而不需要大范圍的勘測(cè)和測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備。另外的優(yōu)點(diǎn)是，過程不需要熟練的工人并且能夠容易自動(dòng)化?？尚械倪M(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)橹貜?fù)掃描和分析處理是容易且快速的，所以所公開的解決方案可獲得針對(duì)所生成結(jié)果的牢固的統(tǒng)計(jì)學(xué)確定性。
[0012]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛的位置通過利用掃描以及點(diǎn)云處理和匹配技術(shù)來確定。為了便于處理點(diǎn)云，控制系統(tǒng)可以在比較處理中僅利用礦的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的某一部分。接著，系統(tǒng)可被配置為確定采礦車輛當(dāng)前正在運(yùn)行時(shí)所處的礦的區(qū)域或區(qū)段，并且基于位置數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以將所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與礦的部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)作比較。因此，不與礦平面圖的整個(gè)3D模型進(jìn)行比較。相反地，掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)僅與采礦車輛在監(jiān)視時(shí)正在運(yùn)行時(shí)所處的礦的區(qū)段作比較，并且比較是對(duì)礦的整個(gè)3D模型的一個(gè)有限部分作出的。這個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，在比較過程中所處理的數(shù)據(jù)的量可以是有限的，由此需要較小計(jì)算能力并且處理時(shí)間可更短。
[0013]根據(jù)實(shí)施例，設(shè)有點(diǎn)云匹配和處理特征的控制單元被車載地定位于采礦車輛上。
[0014]根據(jù)實(shí)施例，設(shè)有點(diǎn)云匹配和處理特征的控制單元位于采礦車輛的外部。
[0015]根據(jù)實(shí)施例，所公開的定位和導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)施用于在礦中運(yùn)行的并且根據(jù)采礦工作平面圖執(zhí)行采礦工作任務(wù)的任何種類的采礦車輛。采礦車輛可以人工控制或者其可以是可自主運(yùn)行的裝置。人工控制的采礦車輛可以通過操作員遠(yuǎn)程控制，或者替代地，采礦車輛是載人的。因此，所公開的解決方案適合于任何采礦車輛，而不管其控制系統(tǒng)和自動(dòng)化的程度如何。此外，采礦車輛在結(jié)構(gòu)上以及運(yùn)行上可以不同。由此，采礦車輛可以例如是巖石鉆機(jī)、打錨機(jī)、運(yùn)輸車輛、裝載車輛或測(cè)量車輛。任何種類的采礦車輛可設(shè)有能夠確定采礦車輛的位置和方向以及隧道和巖石空間的期望表面的掃描模塊。當(dāng)監(jiān)視和探測(cè)采礦車輛的周圍時(shí)，掃描模塊還可用作勘測(cè)工具。監(jiān)視模塊可包括一個(gè)或多個(gè)控制單元，該一個(gè)或多個(gè)控制單元用來控制模塊的掃描裝置和系統(tǒng)的運(yùn)行并且用來處理所生成和所收集的測(cè)量結(jié)果。此外，監(jiān)視模塊可包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)通信單元，該一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)通信單元用來生成在車載模塊與采礦控制系統(tǒng)的采礦控制單元之間的數(shù)據(jù)通信連接。數(shù)據(jù)通信單元還可與采礦車輛的車載控制單元通信并且可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)外部終端裝置或服務(wù)器。掃描模塊可包括快速聯(lián)接裝置，使得掃描模塊可容易地安裝到任何采礦車輛。
[0016]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛是巖石鉆機(jī)，其設(shè)計(jì)成用來鉆炮眼和/或用于巖石錨桿(rock bolt)和其它加固元件的鉆孔。巖石鉆機(jī)包括至少一個(gè)鉆臂，該鉆臂設(shè)有鉆孔單元。巖石鉆機(jī)設(shè)有車載控制單元并且/或者與一個(gè)或多個(gè)外部控制單元通信?？刂茊卧O(shè)有至少一個(gè)用作采礦工作平面圖的鉆孔圖案。鉆孔平面圖或圖案為在礦中的預(yù)定鉆孔位置處的待鉆的一輪鉆孔限定幾個(gè)鉆孔在礦坐標(biāo)系中的位置和方向。進(jìn)一步地，控制單元被配置為將所確定的巖石鉆機(jī)的位置與鉆孔圖案的位置連接，用來初始化在鉆孔位置處的鉆孔。因此，掃描技術(shù)用來將巖石鉆孔的位置和方向與鉆孔圖案或平面圖連接。
[0017]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛布置為在所挖出的巖石空間中運(yùn)行，該巖石空間包括隧道線和在隧道線的深度方向上的實(shí)現(xiàn)的隧道面。巖石空間可以是隧道并且隧道面可位于隧道的末端。當(dāng)之前的一輪鉆孔被爆破并且分離的巖石物料被從隧道的末端移開時(shí)，實(shí)現(xiàn)的隧道面形成。隧道面的位置和形狀可僅因隧道面通過爆破形成并且受到幾個(gè)采礦工作步驟影響的事實(shí)而偏離所計(jì)劃的位置和形狀。為了提高挖掘過程的效率和質(zhì)量，隧道面的位置被確定。因此，采礦車輛設(shè)有用來探測(cè)隧道面并且用來確定在深度方向上的隧道面相對(duì)于隧道線的位置的裝置。控制單元可基于所確定的隧道面的深度位置來限定采礦工作平面圖的位置。
[0018]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛可在所挖出的巖石空間中運(yùn)行，該巖石空間包括隧道線和在隧道線的深度方向上的實(shí)現(xiàn)的隧道面。巖石空間可以是隧道或?qū)?yīng)空間。隧道的挖掘沿深度方向前進(jìn)。隧道面可以位于現(xiàn)有隧道的末端。采礦車輛包括測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置用來確定在隧道線的深度方向上的隧道面的最大深度?？刂茊卧慌渲脼榇_定所探測(cè)到的最大深度并且基于最大深度來限定隧道面的位置。隧道面的最大深度可以借助于掃描裝置或者替代地借助于設(shè)有傳統(tǒng)傳感器和測(cè)量裝置的鉆臂(boom)來確定。
[0019]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛是巖石鉆機(jī)并且控制單元設(shè)有幾個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的鉆孔圖案。鉆孔圖案或平面圖中的每個(gè)可以旨在用于在所挖出的巖石空間的隧道線上的專用深度。有時(shí)，同一鉆孔圖案可以實(shí)施用于兩輪或更多輪具有相同特性特征的鉆孔。巖石鉆機(jī)包括用來確定隧道面的最大深度的掃描裝置或其它測(cè)量裝置，并且基于該數(shù)據(jù)，控制單元可以確定相對(duì)于隧道面的計(jì)劃位置的隧道面的實(shí)現(xiàn)位置。接著，控制單元可為待執(zhí)行的鉆孔圖案計(jì)算期望位置。換言之，控制單元被配置為基于所確定的最大深度來調(diào)整鉆孔圖案的位置。在這個(gè)實(shí)施例中，所挖出的隧道面的最大深度相對(duì)于所計(jì)劃的隧道線深度進(jìn)行探測(cè)，并且當(dāng)將巖石鉆機(jī)的位置與礦連接時(shí)，使用所探測(cè)到的隧道面的深度位置。
