针对矿井提升钢丝绳空间振动位移在线精确测量难题，本文提出一种基于3D点云的矿井提升钢丝绳振动位移在线测量方法。针对钢丝绳点云分割中存在背景干扰和离群点问题，采用随机采样一致性算法(RANSAC)和基于密度的聚类算法(DBSCAN)相结合的钢丝绳点云分割方法，实现钢丝绳点云与背景的有效分离。针对传统体素栅格法在点云下采样过程中出现的几何特征丢失问题，提出一种自适应体素栅格算法，首先利用粒子群优化(PSO)确定最优初始体素大小，然后根据钢丝绳点云的局部密度动态调整体素尺寸，实现高效的钢丝绳点云精简。针对钢丝绳振动位移计算问题，提出一种基于分段最小二乘拟合的动态测量方法，该方法通过最小二乘法对各段点云进行直线拟合并引入误差权重计算中心点坐标，利用相对坐标法计算动态中心点与静态参考点之间的位移，实现钢丝绳空间振动位移的精确测量。为验证所提方法的有效性，分别在实验室和矿井提升环境下进行实验。实验结果表明，结合RANSAC和DBSCAN的点云分割方法能有效地从复杂背景中提取出钢丝绳点云，精确率和召回率分别在93.9%和94.3%以上；与传统体素栅格算法相比，自适应体素栅格算法精简后的钢丝绳点云更加平滑连续，在精简率为94.5%时，最大误差和平均误差分别降低68.7%和74.7%。在实验室环境下，本文提出的振动位移测量方法在X和Z两个方向上测量的平均绝对误差均小于0.62mm，最大误差在1.2mm以内；在实际的矿井提升环境中，X和Z方向上的平均绝对误差均小于0.87mm，最大误差在2.5mm以内，完成一次位移测量耗时20ms，能够满足矿井提升钢丝绳振动位移测量的准确性和实时性要求。

0 引 言
1 钢丝绳振动位移测量系统方案
2 钢丝绳点云预处理
2.1 深度图像点云化
2.2 钢丝绳点云分割方法
2.2.1 基于RANSAC算法的钢丝绳点云平面分割
2.2.2 基于DBSCAN算法的钢丝绳点云提取
2.3 自适应体素栅格算法的钢丝绳点云下采样方法
3 钢丝绳振动位移计算方法
3.1 基于分段最小二乘法的中心点坐标提取
3.2 基于相对坐标法的振动位移计算
4 实验验证及结果分析
4.1 实验环境与设备配置
4.2 钢丝绳点云分割实验
4.3 自适应体素栅格算法的钢丝绳点云下采样实验
4.4 钢丝绳振动位移测量实验
4.4.1 钢丝绳分段数量的选取实验
4.4.2 实验室环境下振动位移测量实验
4.4.3 现场环境下振动位移测量实验
5 结 论

毛清华,徐文兵,赵文,等.基于3D点云的矿井提升钢丝绳振动位移在线测量方法[J/OL].煤炭科学技术,1-12[2025-01-16].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2402.td.20250114.1913.006.html.