本发明涉及煤巷掘进自动化技术领域，特别是一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法。本发明采用防爆三维激光扫描仪和激光标靶组合，提供高精度的掘进机定位及掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系；采用防爆MEMS惯性导航装置，提供高精度的掘进机机身与悬臂姿态信息；将采集的传感数据、音频信号、视频信号和掘进机机身与悬臂姿态信息与掘进机三维的各运动机构进行关联，提供真实的掘进机工作状态；采用4G网络加有线的组合式远程传输方式，快速传输数据，实现掘进机工况、音频信号、视频信号、掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系、掘进机在已掘进巷道下的位姿和运动状态的远程实时显示，为掘进机远程控制系统提供了真实直观的可视化界面。
1.一种煤巷掘进机远程可视化系统，其特征在于，系统包括三个子系统，第一信息采集系统，包括数据信息采集系统、视频信号采集系统、三维运动状态成像采集系统，第二信息传输系统，系统包括防爆信号转换箱、有线网络传输系统，第三信息远程可视化系统，包括远程控制台、防爆计算机、防爆光纤接线盒，防爆显示箱，所述数据信息采集系统，包括传感器组及防爆机载数据采集箱，所述视频信号采集系统，包括安装在机身上左中后侧不少于4路的防爆低照度摄像仪、防爆音视频采集箱，所述三维运动状态成像采集系统，包括掘进机初始定位信息采集系统和作业定向信息采集系统，掘进机初始定位信息采集系统包括激光标靶、防爆三维激光扫描仪，掘进机作业定向信息采集系统，包括防爆MEMS惯性导航装置C，防爆MEMS惯性导航装置D，所述有线网络传输系统，包括防爆基站、防爆电源箱，其中：传感器组，包括安装在铲板升降油缸内的位移传感器A，用于测量铲板升降的距离；安装在左右后支撑油缸内的位移传感器B，用于测量后支撑与机身底部的距离；传感器组将铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离等测量信号传输至防爆机载数据采集箱；
防爆机载数据采集箱，用于接收传感器组传输的测量信号，并将测量信号转换为物理量信号，传输至防爆信号转换箱；
防爆低照度摄像仪，用于采集掘进机实时工况的视频信号，并将视频信号传输至防爆音视频采集箱；
防爆音视频采集箱，用于接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，并将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
激光标靶，安装在掘进机后方的已掘进巷道侧帮，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于为防爆三维扫描仪提供自身在已掘进巷道的坐标信息；
防爆三维激光扫描仪，安装在掘进机机身顶部，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于扫描激光标靶，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置，采集已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
防爆MEMS惯性导航装置C安装在掘进机机身，防爆MEMS惯性导航装置D安装在掘进机悬臂，防爆MEMS惯性导航装置均用于接收防爆三维激光扫描仪传输的已掘进巷道绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，并将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，防爆MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，并将掘进机悬臂姿态信息传输至防爆信号转换箱；
防爆信号转换箱，用于接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置传输的掘进机悬臂姿态信息和掘进机机身姿态信息，将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
防爆电源箱，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于为防爆基站提供电源；
防爆基站，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于接收防爆信号转换箱传~
输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
远程控制台，设置在掘进机后方的已掘进巷道处，与掘进机距离为n，n≥300米，用于安装防爆光纤接线盒、防爆计算机、防爆显示箱；
防爆光纤接线盒，用于接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
防爆计算机，用于接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，进一步得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
防爆显示箱，用于接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
