巷道变形监测方法及装置

技术领域

本发明涉及巷道监测技术领域，尤其涉及一种巷道变形监测方法及装置。

背景技术

矿用巷变形程度的大小对矿井的生产安全具有较大的影响。因此，为了确保矿井的生产安全，如何准确便捷地进行巷道变形监测是目前业界亟待解决的重要课题。

现有技术中通常采用人工监测的方式对巷道的相关参数进行测量和计算，以监测巷道的变形程度。但是由于巷道的监测点较多，若采用人工对每一监测点进行监测，不仅需要大量的人力物力，效率低下，且监测的准确性受人工经验影响较大，准确性差。

综上，现有的巷道变形监测方式，存在监测效率低和监测准确性差的问题。

发明内容

本发明提供一种巷道变形监测方法及装置，用以解决现有技术中人工进行巷道变形监测，监测效率低和监测准确性差的缺陷，实现对巷道变形程度进行自动精准的监测。

本发明提供一种巷道变形监测方法，包括：

获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数；

根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；

根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，包括：

获取样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数；

根据所述历史几何参数集合和所述历史变形参数，对变形函数进行拟合，得到所述变形函数的变形影响系数集合；

根据所述当前几何参数集合、所述历史几何参数集合和所述变形影响系数集合，计算所述目标巷道的当前变形参数。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述当前变形参数包括当前变形量、当前变形速度和当前变形加速度；

所述根据所述当前几何参数集合、所述历史几何参数集合和所述变形影响系数集合，计算所述目标巷道的当前变形参数，包括：

根据所述当前几何参数集合中的各几何参数、所述历史几何参数集合中的各几何参数以及所述变形影响系数集合，计算所述当前变形量；

计算所述当前几何参数集合对应的采集时间与所述历史几何参数集合对应的采集时间之间的时间间隔；

根据所述当前变形量和所述时间间隔，计算所述当前变形速度；

根据所述当前变形速度和所述时间间隔，计算所述当前变形加速度。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述根据所述当前几何参数集合中的各几何参数、所述历史几何参数集合中的各几何参数以及所述变形影响系数集合，计算所述当前变形量，包括：

计算所述当前几何参数集合中的各几何参数与所述历史几何参数集合中的各几何参数之间的初始变形量；

根据所述变形影响系数集合中的变形影响系数，对所述初始变形量进行加权相加，得到所述当前变形量。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述当前几何参数集合包括当前断面面积；

所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，分别计算所述目标巷道中多个目标闭合区域的面积；每一目标闭合区域是基于所述目标巷道中每相邻两个采样点与所述巷道断面测量仪器的测量中心点构建的；

对所述多个目标闭合区域的面积进行汇总，得到所述目标巷道的初始断面面积；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面面积进行校正，得到所述当前断面面积。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述当前几何参数集合包括当前断面周长；

所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，计算所述目标巷道中每相邻两个采样点之间的周长；

对所述目标巷道中多个所述周长进行汇总，得到所述目标巷道的初始断面周长；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面周长进行校正，得到所述当前断面周长。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述当前几何参数集合包括当前断面最大高度；

所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，获取第一最大垂直距离和第二最大垂直距离；所述第一最大垂直距离为所述目标巷道的第一象限内和第二象限内的采样点到所述巷道断面测量仪器的测量中心点之间的最大垂直距离；所述第二最大垂直距离为所述目标巷道的第三象限内和第四象限内的采样点到所述测量中心点之间的最大垂直距离；

将所述第一最大垂直距离与所述第二最大垂直距离相加，得到初始断面最大高度；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面最大高度进行校正，得到所述当前断面最大高度。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，所述当前几何参数集合包括当前断面最大直径；

所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，在所述目标巷道中各象限内，分别选择与所述巷道断面测量仪器的测量中心点之间的距离最大的目标采样点；

将每三个所述目标采样点拟合生成的圆形区域的直径中的最大直径作为初始断面最大直径；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面最大直径进行校正，得到所述当前断面最大直径。

根据本发明提供的一种巷道变形监测方法，在所述根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测之后，所述方法还包括：

在根据所述当前变形参数确定所述目标巷道的变形状态为异常变形的情况下，根据所述变形状态对应的维护操作，对所述目标巷道进行维护。

本发明还提供一种巷道变形监测装置，包括：

扫描模块，用于获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数；

计算模块，用于根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；

监测模块，用于根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述巷道变形监测方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述巷道变形监测方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述巷道变形监测方法。