[0020]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛是根據(jù)上面的段落中所公開的巖石鉆機(jī)?？刂茊卧O(shè)有幾個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的鉆孔圖案。進(jìn)一步地，控制單元被配置為確定所挖出的隧道或巖石空間的隧道面的實(shí)現(xiàn)位置并且可基于該隧道面的位置數(shù)據(jù)來修改鉆孔圖案。控制單元可以例如延長或縮短鉆孔圖案。該實(shí)施例尤其是當(dāng)同一鉆孔圖案用于兩輪或更多輪接連的鉆孔時(shí)可以被利用。
[0021]根據(jù)實(shí)施例，巖石鉆機(jī)的控制單元設(shè)有幾個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的鉆孔圖案，其旨在用于隧道線上的專用深度?？刂茊卧趻呙韬?或測(cè)量結(jié)果來確定隧道的實(shí)現(xiàn)的隧道面的位置。隧道面的位置可以通過探測(cè)隧道在隧道線的方向上的最大深度來確定?？刂茊卧慌渲脼榛谒淼烂娴奈恢脕磉x擇待執(zhí)行的鉆孔圖案。
[0022]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛是巖石鉆機(jī)并且布置用以為隧道或?qū)?yīng)巖石空間的每輪鉆孔鉆出幾個(gè)鉆孔。隧道的挖掘通過鉆孔和爆破接連的多輪鉆孔前進(jìn)。一輪鉆孔的爆破生成新的隧道面以及限制空間的輪廓表面。巖石鉆機(jī)包括用來確定之前一輪鉆孔的實(shí)現(xiàn)的挖掘的掃描裝置或其它測(cè)量裝置?？刂茊卧梢曰谒_定的之前一輪鉆孔的實(shí)現(xiàn)的挖掘來修改接下來一輪鉆孔的鉆孔圖案。由此，能夠避免在接下來一輪鉆孔中的諸如過挖掘和欠挖掘的質(zhì)量問題。
[0023]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛設(shè)有掃描器裝置，其被配置為與控制單元一起確定隧道面的實(shí)現(xiàn)位置。隧道面的位置可以相對(duì)于礦、相對(duì)于諸如鉆孔圖案的采礦工作平面圖、或者相對(duì)于采礦車輛的載體來確定。坐標(biāo)變換可以在控制單元中執(zhí)行，以生成期望數(shù)據(jù)。
[0024]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛的掃描裝置布置用以向?qū)崿F(xiàn)的隧道面掃描，由此設(shè)有坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)由之前面挖出的至少一輪鉆孔的實(shí)現(xiàn)面生成?？刂茊卧慌渲脼榛谒傻狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)來確定實(shí)現(xiàn)面的性質(zhì)?？刂茊卧蓪⑺_定的實(shí)現(xiàn)面的實(shí)現(xiàn)性質(zhì)與所述至少一輪鉆孔的預(yù)定設(shè)計(jì)性質(zhì)比較?？刂茊卧苫谒傻狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)來確定在礦坐標(biāo)系中的隧道面的位置、隧道面的隧道輪廓和/或隧道面的地形。替代地，或此外，控制單元可基于所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來確定隧道面相對(duì)于隧道線的方向。此外，控制單元可被配置為將所確定的隧道面的實(shí)現(xiàn)性質(zhì)與隧道面的預(yù)定設(shè)計(jì)性質(zhì)比較，并且其還可被配置為響應(yīng)于在比較中所探測(cè)到的偏差而修改鉆孔圖案?？刂茊卧尚薷睦缭阢@孔圖案中確定的一輪鉆孔的孔視角(look out angle)、孔間隔或孔長度。任何其它校正動(dòng)作可以基于所探測(cè)到的質(zhì)量和狀態(tài)數(shù)據(jù)而執(zhí)行。
[0025]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛包括至少一個(gè)鉆臂，該鉆臂設(shè)有采礦工作裝置，該采礦工作裝置位于鉆臂的遠(yuǎn)端部。鉆臂被儀器化，并且隧道面相對(duì)于載體的位置通過將采礦工作裝置布置成與隧道面接觸并且借助于包括傳感器或測(cè)量裝置的儀器化的鉆臂而確定隧道面的位置來確定。在機(jī)器坐標(biāo)系中的所探測(cè)到的采礦工作裝置的位置坐標(biāo)可以借助于在控制單元中執(zhí)行的坐標(biāo)變換程序而轉(zhuǎn)換為礦坐標(biāo)系的礦坐標(biāo)。
[0026]根據(jù)實(shí)施例，采礦工作裝置的位置和方向通過掃描采礦車輛的周圍來確定，由此建立采礦工作裝置的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。控制單元設(shè)有采礦工作裝置的參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)。參考數(shù)據(jù)可以是采礦工作裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，或者其可通過采礦工作裝置的初始掃描生成。點(diǎn)云處理程序在控制單元中執(zhí)行，用來將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)比較，以在掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中搜索并探測(cè)采礦工作裝置。在采礦工作裝置已經(jīng)從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找到之后，采礦工作裝置的位置和方向可基于點(diǎn)云中的匹配點(diǎn)的坐標(biāo)而確定。
[0027]根據(jù)實(shí)施例，控制單元被配置為確定并記錄受到在礦坐標(biāo)系中的采礦車輛的采礦工作裝置影響的鉆孔的位置和方向。采礦車輛可以是巖石鉆機(jī)或巖石加固鉆機(jī)，這兩者都包括影響鉆孔的裝置?？刂茊卧纱_定鉆孔單元的饋送梁(feed beam)的位置和方向，并且當(dāng)鉆孔單元處于鉆孔處時(shí)，可將所確定的數(shù)據(jù)記錄為鉆孔的位置和方向數(shù)據(jù)。這個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，鉆孔和巖石錨桿的位置和方向可被記錄和存儲(chǔ)起來，而不需要任何額外裝置和測(cè)量。
[0028]根據(jù)實(shí)施例，采礦工作裝置被配置為也用作勘測(cè)工具，由此采礦工作裝置可以被定位頂靠在對(duì)象上，并且采礦工作裝置的位置數(shù)據(jù)借助于掃描和點(diǎn)云匹配或者借助于設(shè)有傳感器的儀器化的鉆臂來確定。