2.如权利要求1所述的煤巷掘进机远程可视化系统，其特征在于，所述视频信号采集系统还包括安装在机身上左中后侧不少于2路的防爆拾音器，所述第三信息远程可视化系统还包括防爆音箱；防爆拾音器用于采集掘进机实时工况的音频信号，并将音频信号传输至防爆音视频采集箱，所述防爆音视频采集箱，还用于接收防爆拾音器传输的音频信号，并将音频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱，所述防爆信号转换箱，还用于接收防爆音视频采集箱传输的音频信号，将所接收的音频信号转换成4G信号传输至防爆基站，所述防爆计算机还用于从工业以太网信息中运算得到音频信号并将音频信号传输至防爆音箱，防爆音箱安装在远程控制台，用于接收防爆计算机传输的音频信号，并进行实时的音频播放。
3.一种利用权利要求1所述的煤巷掘进机远程可视化系统的可视化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，掘进机及可视化系统上电，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D通电静止保持5 10分钟；
步骤2，采集掘进机初始位置，防爆三维激光扫描仪对激光标靶进行扫描，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置；
步骤3，防爆三维激光扫描仪扫描已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
步骤4，采集视频信号，防爆低照度摄像仪采集掘进机实时工况的视频信号，再将视频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆音视频采集箱接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
步骤5，采集测量信号，位移传感器A采集铲板升降距离的信号，位移传感器B采集后支撑与机身底部距离的信号，传感器A及传感器B将采集的测量信号传输至防爆机载数据采集箱，防爆机载数据采集箱接收测量信号后将测量信号转换为物理量信号，然后将物理信号传输至防爆信号转换箱；
步骤6，采集作业定向信息，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D接收掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，将掘进机悬臂的姿态信息传输防爆信号转换箱；
步骤7，防爆信号转换箱接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置C传输的掘进机机身姿态信息、防爆MEMS惯性导航装置D传输的掘进机悬臂的姿态信息，防爆信号转换箱将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
步骤8，防爆基站接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
步骤9，防爆光纤接线盒接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
步骤10，防爆计算机接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，通过三维模型拼接软件将所有提取的信息与掘进机的三维运动机构进行关联，得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
步骤11，防爆显示箱接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤巷掘进自动化技术领域，具体涉及一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法。
背景技术
[0002] 煤炭作为我国现阶段的主体能源，未来相当长时期仍将是国民经济中长期稳定发展的基石。煤巷掘进工作方面，存在掘进机自动化水平低、作业人员多的装备技术问题，导致掘进作业人员事故率高、掘进效率低、连续作业质量差。近年来，随着煤机装备智能化的发展，煤巷掘进机实现远程控制的需求越来越迫切，而煤巷掘进机远程可视化系统需要为远程控制提供可靠的掘进机实时工况、图像、声音、机身与已掘进巷道的真实三维场景关系以及掘进机在真实的已掘进巷道下的运动状态的可视化信息。
[0003] 对于煤巷掘进机的远程监控及控制存在的公知方法有：申请号为CN201010274882的专利“掘进机远程监控方法及系统”，该专利所采用的技术方案是通过机载控制器、远程控制器、激光指向仪、激光接收器、数字罗盘、无线网络、无线中继、有线网络、分布式传感器网络、无线中继安放器等完成了掘进机掘进过程、工作状态及动态参数的远程实时监控。但由于煤矿井下存在多种电力设备及网络的磁场，数字罗盘无法实现准确的掘进机姿态检测，因此该技术方案存在掘进机姿态检测不准确的问题。
[0004] 申请号为CN201410086340的专利“一种掘进机远程控制系统及方法”，该专利技术方案通过掘进机上安装的传感器、机载检测系统、机载控制器、数据通讯模块、掘进机虚拟操控台、数据库、虚拟现实系统数据接口、掘进机控制模型模块、掘进机工况参数监测模块、掘进机虚拟样机平台等实现了掘进机远程监控平台中的虚拟样机和掘进机工作状态的真实再现。申请专利号为CN201220248844专利“掘进机远程重现系统”，该专利技术方案包括安装在掘进机上的可编程控制器以及安装在远程控制台上的工控机和显示屏，可编程控制器的输入端连接掘进机身上的传感器和开关量采集模块，输出端通过光纤与工控机连接，再通过工控机输出端连接显示屏实现掘进机工作状态的远程重现。以上两个专利都仅仅是对掘进机的姿态进行远程再现，并未得到掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系。