本发明提供的巷道变形监测方法及装置，通过巷道断面测量仪器在当前时刻自动对目标巷道的当前位置参数以及目标巷道中各个采样点的当前断面参数进行采集，根据当前位置参数和当前断面参数，实时计算目标巷道的当前几何参数集合，并根据当前几何参数集合计算目标巷道的当前变形参数，以根据当前变形参数，对目标巷道的变形状态进行自动精准地监测，不仅大大减少了人工测量、计算以及决策所需的工作强度，提高了变形监测效率，简化了人工操作流程，而且减少人工参与，有效提高变形监测的精准性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的巷道变形监测方法的流程示意图；

图2是本发明提供的巷道变形监测方法中的采样点的分布示意图；

图3是本发明提供的巷道变形监测装置的结构示意图；

图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，通过采用人工监测的方式对巷道的相关参数进行测量和计算，以监测巷道的变形程度。例如，采用卷尺和测量杆，根据经验测量巷道的特征点，如巷道净宽度和净高度等；并将其代入经验公式中，通过人工经验确定相应的计算公式，以计算获取断面参数；如根据人工经验在三心拱、圆弧拱、半圆拱和梯形拱等形状中确定巷道的形状，以根据巷道的形状对应的经验公式，计算断面参数。而巷道的形状确定以及计算公式的选择，均受人工影响较大，导致计算出来的断面参数误差较大，进而监测结果精准性差，并且每一特征点均需要人工一一测量，测量效率低下。

又如部分用户使用全站仪对巷道进行测量，虽然可扫描出巷道的三维立体形状，但是全站仪的测量结果受地理环境影响较大，稳定性差；且需要配合测量仪器和三角架等大型配件配合使用，以校准扫描平面和断面的平行或重合度，成本高，架设难度大；对操作人员专业性要求高，携带不方便，操作复杂。

综上，现有的巷道变形监测方式，存在监测效率低和监测准确性差的问题。

针对上述问题，本实例中提供一种巷道变形监测方法，实现通过巷道断面测量仪器采集的当前位置参数和当前断面参数，自动精准地对巷道的变形状态进行监测，在保证测量精度的前提下提高监测效率和简化监测流程。

下面结合图1-图2描述本发明的巷道变形监测方法。

如图1所示，为本申请实施例提供的巷道变形监测方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤101，获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数。

需要说明的是，本实施例提供的巷道变形监测方法的执行主体，可以是内置于巷道断面测量仪器的处理器，也可以是外置于巷道断面测量仪器的处理器，通过处理器获取巷道断面测量仪器采集的当前位置参数和当前断面参数，进而根据当前位置参数和当前断面参数，确定当前几何参数集合，并根据当前几何参数集合计算目标巷道的当前变形参数，以用于对目标巷道的变形状态进行监测，实现对巷道的变形状况进行精准监测。

其中，巷道断面测量仪器为矿用便携式巷道断面无线测量仪。其为便携设备，具有一键测量、无需架设、重锤结构设计和方便调节等优势。巷道断面测量仪器至少包括测量部和手柄部；测量部设置有扫描器；手柄部通过轴承与测量部活动连接，手柄部内置主控设备，主控设备与扫描器通信连接；扫描器的探头可在主控设备的控制下，围绕所述扫描器的中心轴线周向旋转，以采集多个采样点的当前断面参数。即通过巷道断面测量仪器的激光扫描器，每360°扫描断面任意多次，以采集任意多个点，采样点越多计算出的结果更接近于真实值。采样点的具体数量以及具体采样频率可以根据实际需求进行设置。

例如，可每360°设置3200采样点，以获取各个采样点的当前断面参数。但用3200个原始采样点的采样数据全部参与计算耗时长。为了简化运算，每间隔40个采样点，选取一个距离非零的采样点参与运算，即在360°的扫描平面中共选取80个采用点参与计算。

需要说明的是扫描器可以是超声波测距扫描器、雷达测距扫描器、激光扫描器，其内置有角度传感器，以扫描得到巷道断面的极坐标距离角度数据。相应地，激光扫描器采集的各个采样点的当前断面参数包括但不限于各采样点到激光扫描器的测量中心点之间的距离，以及各采样点与激光扫描器的测量中心点形成的直线与水平轴线之间的夹角。

