矿井巷道三维重建及安全监测技术研究

发布时间：2022-05-05 18:50

　　矿山井下巷道结构错综复杂,围岩应力、水压、水量等参数直接关系到矿山的安全生产,目前矿井中出现的人员伤亡与财产损失多数是由井下的安全事故导致的。随着计算机科学的发展,虚拟漫游技术逐渐兴起并得到一定的应用,将虚拟漫游技术应用于矿井管理中,建立矿山井下实景模型,并对井下设备、环境参数信息进行有效监测,可以使生产人员方便快捷的了解井下环境,对于矿山的生产管理和安全教学具有重要意义。三维重建技术近几年发展迅速,已经被应用到越来越多的领域。微软的产品Kinect具有价格便宜、操作简单、成像质量相对较高的特点,一经推出便被广泛的应用到三维重建领域。本文主要研究了基于Kinect的三维重建技术,用三维实景取代目前虚拟漫游中常用的软件建模,并将其应用的矿山环境监测中,建立具有矿井安全监测和场景漫游功能的软件系统,论文的主要内容如下:（1）介绍课题的背景和意义,阐述了三维重建和虚拟漫游技术的国内外研究现状。详细说明了 Kinect深度相机的工作原理以及进行三维重建用到的OpenNI框架和PCL点云库。（2）在Kinect深度相机工作原理的基础上分析了其深度图像噪声产生的原因,并针对深度图像做了滤波修复处理... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 三维重建研究现状
        1.2.2 虚拟漫游研究现状
    1.3 论文主要内容和组织结构
第二章 Kinect原理与开发工具
    2.1 Kinect原理介绍
    2.2 OpenNI开源框架
    2.3 点云处理工具PCL
    2.4 点云数据格式
    2.5 本章小结
第三章 深度图像处理与图像对齐
    3.1 深度图像处理
        3.1.1 干扰来源分析
        3.1.2 深度图像滤波
        3.1.3 基于时域的深度图像修复
    3.2 相机标定
        3.2.1 三种坐标系
        3.2.2 相机标定过程
    3.3 点云数据处理
        3.3.1 基于体素栅格的点云精简
        3.3.2 点云的离群点移除
    3.4 本章小结
第四章 三维点云配准
    4.1 刚体变换
    4.2 迭代最近点算法
        4.2.1 算法概述
        4.2.2 ICP算法优化
    4.3 采样一致性算法
        4.3.1 计算点云法向量
        4.3.2 提取点云特征
        4.3.3 采样一致性算法原理
    4.4 点云配准实验
        4.4.1 点云配准过程实验
        4.4.2 三维场景配准实验
    4.5 本章小结
第五章 矿井安全监测软件设计
    5.1 Unity简介
    5.2 软件功能分析
    5.3 软件详细设计
        5.3.1 系统架构
        5.3.2 数据库设计
        5.3.3 程序设计
        5.3.4 矿井三维模型
    5.4 系统功能实现
        5.4.1 登录模块
        5.4.2 信息监测模块
        5.4.3 场景漫游模块
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文、专利和参与的项目
学位论文评阅及答辩情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Kinect传感器的移动机器人室内三维环境创建[J]. 刘继忠,吴文虎,程承,曾成,王光辉.  广西大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]基于SAC-IA和改进ICP算法的点云配准技术[J]. 陈学伟,朱耀麟,武桐,王祖全.  西安工程大学学报. 2017(03)
[3]2015年我国矿山事故统计及规律分析[J]. 刘梦红,刘何清,吴扬.  采矿技术. 2017(03)
[4]2012—2015年我国煤矿矿难特征及规律分析[J]. 樊亚庆.  煤. 2016(05)
[5]基于体素化网格下采样的点云简化算法研究[J]. 袁华,庞建铿,莫建文.  电视技术. 2015(17)
[6]Kinect传感器的彩色和深度相机标定[J]. 郭连朋,陈向宁,刘彬.  中国图象图形学报. 2014(11)
[7]基于Kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究[J]. 陈晓明,蒋乐天,应忍冬.  计算机应用研究. 2013(04)
[8]基于GPU和Kinect的快速物体重建[J]. 刘鑫,许华荣,胡占义.  自动化学报. 2012(08)
[9]3DMAX在煤矿数字化中的应用[J]. 刘新河,李哲宁,于海洋,王鹏.  中国煤炭. 2011(08)
[10]ICP算法在3D点云配准中的应用研究[J]. 杨现辉,王惠南.  计算机仿真. 2010(08)

硕士论文
[1]基于Kinect的室内场景三维重建方法研究[D]. 卢冰.兰州理工大学 2016
[2]虚拟现实在数字矿山中的应用[D]. 陶闯闯.中国矿业大学 2016
[3]基于Kinect的三维重建技术研究[D]. 徐立洲.东南大学 2016
[4]基于Kinect的同时定位与地图构建的研究[D]. 李智.北京交通大学 2016
[5]基于Unity3D的碾压施工实时监测模块的开发[D]. 李隆.天津大学 2016
[6]基于点云数据的三维数字校园模型重建与漫游系统[D]. 吴波.西安科技大学 2015
[7]基于Unity的3D虚拟校园漫游系统的开发[D]. 仲于姗.云南大学 2015
[8]基于Kinect的室内场景三维重建[D]. 吴磊.北京理工大学 2015
[9]基于3ds Max和Virtools的虚拟校园漫游系统设计与实现[D]. 郭艳.电子科技大学 2014
[10]基于Kinect深度传感器的三维重建技术应用研究[D]. 叶日藏.华南理工大学 2013



本文编号：3650812