[0029]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛設(shè)有用于生成關(guān)于周圍表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描裝置?？刂茊卧O(shè)有礦平面圖，該礦平面圖包括礦的3D模型。礦的3D模型包括在礦坐標(biāo)系中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。控制單元被配置為將借助于掃描裝置生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與礦的3D模型比較。控制單元可包括用于在掃描數(shù)據(jù)中探測(cè)在掃描的位置處的新的或變化的周圍點(diǎn)云對(duì)象的合適程序、算法、處理器和數(shù)據(jù)處理裝置。由此，礦的新建立的或變化的壁或其它表面被探測(cè)到并且被記錄。采礦控制單元可以將新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并到礦的已實(shí)現(xiàn)的3D模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。由此，采礦控制單元可基于所接收到的掃描數(shù)據(jù)而更新礦的3D模型。礦中的變化由于該實(shí)施例而被注意到并且可被考慮到。當(dāng)?shù)V的已實(shí)現(xiàn)的3D模型是最新的時(shí)，關(guān)于礦的可靠信息可用于幾個(gè)目的。
[0030]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛設(shè)有用于生成關(guān)于周圍表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描裝置。控制單元被配置為通過提取周圍表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并且去除所有其它對(duì)象的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來處理所接收到的掃描數(shù)據(jù)，由此建立了周圍表面的簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。由于簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，便于存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包的大小可以更小并且數(shù)據(jù)不包括不必要的信息。此外，當(dāng)勘測(cè)隧道的新的或變化的區(qū)域時(shí)，可以利用簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的原理。接著，控制單元可以將新的簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與礦的3D模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)比較。基于點(diǎn)云的比較，采礦控制單元可以通過將簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并到礦的已實(shí)現(xiàn)的3D模型來更新礦的3D模型。由于簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，沒有不相關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)被合并到礦的3D模型。
[0031]根據(jù)實(shí)施例，設(shè)有掃描裝置的采礦車輛用作移動(dòng)勘測(cè)裝置。當(dāng)執(zhí)行采礦車輛的專用正常操作時(shí)，采礦車輛可連續(xù)執(zhí)行勘測(cè)。如果采礦車輛是巖石鉆機(jī)或加固鉆機(jī)，則當(dāng)其停止在工作地點(diǎn)處以執(zhí)行鉆孔或饋送加固元件或物料時(shí)，其可以掃描周圍。還可以限定的是，每次當(dāng)采礦車輛不移動(dòng)時(shí)，掃描至少被執(zhí)行一次。由于這個(gè)過程，礦可被重復(fù)地并且與正常操作處理并行地勘測(cè)，而不需要任何額外資源。因此，礦的3D模型可以是準(zhǔn)確的和更新的。
[0032]根據(jù)實(shí)施例，控制單元設(shè)有至少一個(gè)合并規(guī)則，該至少一個(gè)合并規(guī)則定義在第二掃描數(shù)據(jù)與參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的所要求的匹配率?？刂茊卧慌渲脼閮H當(dāng)滿足所設(shè)定的合并規(guī)則時(shí)，將新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并到礦的參考模型的參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0033]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛設(shè)有掃描模塊，該掃描模塊包括框架、一個(gè)或多個(gè)掃描裝置以及一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸裝置或單元。掃描模塊可借助于數(shù)據(jù)傳輸裝置與一個(gè)或多個(gè)控制單元通信。掃描模塊還可包括一個(gè)或多個(gè)控制單元，該一個(gè)或多個(gè)控制單元設(shè)有處理器和對(duì)于處理所生成的監(jiān)視數(shù)據(jù)所需的計(jì)算機(jī)程序和算法。監(jiān)視模塊可以設(shè)計(jì)成使得其可安裝到任何采礦車輛。掃描模塊的緊固單元可包括快速聯(lián)接裝置。
[0034]根據(jù)實(shí)施例，掃描裝置是激光掃描儀。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，掃描裝置包括至少一個(gè)攝像機(jī)。掃描裝置可基于包括至少兩個(gè)攝像機(jī)的立體視覺系統(tǒng)。替代地，掃描可基于公知為對(duì)焦深度(depth from focus)系統(tǒng)的技術(shù)，其中，使用一個(gè)攝像機(jī)，并且方法基本上通過取得對(duì)象的焦點(diǎn)堆棧(focus stack)并且接著分析每個(gè)像素相對(duì)于其相鄰像素的亮度來工作?？刂茊卧稍O(shè)有圖像處理系統(tǒng)，該圖像處理系統(tǒng)用來處理從所述一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)接收的數(shù)據(jù)。
[0036]根據(jù)實(shí)施例，除了掃描單元外，掃描裝置還包括至少一個(gè)攝像機(jī)，該至少一個(gè)攝像機(jī)用來記錄所掃描的障礙物的顏色信息。所記錄的顏色信息可連接到所掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這樣，額外信息可被收集。
[0037]根據(jù)實(shí)施例，3D掃描數(shù)據(jù)通過掃過被測(cè)量的表面或?qū)ο蟮募す獾娘w行的往返時(shí)間來獲得。這種類型的遠(yuǎn)程感測(cè)技術(shù)也公知為LiDAR(光探測(cè)和測(cè)距)。
[0038]根據(jù)實(shí)施例，3D掃描數(shù)據(jù)通過單一(調(diào)制)光源的飛行的往返時(shí)間和從被測(cè)量的表面或?qū)ο蟮牟煌糠值姆瓷涞姆祷貢r(shí)間來獲得。這種類型的遠(yuǎn)程感測(cè)技術(shù)也公知為ToF(飛行時(shí)間)。在該實(shí)施例中，可以使用ToF攝像機(jī)。
[0039]根據(jù)實(shí)施例，3D掃描數(shù)據(jù)通過在一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)圖像中所示的投射到被測(cè)量的表面或?qū)ο蟮墓獾囊阎獔D案的幾何尺寸來獲得。這種類型的3D掃描也公知為結(jié)構(gòu)光3D掃描技術(shù)。