另外，测量部还设置有线激光器；线激光器设置在测量部的端部，线激光器用于为巷道断面测量仪器的测量位置的选择决策提供参考方向。在开始对巷道断面进行测量时，先启动线激光器，以通过线激光器输出的线性激光光束作为参考方向，辅助判断选择巷道断面测量仪器的测量位置，以将线性激光光束与巷道垂直或与巷道断面保持平行或重合的测量位置作为最佳测量位置。并在确定选择到最佳的测量位置之后，关闭线性激光器，并启动扫描器对断面进行旋转扫描，以获取目标巷道的当前断面参数。

测量部还设置有配重器，配重器内置于测量部，且配重器和线激光器位于所述测量部的同一端，以使得测量部在配重器的配重作用下，沿重力方向竖直向下，尽可能地使得扫描器的扫描平面与巷道断面保持平行或重合，避免受手柄方向的影响，以实现扫描平面最大限度地覆盖断面，进而提高断面参数的测量精度。

手柄部还内置有数据采集器；数据采集器包括但不限于蓝牙模块和/或近场通信NFC(Near Field Communication，近场通信)模块，用于在主控设备的驱动下采集目标巷道的断面的信息标签卡，以从信息标签卡中获取目标巷道的当前位置参数。其中，当前位置参数包括但不限于巷道断面位置编号，如1号巷道的第一断面的位置编号标识为L1-1，以及倾角θ，单位为度。此外还可从信息标签卡中获取历史监测信息，包括但不限历史时刻监测得到的历史断面参数、历史几何参数集合、历史变形参数等，本实施例对此不做具体地限定。

目标巷道为需要进行巷道变形监测的巷道。

可选地，在需要对目标巷道进行变形监测的情况下，处理器可基于巷道断面测量仪器的数据采集器从目标巷道的信息标签卡中读取目标巷道的当前位置参数；并基于巷道断面测量仪器的扫描器对目标巷道的断面进行周向扫描，以采集多个采样点的当前断面参数。

本实施例中，针对巷道变形监测及预警问题，通过手持式的便携式巷道断面激光测量仪器自动采集巷道的当前位置参数和当前断面参数，有效提高测量效率，进而提高监测效率，并且测量部采用配重结构，自适应重力方向，自然竖直状态，一键操作，即可精准地获取巷道的当前位置参数和当前断面参数，减少人工参与，在保证监测精度的前提下简化操作流程。

步骤102，根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；

其中，当前几何参数集合包括但不限于当前断面面积、当前断面周长、当前断面高度、当前断面最大高度、当前断面宽度、当前断面直径和当前断面最大直径，本实施例对此不做具体地限定。

可选地，处理器在获取到当前位置参数和当前断面参数的情况下，可将当前位置参数和当前断面参数代入相应的几何参数计算公式中，计算获取目标巷道的当前几何参数集合。

例如，将当前位置参数和当前断面参数代入相应的面积参数计算公式中，计算获取当前断面面积；将当前位置参数和当前断面参数代入相应的周长参数计算公式中，计算获取当前断面周长等。

步骤103，根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

其中，当前变形参数包括但不限于当前变形量、总变形量、当前变形速度和当前变形加速度，本实施例对此不做具体地限定。

可选地，在获取到当前几何参数集合的情况下，可根据当前几何参数集合中的当前断面面积、当前断面周长、当前断面高度、当前断面最大高度、当前断面宽度、当前断面直径和当前断面最大直径，计算获取目标巷道的当前变形量；根据当前变形量，计算获取当前变形速度和当前变形加速度。

由于煤矿巷道的变形破坏会阻断井下交通，增大矿井通风阻力，损坏生产设备，造成人员伤亡，严重威胁煤矿安全生产。而当前变形参数中的变形量、变形速度、变形加速度的数值越大，断面变形越大，变形程度越大，表征巷道的安全性越差。因此，可以根据当前变形参数，对目标巷道的变形状态进行监测，以确定目标巷道的变形状态为正常变形或异常变形。并在目标巷道的变形状态为异常变形的情况下，及时发出告警，并对目标巷道做出及时维护，提高巷道的安全性。

其中，变形监测的方式包括，将当前变形参数中的当前变形量、总变形量、当前变形速度和当前变形加速度分别与各自对应的变形上限值进行比较，在确定当前变形量、总变形量、当前变形速度和当前变形加速度中的任一变形参数超出各自对应的变形上限值的情况下，确定目标巷道的变形状态为异常变形，若均未超出则确定目标巷道的变形状态为正常变形。或者，将当前变形量、总变形量、当前变形速度和当前变形加速度输入分类模型中，由分类模型对目标巷道的变形状态进行分类，本实施例对此不做具体地限定。

