1.一种为煤矿立井井筒提供铅垂测量基准的方法,其特征在于:在立井上方设置激光垂准仪或激光指向仪,在罐道(6)中的提升容器(7)顶部设置激光接收器,激光接收器用以接收激光垂准仪或激光指向仪的激光投点并实时记录接受到的激光投点坐标;通过同步记录提升容器(7)在罐道(6)中深度数据以及同步接收到的激光投点坐标,剔除掉由于激光垂准仪或激光指向仪自身设备问题导致的扩散明显不合理的激光投点坐标以及部分因为立井井段变形导致的大偏移激光投点坐标后,将剩下的激光投点坐标根据深度数据拟合为直线,计算直线的斜率,即可利用斜率补偿校正,从而获得准确的铅垂基准;
具体步骤如下:
将提升容器(7)提升至立井进口位置,调整设置在井口上方井架设置的激光垂准仪或激光指向仪,利用水平仪调整激光垂准仪或激光指向仪的激光竖直向下发射,同时调整激光接收器位置,激光接收器包括激光接收靶(3)和拍摄激光接收靶(3)上接收到的激光投点的摄像头(4),使激光投点至激光接收靶(3)的中心;
通过提升容器(7)连接的绞车房内钢绞线的行程获取提升容器(7)在罐道中运行的深度数据,对应激光接收靶(3)上获取激光垂准仪或激光指向仪上激光投点的高程值;激光接收靶(3)获取的激光投点坐标值在提升容器(7)运行过程中会发生变化;
激光接收靶(3)随提升容器(7)在整个井筒竖向范围内上下运行,通过摄像头(4)记录和识别提升容器(7)在罐道(6)中每个深度位置的激光投点坐标;
对提升容器(7)从井口运行至井底过程中摄像头(4)识别并记录激光接收靶(3)上的激光投点坐标,并对激光投点坐标进行处理:分解出每个坐标值中激光铅垂度偏差成分并去除,以减小垂准激光不铅垂对测量基准精度造成的影响;
去除每个坐标值中激光铅垂度偏差成分的具体步骤为:分别对每个坐标值中激光点的X坐标和Y坐标进行校正,其中X坐标的校正步骤如下:S1、将提升容器(7)从井口运行至井底过程中获取的激光投点数据按照立井深度进行分组;
S2、以激光投点竖向深度数据Z为横坐标,X坐标作为纵坐标,得到每个激光投点对应的数据点坐标(Z,X),利用直线拟合法根据每一组数据点分别拟合直线,得到每组直线的斜率;
S3、将每组数据点拟合直线的斜率取绝对值,再从第二组开始,将每组数据点拟合直线斜率 的绝对值与上一组数据点拟合直线斜率 的绝对值作差得到斜率差 ;
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S4、若斜率差值 大于0.004,则认为该组数据存在罐道变形成分,删除该组数据点;
S5、将数据点中所包含的非罐道变形引起的提升容器震动值和激光投点坐标识别误差值认为是随机且对称分布的,用最小二乘法对剩余的所有激光投点对应的数据点进行直线拟合,通过直线拟合后,提升容器震动值和激光投点坐标识别误差值将被削弱,所得直线即为存在铅垂偏差的激光直线在XOZ平面上的投影,XOZ平面为激光投点坐标所在坐标系的X轴和Z轴所构成的平面,激光在XOZ平面上投影直线的方程为:;
其中 为该激光直线在深度 处对应的X坐标值,将采集到的激光投点从井口向井底方向排序t=1,2,3…,k为激光在XOZ平面上投影直线的斜率,b为激光直线的截距即初始X坐标值;
S6、将每个激光投点的深度 所对应的拟合直线上点的X坐标 减去井口处获取的第一个激光投点的X坐标值b,即可得到每个激光投点X坐标值中的垂准激光铅垂度偏差值ΔXt;
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S7、将每个激光点的X坐标值减去该激光点对应深度处的垂准激光铅垂度偏差值ΔX,从而修正偏差,获得X坐标的校正值;具体利用以下公式去除激光偏差的影响,计算深度处对应的激光投点X坐标校正结果值 :;
重复步骤S2 S7,将校正激光投点X坐标的内容替换为校正激光投点Y坐标,分别对X方~向和Y方向的偏差情况完成校正。
2.根据权利要求1所述的为煤矿立井井筒提供铅垂测量基准的方法,其特征在于:激光接收靶(3)在每个深度位置接收到的激光投点平面坐标值中包含5个成分:初始坐标值、罐道变形值、非罐道变形引起的提升容器震动值、投点坐标识别误差、垂准激光铅垂度偏差值,分别表示:初始坐标值:在井口位置安置好激光接收器时,激光投点的水平坐标值,即激光接收靶(3)中心点的坐标值,每个深度位置的激光投点坐标都包含该成分;
罐道变形值:由于罐道(6)产生变形,受罐道(6)限制的提升容器(7)产生水平移动,导致激光投点坐标发生变化,而罐道(6)变形情况只会在井筒的局部位置出现,因此只有局部的激光投点坐标包含该成分;
非罐道变形引起的提升容器震动值:由于罐耳(5)与罐道(6)之间预留有间隙或缓冲空间,提升容器(7)在运行过程中会在此空间范围内产生随机震动,因此每个深度位置的激光投点坐标都随机包含该成分;
投点坐标识别误差:使用摄像头(4)对投点至激光接收靶(3)上的光斑中心坐标进行识别存在识别误差,每个深度位置的激光投点坐标都随机包含该成分;
垂准激光铅垂度偏差值:由于激光垂准仪或激光指向仪制造误差和安装时的整平误差,在井口向下发射的激光并不是铅垂于水平面的,这将导致不同深度位置的激光投点坐标中都包含由激光不铅垂引起的偏差值,且深度越大该偏差值也越大。
3.根据权利要求1所述的为煤矿立井井筒提供铅垂测量基准的方法,其特征在于,直线拟合法包括最小二乘法、奇异值分解法、梯度下降法。
4.根据权利要求3所述的为煤矿立井井筒提供铅垂测量基准的方法,其特征在于,通过分组直线拟合法拟合直线后,对比组间直线斜率差值对受罐道(6)变形影响的激光投点数据进行识别和去除,包括滑动平均滤波法、中值滤波法、卡尔曼滤法。
5.根据权利要求1所述的为煤矿立井井筒提供铅垂测量基准的方法,其特征在于,重复对获取两次同一立井中的激光投点数据,并通过对比前后两次采集的坐标数据,计算点位差值中误差,通过同一深度位置两次测得的激光投点坐标差值的中误差大小来判断精度:,
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其中, 和 分别为在X方向和Y方向上同一深度位置两次测得的激光投点坐标的差值中误差, 和 分别为前后两次数据中第n个激光投点的X坐标, 和 分别为前后两次数据中第n个点的Y坐标, 为激光投点坐标差值中误差。