[0040]根據(jù)實(shí)施例，3D掃描數(shù)據(jù)通過從不同視點(diǎn)分析取自同一目標(biāo)的多個(gè)圖像來獲得。在該實(shí)施例中，可利用立體攝像機(jī)系統(tǒng)?？刂茊卧稍O(shè)有圖像處理系統(tǒng)，該圖像處理系統(tǒng)用來處理從兩個(gè)或更多個(gè)攝像機(jī)接收的圖像數(shù)據(jù)。
[0041]根據(jù)實(shí)施例，采礦車輛包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)通信裝置，該至少一個(gè)數(shù)據(jù)通信裝置允許在車載控制單元與一個(gè)或多個(gè)外部控制單元之間的數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信可基于任何無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。礦可設(shè)有利用無線電波信號(hào)的無線網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸可基于例如無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)0
[0042]根據(jù)實(shí)施例，控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)在礦和采礦車輛外部的計(jì)算機(jī)或控制單元。替代地，控制系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，該一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器允許訪問用來檢索從掃描數(shù)據(jù)在被分析時(shí)所在的控制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的電子終端裝置。控制單元還可被認(rèn)為是意指允許訪問所處理的數(shù)據(jù)的其它數(shù)據(jù)通信和分配裝置。
[0043]根據(jù)實(shí)施例，設(shè)有至少一個(gè)處理器和至少一個(gè)點(diǎn)云匹配程序的控制單元位于采礦車輛中。因此，采礦車輛設(shè)有用以從周圍收集數(shù)據(jù)并在車上處理該數(shù)據(jù)的全部所需資源。該實(shí)施例也可在礦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接丟失或未正確運(yùn)行的情況下運(yùn)行。最新版本的礦的參考模型可在適當(dāng)情況下下載到車載控制單元并且可存儲(chǔ)在車載存儲(chǔ)介質(zhì)中。所下載的礦模型可由原始礦模型組成，或者其可被過濾成僅包含描述的圖案和特征。僅下載采礦車輛目前運(yùn)行時(shí)所處的礦的區(qū)段的有限點(diǎn)云數(shù)據(jù)集也是可能的。
[0044]根據(jù)實(shí)施例，設(shè)有至少一個(gè)處理器和至少一個(gè)點(diǎn)云匹配程序的控制單元位于采礦車輛的外部。掃描數(shù)據(jù)可以經(jīng)由例如無線數(shù)據(jù)傳輸連接而傳輸?shù)酵獠靠刂茊卧?。控制單元可以處理所接收的掃描?shù)據(jù)并且可將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送回位于采礦車輛中的控制單元。分析和處理服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)為在諸如采礦服務(wù)器的外部服務(wù)器中的云服務(wù)，由此采礦車輛的控制單元不需要設(shè)有計(jì)算能力。
[0045]根據(jù)實(shí)施例，用于確定采礦車輛的位置和方向的控制單元包括:連接裝置，該連接裝置用于與包括至少一個(gè)掃描裝置的采礦車輛操作通信;接收裝置，該接收裝置用于從采礦車輛接收采礦車輛的當(dāng)前位置的運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)，掃描數(shù)據(jù)包括由所述至少一個(gè)掃描裝置生成的第二運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)；以及處理裝置，該處理裝置用來處理所接收到的運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)；并且控制單元設(shè)有允許在處理器中執(zhí)行的至少一個(gè)點(diǎn)云匹配程序以及包括所存儲(chǔ)的在礦坐標(biāo)系中的礦的參考模型的第一初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，控制單元被配置為執(zhí)行點(diǎn)云匹配程序，以將所接收的第二運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與第一參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配，并且基于所確定的在運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與參考云數(shù)據(jù)之間的匹配而確定在礦坐標(biāo)系中的采礦車輛的位置和方向，控制單元設(shè)有至少一個(gè)采礦工作平面圖，該至少一個(gè)采礦工作平面圖限定在礦坐標(biāo)系中的采礦工作地點(diǎn)的位置以及在采礦工作地點(diǎn)處的待執(zhí)行的采礦工作任務(wù)，并且控制單元被配置為將所確定的采礦車輛的位置和采礦工作平面圖的位置連接，用來初始化在采礦工作地點(diǎn)處的采礦工作任務(wù)。
[0046]所公開的與采礦車輛相關(guān)的詳細(xì)實(shí)施例也涉及方法，反之亦然。
[0047]包括掃描裝置、點(diǎn)云匹配程序和控制單元的相同設(shè)備可用于采礦工作裝置的導(dǎo)航、位置探測(cè)以及鉆孔、礦勘測(cè)、防止碰撞，而且還可用于為采礦控制和車隊(duì)管理系統(tǒng)提供
?目息O
[0048]能夠組合上面所公開的實(shí)施例，以形成設(shè)有所公開的必要特征的適當(dāng)解決方案。
【附圖說明】
[0049]在附圖中更詳細(xì)描述某些實(shí)施例，其中:
[0050]圖1是設(shè)有掃描和監(jiān)視裝置的巖石鉆機(jī)的側(cè)視圖，
[0051]圖2示意地示出了掃描包圍采礦車輛的表面和物理障礙物的原理，
[0052]圖3是布置在采礦車輛的載體上的掃描模塊的示意側(cè)視圖，
[0053]圖4是當(dāng)處理掃描結(jié)果時(shí)所使用的點(diǎn)云匹配的基本原理的示意圖，
[0054]圖5是探測(cè)礦的新的或變化表面的并在掃描數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)匹配之后合并所探測(cè)到的偏離點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理的示意且強(qiáng)烈簡化的視圖，
[0055]圖6是合并所探測(cè)到的新掃描的點(diǎn)的更新后的參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)的示意且強(qiáng)烈簡化的視圖，
[0056]圖7是示出能夠處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的控制單元的相關(guān)元件、處理裝置和特征的示意圖，
[0057]圖8是隧道面鉆孔方法的示意俯視圖，其中，巖石鉆機(jī)定位于鉆孔地點(diǎn)，用來根據(jù)鉆孔圖案將鉆孔鉆到隧道的末端隧道面，