本实施提供的巷道变形监测方法，通过巷道断面测量仪器在当前时刻自动对目标巷道的当前位置参数以及目标巷道中各个采样点的当前断面参数进行采集，根据当前位置参数和当前断面参数，实时计算目标巷道的当前几何参数集合，并根据当前几何参数集合计算目标巷道的当前变形参数，以根据当前变形参数，对目标巷道的变形状态进行自动精准地监测，不仅大大减少了人工测量、计算以及决策所需的工作强度，提高了变形监测效率，简化了人工操作流程，而且减少人工参与，有效提高变形监测的精准性。

在一些实施例中，步骤103中所述根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，包括：

获取样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数；

根据所述历史几何参数集合和所述历史变形参数，对变形函数进行拟合，得到所述变形函数的变形影响系数集合；

根据所述当前几何参数集合、所述历史几何参数集合和所述变形影响系数集合，计算所述目标巷道的当前变形参数。

其中，样本巷道所处的变形环境包括但不限于如下场景：

(1)拱形下沉变形环境；在此环境下，巷道断面出现马鞍形现象，由于顶板下沉量超过支护允许范围，引起巷道顶板中部下垂。

(2)底部鼓凸变形环境；在此环境下，由于该段巷道所处位置底板岩性较为松软，作用于巷道顶板上的作用力经由巷帮传递至巷道底板，从而使巷道底板出现变形引起底鼓，底鼓达到300mm到600mm，甚至部分巷道可达600mm以上。

(3)巷道两帮挤压变形环境；在此环境下，两帮挤压使巷道两侧的墙体出现内敛、肩部张裂错动等现象，引起支护破坏、断面缩小等。

(4)帮顶喷层开裂、剥落，在钢筋网的作用下形成网兜的变形环境。

可选地，可从结合多种不同实际变形场景下的采集的历史巷道数据中，获取样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数。

然后，结合实际现场数据，即样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数，进行反复测算，构建多种不同破坏形势下的巷道变形程度的典型变化尺寸图。进而根据变化尺寸图，分析历史几何参数集合中各种几何参数对变形参数的影响程度，以实现对变形函数的拟合，进而获取变形影响系数集合；变形影响系数集合中包含各个几何参数的变形影响系数。

例如，通过采用样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数进行变形函数进行拟合，可得到几何参数集合中面积对应的变形影响系数的取值范围可为K

接着，将当前几何参数集合、历史几何参数集合和变形影响系数集合，代入变形函数中，可计算获取目标巷道的当前变形参数。

本实施例中通过对多种不同变形场景下的样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数，对变形函数进行拟合，即可自动快速得到变形函数的变形影响系数集合，进而根据当前几何参数集合、历史几何参数集合和变形影响系数集合，自适应地计算出目标巷道的当前变形参数，有效减少人工参与，有效提高变形监测的效率和精准性。

在一些实施例中，所述当前变形参数包括当前变形量、当前变形速度和当前变形加速度；

所述根据所述当前几何参数集合、所述历史几何参数集合和所述变形影响系数集合，计算所述目标巷道的当前变形参数，包括：

根据所述当前几何参数集合中的各几何参数、所述历史几何参数集合中的各几何参数以及所述变形影响系数集合，计算所述当前变形量；

计算所述当前几何参数集合对应的采集时间与所述历史几何参数集合对应的采集时间之间的时间间隔；

根据所述当前变形量和所述时间间隔，计算所述当前变形速度；

根据所述当前变形速度和所述时间间隔，计算所述当前变形加速度。

可选地，步骤103中计算目标巷道的当前变形参数的步骤包括：

根据当前几何参数集合中的各几何参数、历史几何参数集合中的各几何参数以及变形影响系数集合，计算当前变形量。

在一些实施例中，计算当前变形量的步骤具体包括：

计算所述当前几何参数集合中的各几何参数与所述历史几何参数集合中的各几何参数之间的初始变形量；

根据所述变形影响系数集合中的变形影响系数，对所述初始变形量进行加权相加，得到所述当前变形量。

可选地，将当前几何参数集合中的各几何参数与历史几何参数集合中相应的几何参数相减，获取各几何参数的初始变形量；并将各几何参数对应的变形影响系数与各几何参数加权相加，得到当前变形量。

其中，历史几何参数集合可以是当前时刻的上一时刻获取的几何参数集合，也可以是首次监测获取的几何参数集合，本实施例对此不做具体地限定。

对于历史几何参数集合为上一时刻获取的几何参数集合，几何参数集合包括面积、周长、高度、宽度和直径的场景下，各几何参数在当前时刻到上时刻之间的当前变形量δ的计算公式如下：

δ＝|ΔS|*K

其中，ΔS＝S

对于历史几何参数集合为初始时刻获取的几何参数集合，几何参数集合包括面积、周长、高度、宽度和直径的场景下，各几何参数在当前时刻到初始时刻之间累计的当前变形量δ的计算公式如下：

δ＝|ΔS|*K

其中，ΔS＝S

在通过上述公式计算获取到各几何参数对应的当前变形量的同时，可计算当前几何参数集合对应的采集时间与历史几何参数集合对应的采集时间之间的时间间隔；

基于当前变形量和时间间隔，计算获取当前变形速度。

对于历史几何参数集合为上一时刻获取的几何参数集合的情况下，当前变形速度V的计算公式为：

V＝δ/Δt；

其中，Δt＝t

基于当前变形速度和时间间隔，计算获取当前变形加速度。

对于历史几何参数集合为上一时刻获取的几何参数集合的情况下，当前变形加速度A的计算公式为：

A＝ΔV/Δt；

其中，ΔV＝V

需要说明的是，上述公式中的周长、高度、宽度和直径可以为测试点的周长、高度、宽度和直径，也可以是最大周长、最大高度、最大宽度和最大直径，即在计算变形量的情况下，两者可做同等替换。

本实施例中根据当前几何参数集合即可简单便捷地计算出目标巷道的当前变形参数，有效降低人工参与，实现了对巷道形变进行自动精准地监测。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面面积；

步骤102中所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，分别计算所述目标巷道中多个目标闭合区域的面积；每一目标闭合区域是基于所述目标巷道中每相邻两个采样点与所述巷道断面测量仪器的测量中心点构建的；

对所述多个目标闭合区域的面积进行汇总，得到所述目标巷道的初始断面面积；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面面积进行校正，得到所述当前断面面积。

可选地，在当前几何参数集合包括当前断面面积的情况下，当前断面面积的计算步骤如下：

将目标巷道中每相邻两个采样点与巷道断面测量仪器的测量中心点构建生成目标闭合区域，并根据当前断面参数，计算每一目标闭合区域的面积。其中，目标闭合区域可以是扇形或三角形，本实施例对此不做具体地限定。

以下以目标闭合区域为三角形为例，对本实施例中的巷道变形监测方法展开描述。

如图2所示，相邻两个采样点分别为A点和B点，巷道断面测量仪器的测量中心点为C点；当前断面参数中包含A点到C点之间的距离L

此时，可将A点、B点和C点形成的目标闭合区域近似为三角形区域。将L

以下以目标闭合区域为扇形为例，对本实施例中的巷道变形监测方法展开描述。

可将A点、B点和C点形成的目标闭合区域近似为扇形区域。将L

或者，

或者，

在通过上述面积计算公式，计算获取各个目标闭合区域的面积之后，可将多个目标闭合区域的面积进行相加，得到目标巷道的重力方向的初始断面面积S′。

例如，目标巷道的采样点的数量为80个，则目标闭合区域的数量为80个，在计算得到80个目标闭合区域的面积的情况下，可将80个三角形面积进行相加，得到目标巷道的重力方向的初始断面面积。

在从当前位置参数中确定目标巷道的倾角为0的情况下，直接将初始断面面积作为当前断面面积；在确定目标巷道的倾角不为0的情况下，根据当前位置参数中的倾角θ，对初始断面面积进行校正，得到当前断面面积S，具体计算公式如下：

S＝S′*cos(θ)；

本实施例中，通过巷道断面测量仪器自动扫描巷道断面的二维极坐标数据，并且采用高采样率进行采样，有效保证了采用积分算法计算出的当前几何参数集合更接近于真实值，并且对于有倾角的巷道，采用巷道断面测量仪器识别巷道信息标签自动输入巷道的位置参数，无需手动输入参数，一键参与计算，有效简化监测流程，且可提供监测精度。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面周长；