[0058]圖9是扇形鉆孔方法的示意俯視圖，其中，巖石鉆機(jī)定位于鉆孔地點(diǎn)，用來根據(jù)鉆孔圖案將鉆孔鉆到先導(dǎo)隧道的內(nèi)輪廓表面，
[0059]圖10是扇形鉆孔方法的示意側(cè)視圖，
[0060]圖11是鉆孔圖案的不意圖，
[0061]圖12是示出巖石鉆機(jī)的定位以及待鉆孔的鉆孔圖案的示意俯視圖，并且
[0062]圖13是包括幾個(gè)隧道的礦以及在隧道中運(yùn)行的并與采礦控制系統(tǒng)通信的不同類型的采礦車輛的示意圖。
[0063]為了清楚起見，附圖以簡化的方式示出了所公開的解決方案的某些實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0064]圖1示出了作為采礦車輛的示例的巖石鉆機(jī)I。巖石打錨機(jī)(boltingrig)、裝藥鉆機(jī)(charging rig)、測(cè)量車輛、運(yùn)輸車輛和裝載車輛也是采礦車輛。因此，如圖12所示，采礦車輛可以設(shè)有諸如巖石鉆孔單元、打錨單元、裝藥單元、裝載單元和負(fù)荷運(yùn)載單元的采礦工作裝置。所公開的解決方案可應(yīng)用于所有類型的采礦車輛。
[0065]巖石鉆機(jī)I可包括可移動(dòng)載體2和連接到載體2的一個(gè)或多個(gè)鉆臂3。鉆孔單元4可處于鉆臂3的遠(yuǎn)端部分。鉆孔單元4可包括饋送梁5和支承在其上的巖石鉆孔機(jī)6。巖石鉆孔機(jī)6可包括在巖石鉆孔機(jī)6的前端處的柄部，其用來連接鉆具7。除了鉆孔單元外，至少一個(gè)鉆臂3還可包括采礦工作裝置。因此，采礦工作裝置可以例如是巖石打錨單元或裝藥單元。
[0066]在圖1中，巖石鉆機(jī)I在地下礦井空間8中運(yùn)行，礦井空間8可以例如是隧道、存儲(chǔ)過道(hall)或通道(corridor)。礦井空間8可包括端面表面9、壁表面10和頂表面11。巖石鉆機(jī)I設(shè)有一個(gè)或多個(gè)掃描裝置S，該掃描裝置S用來測(cè)量巖石鉆機(jī)I的周圍。掃描裝置S可以掃描360°并且因此可以測(cè)量周圍表面以及在巖石鉆機(jī)I周圍的其它障礙物并且生成系統(tǒng)的掃描數(shù)據(jù)。掃描裝置S可包括激光掃描儀、攝像機(jī)或能夠生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的任何其它裝置。掃描裝置S可以放置在載體2上。
[0067]掃描裝置S可以放置在采礦車輛上的已知位置上。那么，掃描裝置的坐標(biāo)在采礦車輛的機(jī)器坐標(biāo)系12中是已知的。掃描裝置觀看四周并且也因此可以探測(cè)到采礦車輛的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象、零件或部件。
[0068]替代地，當(dāng)所公開的系統(tǒng)利用點(diǎn)云匹配技術(shù)時(shí)，不需精確地預(yù)先確定并校準(zhǔn)掃描裝置S的位置。那么，巖石鉆機(jī)的至少一個(gè)參考部件或?qū)ο笤趻呙钄?shù)據(jù)中被探測(cè)到并且所探測(cè)到的對(duì)象的所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)用于確定掃描裝置S在載體2上的相對(duì)位置。
[0069]巖石鉆機(jī)I具有機(jī)器坐標(biāo)系12，而礦井具有礦井坐標(biāo)系13。一個(gè)或多個(gè)控制單元14a可以車載在巖石鉆機(jī)I上，用來接收掃描數(shù)據(jù)、執(zhí)行點(diǎn)云匹配和搜索測(cè)量、生成位置數(shù)據(jù)并根據(jù)本專利申請(qǐng)中所公開的原理來執(zhí)行所需的坐標(biāo)變換?？刂茊卧€可以設(shè)有一個(gè)或多個(gè)采礦工作平面圖，在該情況中是鉆孔圖案，根據(jù)該采礦工作平面圖，在工作地點(diǎn)執(zhí)行采礦工作操作。
[0070]掃描裝置S可以是掃描模塊SM的組成部分，掃描模塊SM包括:框架30，該框架30設(shè)有安裝裝置；以及控制單元CU，該控制單元CU設(shè)有處理器和執(zhí)行上述位置確定過程所需的程序。
[0071]鉆臂3可以沒有任何傳感器，因?yàn)樗栉恢煤头较驍?shù)據(jù)可通過掃描來生成。然而，鉆臂3和采礦工作裝置可以可替代地包括用于位置和方向確定的傳統(tǒng)傳感器或測(cè)量裝置31ο
[0072]在礦井坐標(biāo)系中的采礦車輛I的位置和方向可以通過利用掃描和點(diǎn)云匹配技術(shù)來確定。掃描裝置也可用來確定端面9的位置、礦井空間8的輪廓、以及端面和空間8的內(nèi)表面的地形。
[0073]圖1進(jìn)一步公開了，采礦車輛I可與一個(gè)或多個(gè)外部采礦控制單元MCU通信，該外部采礦控制單元MCU可以是采礦控制系統(tǒng)的組成部分。
[0074]圖2不出了圍繞米礦車輛I的礦井空間8的表面的掃描。因此，點(diǎn)云數(shù)據(jù)15可由壁表面10a、10b和頂表面11生成。同樣地，空間8的最大深度，即端面可被掃描到。如在簡化的圖2放大地公開的，壁表面10a、1b和頂表面11的表面因巖石物料通過爆破分離而具有各種單獨(dú)的形狀。表面的地形可以被認(rèn)為是一種礦井的指印?？缮傻V井空間8的實(shí)現(xiàn)的表面的3D掃描數(shù)據(jù)。因此，礦井的3D模型可基于掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。
[0075]圖2還公開了，借助于掃描，所監(jiān)視對(duì)象MO也可被探測(cè)到并且可生成所監(jiān)視對(duì)象的點(diǎn)云。所監(jiān)視對(duì)象MO的點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括如下的點(diǎn)，所述點(diǎn)是所監(jiān)視對(duì)象的特征?；邳c(diǎn)建立的形狀，所監(jiān)視對(duì)象MO可在掃描過程的搜索步驟中被識(shí)別?？刂茊卧?4a可接著為限定在點(diǎn)云中的所監(jiān)視對(duì)象的所識(shí)別的點(diǎn)而確定坐標(biāo)并可確定所監(jiān)視對(duì)象在機(jī)器坐標(biāo)系12中的位置和方向。當(dāng)采礦車輛I的位置已知時(shí)，控制單元14a可將所監(jiān)視對(duì)象MO的位置和方向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成礦井坐標(biāo)系13的坐標(biāo)。采礦車輛I在礦井中的位置可借助于掃描技術(shù)來確定。采礦車輛I和所監(jiān)視對(duì)象MO的位置、以及關(guān)于所掃描的礦井空間8的實(shí)現(xiàn)的表面地形和端面表面的位置的信息可被確定。
[0076]在圖2中，以及在圖4中，其中掃描裝置S的射線遇到物理目標(biāo)并引起探測(cè)的點(diǎn)用黑圓點(diǎn)17示出。點(diǎn)云數(shù)據(jù)15包括由掃描建立的幾個(gè)點(diǎn)17。點(diǎn)17示出為黑圓點(diǎn)。能夠認(rèn)為，點(diǎn)云數(shù)據(jù)表示掃描所看到的信息。每個(gè)點(diǎn)17具有在機(jī)器坐標(biāo)系12中的坐標(biāo)x、y和z，由此所監(jiān)視對(duì)象MO的位置和方向可在機(jī)器坐標(biāo)系12中相對(duì)于掃描裝置S來確定。所監(jiān)視對(duì)象MO可基于輸入到控制單元14a或CU的參考數(shù)據(jù)而從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找到。
[0077]同樣地，當(dāng)采礦車輛的位置已知并且利用坐標(biāo)變換時(shí)，在礦井空間8的底部的端面表面以及其它表面的位置、方向和地形可在礦井坐標(biāo)系13中確定。