步骤102中所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，计算所述目标巷道中每相邻两个采样点之间的周长；

对所述目标巷道中多个所述周长进行汇总，得到所述目标巷道的初始断面周长；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面周长进行校正，得到所述当前断面周长。

可选地，在当前几何参数集合包括当前断面周长的情况下，当前断面周长的计算步骤如下：

将目标巷道中每相邻两个采样点间的弧长近似为扇形弧长或三角形弧长，并根据当前断面参数，计算每一弧长的周长。

以下以相邻两个采样点间的弧长为三角形边长为例，对本实施例中的巷道变形监测方法展开描述。

如图2所示，采用三角形余弦定理，计算A点和B点之间的周长L

在通过上述周长计算公式，计算获取每相邻两个采样点之间的周长之后，可将目标巷道中的多个周长进行相加，得到目标巷道的重力方向的初始断面周长L′。

例如，目标巷道的采样点的数量为80个，则周长的数量为80个，在计算得到80个周长的情况下，可将80个周长进行相加，得到目标巷道的重力方向的初始断面周长。

在从当前位置参数中确定目标巷道的倾角为0的情况下，直接将初始断面周长作为当前断面周长；在确定目标巷道的倾角不为0的情况下，根据当前位置参数中的倾角θ，对初始断面周长进行校正，得到当前断面周长L，具体计算公式如下：

L＝L′*cos(θ)；

此外，当前几何参数集合还包括当前断面高度，具体计算方式如下：

由于手持式巷道断面测量仪器的测量部中具有重锤结构的扫描器，测量部在自适应重力平衡后，扫描器扫描的0°位置正好与重力方向重合。因此，将0°位置处的采样点距离测量中心点之间的距离L1和180°位置处的采样点距离测量中心点之间的距离L2相加，即为在此测试点的断面高度。

需要说明的是，此断面高度仅为测试点对应的断面高度，并不一定是巷道的最大断面高度。对于平顶巷道，只需要在平顶的下方任意选点测量即可得到真实高度。如果是拱形巷道，必须在最高点下方测量才能用此方法测得最大高度。

此外，当前几何参数集合还包括当前断面宽度，具体计算方式如下：

将90°位置处的采样点距离测量中心点之间的距离L3和270°位置处的采样点距离测量中心点之间的距离L4相加，即为在此测试点的断面宽度。

需要说明的是，此断面宽度仅为测试点对应的断面宽度，并不一定是巷道的最大断面宽度。

本实施例中，通过巷道断面测量仪器自动扫描巷道断面的二维极坐标数据，进而实现对巷道变形监测，有效简化监测流程，且可提供监测精度。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面最大高度；

步骤102中所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，获取第一最大垂直距离和第二最大垂直距离；所述第一最大垂直距离为所述目标巷道的第一象限内和第二象限内的采样点到所述巷道断面测量仪器的测量中心点之间的最大垂直距离；所述第二最大垂直距离为所述目标巷道的第三象限内和第四象限内的采样点到所述测量中心点之间的最大垂直距离；

将所述第一最大垂直距离与所述第二最大垂直距离相加，得到初始断面最大高度；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面最大高度进行校正，得到所述当前断面最大高度。

可选地，在当前几何参数集合包括当前断面最大高度的情况下，当前断面最大高度的计算步骤如下：

将目标巷道中的断面扫描面划分为多个象限，如以测量中心点C点为圆点画一条横线x轴，一条竖线y轴，将断面扫描面分为四个象限，每个象限可设置多个采样点，如20个点。

根据当前断面参数，计算每个采样点相对于x轴的垂直距离。

然后，在目标巷道的第一象限内和第二象限内选择最大垂直距离，将其作为第一最大垂直距离h1；在目标巷道的第三象限内和第四象限内选择最大垂直距离，将其作为第二最大垂直距离h2，并将第一最大垂直距离h1与第二最大垂直距离h2相加，得到初始断面最大高度h。

在从当前位置参数中确定目标巷道的倾角为0的情况下，直接将初始断面最大高度作为当前断面最大高度；在确定目标巷道的倾角不为0的情况下，根据当前位置参数中的倾角θ，对初始断面最大高度进行校正，得到当前断面最大高度H，具体计算公式如下：

H＝h*cos(θ)；

此外，当前几何参数集合还可包括当前断面最大宽度，具体计算步骤如下：

获取第一象限和第四象限的采样点相对于y轴的最大垂直距离以及第二象限和第三象限的采样点相对于y轴的最大垂直距离，并将其相加，得到目标巷道的当前断面最大宽度。

本实施例中采用分象限取点的方式，计算当前断面最大高度，不仅可以简单计算过程，还可减少人工参与，大大提高计算精度和计算效率，进而实现快速精准地进行巷道变形监测。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面最大直径；

所述根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合，包括：

根据所述当前断面参数，在所述目标巷道中各象限内，分别选择与所述巷道断面测量仪器的测量中心点之间的距离最大的目标采样点；

将每三个所述目标采样点拟合生成的圆形区域的直径中的最大直径作为初始断面最大直径；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面最大直径进行校正，得到所述当前断面最大直径。

可选地，现有技术中计算断面最大直径的计算方法，通常是将多个采样点分别两两相连，求每两个采样点之间的距离，两个采样点之间的最大距离即为最大直径，但此方法计算量较大。如80个采样点，则需要计算80*79/2＝3160次。

为了简化计算，本实施例首先根据所述当前断面参数，在目标巷道中各象限内(即四个象限内)，分别选择与巷道断面测量仪器的测量中心点之间的距离最大的目标采样点，分别为A1、A2、A3和A4，其坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)和(x4，y4)。分别将每三个目标采样点拟合生成一个圆形区域，并计算圆形区域的直径。所拟合出来的4个圆形区域中的最大直径，即为巷道断面的初始断面最大直径D'。

在从当前位置参数中确定目标巷道的倾角为0的情况下，直接将初始断面最大直径作为当前断面最大直径；在确定目标巷道的倾角不为0的情况下，根据当前位置参数中的倾角θ，对初始断面最大直径进行校正，得到当前断面最大直径D，具体计算公式如下：

D＝D′*cos(θ)；

本实施例中采用分象限取点拟合最大圆方法求最大直径，可有效简化计算过程，还可减少人工参与，大大提高计算精度和计算效率，进而实现快速精准地进行巷道变形监测。

需要说明的是，矿井通风是保证安全和维持生产的必要措施，是生产环节中最基本的一环。煤矿安全规程规定，至少每10天要进行一次全面风量测定。井巷的通风阻力是引起风压损失的原因。故井巷的通风阻力与风压损失在数值上是相等的。在获取到巷道断面的面积、周长等几何参数之后，也可用于计算井巷通风阻力，以进一步保矿井安全和维持生产。

现有技术中，采用机器视觉分析法对巷道进行变形监测，其需要结合图像处理技术，配套服务器和相关软件，原理复杂，计算过程复杂；采用应力分析法对巷道进行变形监测，其需要配置应力测量装置，对巷道周围及相关的煤岩层进行应力测量，甚至围岩强度测试，测算出变形度，实施难度大，专业性要求强。而本实施例中直接基于几何计算法自动进行巷道变形监测，不仅可降低测量难度小、计算难度，且监测结果更加直观，便于长期监测，统计结果易于分析。

在一些实施例中，在步骤103中所述根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测之后，所述方法包括：

在根据所述当前变形参数确定所述目标巷道的变形状态为异常变形的情况下，根据所述变形状态对应的维护操作，对所述目标巷道进行维护。

其中，变形状态包括但不限于正常变形和异常变形。

不同变形状态对应不同的维护操作，如在变形状态为正常变形的情况下，继续对目标巷道进行监测，并将监测结果实时发送至终端；在变形状态为异常变形的情况下，发出告警，并将变形状态对应的维护操作发送至终端，以供用户根据维护操作对目标巷道进行维护；进而实现对巷道变形的监测能够预警围岩失稳，揭示巷道变形时空演化规律，为巷道支护、矿山压力与岩层运动规律的研究提供依据，进而提高矿井的安全性能。

需要说明的是，告警以及监测结果可通过巷道断面测量仪器中的蓝牙或NFC上传手机客户端和服务器；并且可利用巷道断面测量仪器，根据监测结果绘制巷道内轮廓以及断面的变形度，为巷道支护提供数据支撑。