[0078]在圖3中，掃描模塊SM布置在采礦車輛I的載體2上。掃描模塊SM包括掃描裝置S、框架18和控制單元CU。控制單元CU可布置為處理從掃描裝置S和測(cè)量裝置接收的測(cè)量數(shù)據(jù)并且可借助于數(shù)據(jù)通信單元DCU僅將處理過的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)元素發(fā)送到采礦控制單元M⑶或任何其它外部控制單元。此外，掃描裝置S或掃描模塊可包括快速聯(lián)接裝置，由此其能夠容易安裝到采礦車輛I。
[0079]圖4公開了借助于掃描和點(diǎn)云匹配來確定采礦車輛I的位置和方位的基本原理。采礦車輛I的周圍被掃描并且生成第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)21。第一初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)22可事先被建立并且其可存儲(chǔ)到車載在采礦車輛I上的控制單元14a或外部控制單元14c?？刂茊卧?4a、14c可設(shè)有處理器以及用于將第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)21與第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)22匹配的點(diǎn)云匹配程序或算法。因此，第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)22用作參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)21用作運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在圖4中，匹配23以強(qiáng)烈簡化的方式示出?；谄ヅ?3，控制單元14a或14b可確定采礦車輛I在礦井坐標(biāo)系13中的位置和朝向。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的每個(gè)點(diǎn)17具有X坐標(biāo)、y坐標(biāo)和z坐標(biāo)。在圖4的簡化示例中，第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)21與參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)22完全擬合。
[0080]上述點(diǎn)云匹配分析的原理和點(diǎn)云的最佳擬合過程還可用于搜索和探測(cè)諸如采礦車輛的鉆臂或采礦工作裝置的所監(jiān)視對(duì)象的位置和方向。在圖案匹配過程中，系統(tǒng)搜索所監(jiān)視對(duì)象并為其計(jì)算位置和方向數(shù)據(jù)。
[0081]圖5公開了探測(cè)新的或變化的礦井表面。設(shè)有掃描裝置的采礦車輛可用作移動(dòng)勘測(cè)裝置。因此，采礦車輛當(dāng)其停止在工作地點(diǎn)以執(zhí)行鉆孔或任何其它限定的采礦操作時(shí)可掃描周圍。控制單元被配置為執(zhí)行點(diǎn)云匹配分析并且將第二運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)21與存儲(chǔ)在控制單元中的或在其中檢索到的參考掃描數(shù)據(jù)22進(jìn)行比較。在圖案匹配過程中，系統(tǒng)探測(cè)第二運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)21是否包括不存在于參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)22中的一個(gè)或多個(gè)新的周圍點(diǎn)17a。這些新點(diǎn)17a在圖5中示出為具有白色填充的圓點(diǎn)?？刂茊卧稍O(shè)有一個(gè)或多個(gè)合并規(guī)則，該規(guī)則定義在第二掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)21與參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)22之間的所需的匹配率。合并規(guī)則可定義例如50%匹配的需求。如果滿足所設(shè)定的合并規(guī)則，則新點(diǎn)17a合并到參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)22。因此，采礦車輛允許新建立的壁或變化的表面被探測(cè)到到并被記錄。圖6公開了合并所探測(cè)到的新掃描點(diǎn)的更新后的新參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)2 2a。
[0082]圖7示出了可行控制單元以及可在控制單元的處理器中執(zhí)行用來處理所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的所需的程序。控制單元生成位置數(shù)據(jù)，該位置數(shù)據(jù)可用于采礦車輛的運(yùn)行控制并用來確定采礦車輛的位置和采礦工作平面圖。
[0083]所公開的控制單元可以車載在采礦車輛上，由此其可以預(yù)處理掃描數(shù)據(jù)并且可借助于數(shù)據(jù)傳輸裝置而僅將結(jié)果傳輸?shù)讲傻V控制單元。
[0084]圖8示出了隧道面鉆孔方法，其中，巖石鉆機(jī)定位于鉆孔地點(diǎn)，用來根據(jù)鉆孔圖案而將鉆孔鉆到隧道的端面。替代地，一輪鉆孔(round)R的鉆孔可以根據(jù)任何其它類型的挖掘平面圖來控制。隧道的深度隨著挖掘前進(jìn)而增大。因此，隧道的深度逐輪地增加。深度的方向DD借助于箭頭示出。
[0085]隧道面鉆機(jī)I運(yùn)行時(shí)所處的所挖出的巖石空間8包括隧道線TL以及在隧道線TL的深度方向DD上的實(shí)現(xiàn)的隧道面9。隧道面9位于隧道8的末端。當(dāng)之前一輪鉆孔R(shí)被爆破時(shí)，隧道面9形成。隧道面的位置和形狀可能偏離用虛線9a表示的所計(jì)劃的位置和形狀。隧道面鉆機(jī)I設(shè)有用來確定鉆機(jī)在礦井中的位置的掃描裝置SD或模塊。掃描技術(shù)還可用來確定在深度方向DD上的隧道面9相對(duì)于隧道線TL的位置。系統(tǒng)可確定在隧道線TL的深度方向DD上的隧道面9的最大深度并且可基于最大深度來精確地限定隧道面的位置。此外，所生成的掃描數(shù)據(jù)還可用來確定隧道面9的隧道輪廓、隧道面9相對(duì)于隧道線TL的方向以及隧道面9的地形。
[0086]圖9和10示出了扇形鉆孔方法的原理，其中，巖石鉆機(jī)I定位于鉆孔地點(diǎn)，用來根據(jù)鉆孔圖案將鉆孔鉆到先導(dǎo)隧道Sb的內(nèi)輪廓表面IS。在扇形鉆孔中，可使用限定鉆孔的位置和方向的扇形鉆孔圖案。扇形鉆機(jī)I設(shè)有用來確定鉆機(jī)在礦井中的位置的掃描裝置SD或模塊。掃描技術(shù)還可用來確定在深度方向DD上的隧道面9相對(duì)于隧道線TL的位置。所挖出的隧道8的表面S和隧道輪廓也可被掃描并探測(cè)到。
[0087]在隧道面鉆孔和扇形鉆孔中，也能夠?qū)㈩A(yù)先設(shè)計(jì)的隧道線TL而不是鉆孔圖案用作采礦工作平面圖。進(jìn)一步地，沿隧道線的隧道的內(nèi)部輪廓也可以被預(yù)先確定并輸入到控制單元。采礦工作平面圖也可為期望隧道部分限定最小輪廓和最大輪廓。