下面对本发明提供的巷道变形监测装置进行描述，下文描述的巷道变形监测装置与上文描述的巷道变形监测方法可相互对应参照。

如图3所示，本实施例提供一种巷道变形监测装置，该装置包括扫描模块301、计算模块302和监测模块303，其中：

扫描模块301用于获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数；

计算模块302用于根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；

监测模块303用于根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

本实施提供的巷道变形监测装置，通过巷道断面测量仪器在当前时刻自动对目标巷道的当前位置参数以及目标巷道中各个采样点的当前断面参数进行采集，根据当前位置参数和当前断面参数，实时计算目标巷道的当前几何参数集合，并根据当前几何参数集合计算目标巷道的当前变形参数，以根据当前变形参数，对目标巷道的变形状态进行自动精准地监测，不仅大大减少了人工测量、计算以及决策所需的工作强度，提高了变形监测效率，简化了人工操作流程，而且减少人工参与，有效提高变形监测的精准性。

在一些实施例中，监测模块303具体用于：

获取样本巷道的历史几何参数集合和历史变形参数；

根据所述历史几何参数集合和所述历史变形参数，对变形函数进行拟合，得到所述变形函数的变形影响系数集合；

根据所述当前几何参数集合、所述历史几何参数集合和所述变形影响系数集合，计算所述目标巷道的当前变形参数。

在一些实施例中，所述当前变形参数包括当前变形量、当前变形速度和当前变形加速度；

监测模块303还用于：

根据所述当前几何参数集合中的各几何参数、所述历史几何参数集合中的各几何参数以及所述变形影响系数集合，计算所述当前变形量；

计算所述当前几何参数集合对应的采集时间与所述历史几何参数集合对应的采集时间之间的时间间隔；

根据所述当前变形量和所述时间间隔，计算所述当前变形速度；

根据所述当前变形速度和所述时间间隔，计算所述当前变形加速度。

在一些实施例中，监测模块303还用于：

计算所述当前几何参数集合中的各几何参数与所述历史几何参数集合中的各几何参数之间的初始变形量；

根据所述变形影响系数集合中的变形影响系数，对所述初始变形量进行加权相加，得到所述当前变形量。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面面积；

计算模块302，具体用于：

根据所述当前断面参数，分别计算所述目标巷道中多个目标闭合区域的面积；每一目标闭合区域是基于所述目标巷道中每相邻两个采样点与所述巷道断面测量仪器的测量中心点构建的；

对所述多个目标闭合区域的面积进行汇总，得到所述目标巷道的初始断面面积；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面面积进行校正，得到所述当前断面面积。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面周长；

计算模块302，具体用于：

根据所述当前断面参数，计算所述目标巷道中每相邻两个采样点之间的周长；

对所述目标巷道中多个所述周长进行汇总，得到所述目标巷道的初始断面周长；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面周长进行校正，得到所述当前断面周长。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面最大高度；

计算模块302，具体用于：

根据所述当前断面参数，获取第一最大垂直距离和第二最大垂直距离；所述第一最大垂直距离为所述目标巷道的第一象限内和第二象限内的采样点到所述巷道断面测量仪器的测量中心点之间的最大垂直距离；所述第二最大垂直距离为所述目标巷道的第三象限内和第四象限内的采样点到所述测量中心点之间的最大垂直距离；

将所述第一最大垂直距离与所述第二最大垂直距离相加，得到初始断面最大高度；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面最大高度进行校正，得到所述当前断面最大高度。

在一些实施例中，所述当前几何参数集合包括当前断面最大直径；

计算模块302，具体用于：

根据所述当前断面参数，在所述目标巷道中各象限内，分别选择与所述巷道断面测量仪器的测量中心点之间的距离最大的目标采样点；

将每三个所述目标采样点拟合生成的圆形区域的直径中的最大直径作为初始断面最大直径；

根据所述当前位置参数中的倾角，对所述初始断面最大直径进行校正，得到所述当前断面最大直径。

在一些实施例中，该装置还包括维护模块，用于：

在根据所述当前变形参数确定所述目标巷道的变形状态为异常变形的情况下，根据所述变形状态对应的维护操作，对所述目标巷道进行维护。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行巷道变形监测方法，该方法包括：获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数；根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的巷道变形监测方法，该方法包括：获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数；根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的巷道变形监测方法，该方法包括：获取巷道断面测量仪器在当前时刻采集的目标巷道的当前位置参数以及所述目标巷道中各个采样点的当前断面参数；根据所述当前位置参数和所述当前断面参数，获取所述目标巷道的当前几何参数集合；根据所述当前几何参数集合计算所述目标巷道的当前变形参数，根据所述当前变形参数，对所述目标巷道的变形状态进行监测。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。