[0088]圖11示出了隧道面鉆孔的鉆孔圖案32的XZ投影。鉆孔圖案32限定布置在多個(gè)嵌套(nested)行34a-34c上的多個(gè)鉆孔33。此外，鉆孔圖案32可包括放置在最里面的鉆孔行34c與切口36之間的區(qū)段中的現(xiàn)場(chǎng)孔(field hole)35a至35c。在鉆孔圖案34中，鉆孔33可被表示為圓。此外，各個(gè)鉆孔33的方向可用鉆孔圖案32中的方向線37表示。在鉆孔33之間的距離被稱為孔間隔38。鉆孔圖案32的性質(zhì)和參數(shù)可通過在控制單元的處理器中執(zhí)行鉆孔圖案設(shè)計(jì)程序或?qū)?yīng)的采礦工作平面圖處理程序來修改。當(dāng)修改接下來一個(gè)鉆孔圖案時(shí)，之前輪的鉆孔的監(jiān)視和感測(cè)結(jié)果可被考慮進(jìn)來。
[0089]圖12示出了與待鉆的一輪鉆孔R(shí)相關(guān)聯(lián)的鉆孔圖案32的原理。待挖掘隧道8的隧道面9可設(shè)有導(dǎo)航平面N，鉆孔圖案32的坐標(biāo)系可附連到導(dǎo)航平面N。導(dǎo)航平面N可位于隧道面9的前面。鉆孔圖案32可包括巖石鉆機(jī)I在坐標(biāo)系中的所確定的位置和方向，在這種情況下，巖石鉆機(jī)I在鉆孔開始之前根據(jù)坐標(biāo)系導(dǎo)航。一輪鉆孔R(shí)的底部可進(jìn)一步包括在與圖案的長度對(duì)應(yīng)的離開導(dǎo)航平面N的距離處的爆破平面39。
[0090]圖13示出了包括幾個(gè)隧道8a_8d的礦井以及在隧道中運(yùn)行的不同采礦車輛la-ld。在最低的隧道8a處，有用來將炮眼(blast hole)鉆到隧道的端面的隧道面鉆機(jī)la。扇形鉆機(jī)Ib將扇形狀鉆孔圖案鉆到第二隧道Sb中。在第三隧道Sc中，裝載車輛Ic運(yùn)載分離下來的巖石物料，并且進(jìn)一步地，裝藥車輛Id在第四隧道Sd中運(yùn)行。所有這些在礦井中運(yùn)行的采礦車輛可設(shè)有上面所公開的采礦工作平面圖和掃描模塊，由此它們可在該專利申請(qǐng)中公開的載人情況下被定位和運(yùn)行。采礦車輛還可為采礦控制單元MCU提供勘測(cè)和監(jiān)視數(shù)據(jù)。采礦控制單元M⑶可位于控制室中并可連接到一個(gè)或多個(gè)終端裝置或顯示單元DU，其用來給操作員提供關(guān)于當(dāng)前狀態(tài)的信息并且用來顯示情況報(bào)告。
[0091]當(dāng)扇形鉆機(jī)Ib用于挖隧道時(shí)，其可在先導(dǎo)隧道中運(yùn)行并可將炮眼鉆到先導(dǎo)隧道的隧道壁和隧道頂上。在使鉆孔爆破之后，先導(dǎo)隧道被擴(kuò)大。兩個(gè)接連的鉆孔扇形限定一輪鉆孔R(shí)的長度。在隧道面鉆孔中，隧道面鉆機(jī)Ia將鉆孔鉆到端表面、即隧道8a的隧道面。在開發(fā)挖掘之后，所形成的礦井空間可以借助于采礦車輛的監(jiān)視模塊來勘測(cè)。監(jiān)視模塊可包括用來掃描隧道8a_8d的隧道面及其它表面的掃描裝置。
[0092]附圖及相關(guān)描述僅旨在說明本發(fā)明的思想。在其細(xì)節(jié)上，本發(fā)明可在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種米礦車輛，包括: 可移動(dòng)載體； 至少一個(gè)采礦工作裝置，所述至少一個(gè)采礦工作裝置用來在礦中執(zhí)行采礦工作任務(wù)；至少一個(gè)掃描裝置，所述至少一個(gè)掃描裝置用來掃描所述采礦車輛的周圍并生成周圍的3D掃描數(shù)據(jù)； 所述采礦車輛與至少一個(gè)控制單元操作通信，所述控制單元被配置為接收數(shù)據(jù)并且在至少一個(gè)處理器中處理所述數(shù)據(jù)； 所述控制單元設(shè)有允許在所述處理器中執(zhí)行的至少一個(gè)點(diǎn)云匹配程序； 初始第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)被輸入到所述控制單元，所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括所存儲(chǔ)的所述礦在礦坐標(biāo)系中的參考模型； 由所述采礦車輛的所述掃描裝置生成的至少一個(gè)第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)被輸入到所述控制單元，所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括所述采礦車輛的當(dāng)前位置的運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)； 所述控制單元被配置為執(zhí)行所述點(diǎn)云匹配程序，以將所述第二運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述第一參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配； 所述控制單元被配置為基于所確定的在所述運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述參考云數(shù)據(jù)之間的匹配來確定在所述礦坐標(biāo)系中的所述采礦車輛的位置和方向； 所述控制單元設(shè)有至少一個(gè)采礦工作平面圖，所述至少一個(gè)采礦工作平面圖限定在所述礦坐標(biāo)系中的采礦工作地點(diǎn)的位置以及在所述采礦工作地點(diǎn)上待執(zhí)行的采礦工作任務(wù)；并且 所述控制單元被配置為將所確定的所述采礦車輛的位置和所述采礦工作平面圖的位置連接，用來初始化在所述采礦工作地點(diǎn)上的所述采礦工作任務(wù)。2.如權(quán)利要求1所述的采礦車輛，其中， 所述控制單元被配置為確定所述采礦車輛在運(yùn)行時(shí)所在的礦的區(qū)域或區(qū)段，并且基于位置數(shù)據(jù)，所述控制單元被配置為將所述掃描的第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述礦的部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，由此專用且有限的點(diǎn)云數(shù)據(jù)用作所述比較中的參考數(shù)據(jù)。3.如權(quán)利要求1或2所述的采礦車輛，其中， 所述采礦車輛是巖石鉆機(jī)，所述巖石鉆機(jī)包括至少一個(gè)設(shè)有鉆孔單元的鉆臂； 所述控制單元設(shè)有至少一個(gè)鉆孔圖案，所述至少一個(gè)鉆孔圖案用作所述采礦工作平面圖并為在所述礦中的預(yù)定鉆孔位置處的待鉆的一輪鉆孔限定在所述礦坐標(biāo)系中的幾個(gè)鉆孔的位置和方向；并且 所述控制單元被配置為將所確定的所述巖石鉆機(jī)的位置與所述鉆孔圖案的位置連接，用來初始化在所述鉆孔位置處的鉆孔。4.如前述權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的采礦車輛，其中， 所述采礦車輛能夠在所挖出的巖石空間中運(yùn)行，所述巖石空間包括隧道線和在所述隧道線的深度方向上的實(shí)現(xiàn)的隧道面； 所述采礦車輛設(shè)有用來探測(cè)所述隧道面并且用來確定在深度方向上的所述隧道面相對(duì)于所述隧道線的位置的裝置;并且 所述控制單元被配置為基于所確定的所述實(shí)現(xiàn)的隧道面的深度位置來限定所述采礦工作平面圖的位置。5.如權(quán)利要求4所述的采礦車輛，其中， 所述采礦車輛包括測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置用來確定在所述隧道線的深度方向上的所述隧道面的最大深度;并且 所述控制單元被配置為確定所探測(cè)到的所述最大深度，以限定所述隧道面的位置。6.如前述權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的采礦車輛，其中， 所述掃描裝置被布置用以向所述實(shí)現(xiàn)的隧道面掃描，由此設(shè)有坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)由之前挖出的至少一輪鉆孔的實(shí)現(xiàn)的隧道面生成;并且 所述控制單元被配置為基于所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)而確定所述實(shí)現(xiàn)的隧道面的性質(zhì)。7.如權(quán)利要求5或6所述的采礦車輛，其中， 所述采礦車輛包括至少一個(gè)鉆臂并且所述采礦工作裝置位于所述鉆臂的遠(yuǎn)端部分;并且 所述鉆臂被儀器化，并且所述隧道面相對(duì)于所述載體的位置通過將所述采礦工作裝置布置成與所述隧道面接觸并借助于包括測(cè)量裝置的儀器化的所述鉆臂確定所述隧道面的位置來確定。8.如前述權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的采礦車輛，其中， 所述采礦工作裝置的位置和方向通過掃描所述采礦車輛的周圍來確定，由此建立所述采礦工作裝置的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 所述至少一個(gè)控制單元設(shè)有所述采礦工作裝置的參考點(diǎn)云數(shù)據(jù);并且至少一個(gè)點(diǎn)云處理程序在所述至少一個(gè)控制單元中執(zhí)行，用來將所述掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以在所述掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中搜索并探測(cè)所述采礦工作裝置并且確定所述采礦工作裝置的位置和方向。9.如前述權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的采礦車輛，其中， 所述控制單元設(shè)置有采礦平面圖，所述采礦平面圖包括所述礦的3D模型； 所述礦的3D模型包括在礦坐標(biāo)系中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述控制單元被配置為將借助于所述掃描裝置生成的所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)在所探測(cè)到的位置方面與所述礦的3D模型進(jìn)行比較，并且被配置為在所述掃描數(shù)據(jù)中探測(cè)在所述掃描的位置處的新的或變化的周圍點(diǎn)云對(duì)象，從而允許新建立的或變化的壁被探測(cè)并被記錄;并且所述控制單元被配置為將所述新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并到所述礦的3D模型的所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由此所述采礦控制單元被配置為基于所述掃描數(shù)據(jù)來更新所述礦的3D模型。10.如權(quán)利要求9所述的采礦車輛，其中 所述控制單元被配置為通過提取周圍表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并且去除所有其它對(duì)象的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來處理接收到的所述掃描數(shù)據(jù)，由此建立所述周圍表面的簡化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；11.一種用來確定設(shè)有至少一個(gè)掃描裝置的采礦車輛的位置和方向的控制單元，所述控制單元包括: 連接裝置，所述連接裝置用于與包括所述至少一個(gè)掃描裝置的所述采礦車輛操作通?目; 接收裝置，所述接收裝置用于從所述采礦車輛接收所述采礦車輛的當(dāng)前位置的運(yùn)行掃描數(shù)據(jù)，所述掃描數(shù)據(jù)包括由所述至少一個(gè)掃描裝置生成的第二運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 處理裝置，所述處理裝置用于處理所接收到的所述運(yùn)行掃描數(shù)據(jù);其中， 所述控制單元設(shè)有允許在所述處理器中執(zhí)行的至少一個(gè)點(diǎn)云匹配程序； 所述控制單元設(shè)有初始第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述初始第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括所存儲(chǔ)的在礦坐標(biāo)系中的所述礦的參考模型； 所述控制單元被配置為執(zhí)行所述點(diǎn)云匹配程序，以將所接收的所述第二運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述第一參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)匹配； 所述控制單元被配置為基于所確定的在所述運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述參考云數(shù)據(jù)之間的匹配來確定在所述礦坐標(biāo)系中的所述采礦車輛的位置和方向； 所述控制單元設(shè)有至少一個(gè)采礦工作平面圖，所述至少一個(gè)采礦工作平面圖限定在所述礦坐標(biāo)系中的采礦工作地點(diǎn)的位置以及在所述采礦工作地點(diǎn)上待執(zhí)行的采礦工作任務(wù)；并且 所述控制單元被配置為將所確定的所述采礦車輛的位置和所述采礦工作平面圖的位置連接，用來初始化在所述采礦工作地點(diǎn)處的所述采礦工作任務(wù)。12.一種初始化在采礦工作地點(diǎn)處的采礦工作任務(wù)的方法， 所述方法包括: 定位在礦中的采礦車輛； 借助于所述采礦車輛的至少一個(gè)車載掃描裝置來執(zhí)行所述采礦車輛的周圍的至少一個(gè)運(yùn)行掃描； 將所述周圍的所述運(yùn)行掃描的所生成的至少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入到設(shè)有點(diǎn)云匹配程序的至少一個(gè)控制單元； 將3D礦模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入到所述控制單元并且將其用作所述礦的參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中，所述參考數(shù)據(jù)包括在礦坐標(biāo)系中的所述參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)； 在所述控制單元的處理器中執(zhí)行所述點(diǎn)云匹配程序，用來搜索在所述運(yùn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)與所述參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的匹配點(diǎn)； 利用匹配處理的結(jié)果來確定在所述礦坐標(biāo)系中的所述采礦車輛的位置和方向； 使所述控制單元也設(shè)有至少一個(gè)采礦工作平面圖，所述至少一個(gè)采礦工作平面圖限定在所述礦坐標(biāo)系中的采礦工作地點(diǎn)的位置以及在所述采礦工作地點(diǎn)處待執(zhí)行的采礦工作任務(wù);以及 將所確定的所述采礦車輛的位置和所述采礦工作平面圖的位置連接，用來初始化在所述采礦工作地點(diǎn)處的所述采礦工作任務(wù)。
【文檔編號(hào)】E21B7/02GK105917067SQ201580004593
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年1月14日
【發(fā)明人】尤西·普拉, 托米·馮埃森
【申請(qǐng)人】山特維克礦山工程機(jī)械有限公司