[0005] 现有技术实现煤巷掘进机远程可视化在位姿信息采集方面，传感器组和摄像仪实现了数据采集和图像检测，以此还原掘进装备位姿信息，但摄像仪在粉尘环境的效果较差，获取的影像信息较为片面，并且不具有人员误闯预警，存在较大的安全问题；惯性导航技术实现了对姿态的精确测量，但惯性器件的时间误差积累严重影响定位精度，对掘进机等低速移动物体的位置测量并不准确；机器视觉识别技术通过防爆摄像仪对激光束图像检测实现了对位姿的测量，但摄像仪在掘进机作业时的粉尘环境下清晰检测非常困难。在通讯传输方面，通信传输介质多采用有线光纤或无线WIFI的方式，光纤在掘进机移机时存在被挤断可能，可靠性较差，无线WIFI的网络带宽较窄，同时传输多路音视频信号较差。在远程可视化三维显示方面，应用虚拟现实技术建立掘进机虚拟样机及工况场景虚拟场景，仅使用陀螺仪及传感器来测量姿态信息而对位置信息并没有准确的测量，远程仅输出了掘进机自身的姿态，而未对掘进机与已掘进巷道的关系形成真实的三维再现，不能为远程控制提供可靠准确的位姿信息。
[0006] 因此，现有技术中煤巷掘进机远程可视化系统存在位姿测量不准确；未得到掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系；传输介质中有线光纤在掘进机周边可靠性较差；无线WIFI同时传输多路音视频信号较差；远程无法实现掘进机在已掘进巷道下三维运动状态可视化再现等缺点。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于，提供一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法，能够实现掘进机位姿的准确测量，得到掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系，系统数据传输实时可靠，远程显示掘进机在已掘进巷道下真实的位姿及三维运动状态信息。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种煤巷掘进机远程可视化系统，系统包括三个子系统，第一信息采集系统，包括数据信息采集系统、视频信号采集系统、三维运动状态成像采集系统，第二信息传输系统，系统包括防爆信号转换箱、有线网络传输系统，第三信息远程可视化系统，包括远程控制台、防爆计算机、防爆光纤接线盒，防爆显示箱，所述数据信息采集系统，包括传感器组及防爆机载数据采集箱，所述视频信号采集系统，包括安装在机身上左中后侧不少于4路的防爆低照度摄像仪、防爆音视频采集箱，所述三维运动状态成像采集系统，包括掘进机初始定位信息采集系统和作业定向信息采集系统，掘进机初始定位信息采集系统包括激光标靶、防爆三维激光扫描仪，掘进机作业定向信息采集系统，包括防爆MEMS惯性导航装置C，防爆MEMS惯性导航装置D，所述有线网络传输系统，包括防爆基站、防爆电源箱，其中：
[0009] 传感器组，包括安装在铲板升降油缸内的位移传感器A，用于测量铲板升降的距离；安装在左右后支撑油缸内的位移传感器B，用于测量后支撑与机身底部的距离；传感器组将铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离等测量信号传输至防爆机载数据采集箱；
[0010] 防爆机载数据采集箱，用于接收传感器组传输的测量信号，并将测量信号转换为物理量信号，传输至防爆信号转换箱；
[0011] 防爆低照度摄像仪，用于采集掘进机实时工况的视频信号，并将视频信号传输至防爆音视频采集箱；
[0012] 防爆音视频采集箱，用于接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，并将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
[0013] 激光标靶，安装在掘进机后方的已掘进巷道侧帮，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于为防爆三维扫描仪提供自身在已掘进巷道的坐标信息；
[0014] 防爆三维激光扫描仪，安装在掘进机机身顶部，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于扫描激光标靶，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置，采集已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
[0015] 防爆MEMS惯性导航装置C安装在掘进机机身，防爆MEMS惯性导航装置D安装在掘进机悬臂，防爆MEMS惯性导航装置均用于接收防爆三维激光扫描仪传输的已掘进巷道绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，并将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，防爆MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，并将掘进机悬臂姿态信息传输至防爆信号转换箱；
[0016] 防爆信号转换箱，用于接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置传输的掘进机悬臂姿态信息和掘进机机身姿态信息，将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
[0017] 防爆电源箱，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于为防爆基站提供~电源；
[0018] 防爆基站，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于接收防爆信号转换~箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
[0019] 远程控制台，设置在掘进机后方的已掘进巷道处，与掘进机距离为n，n≥300米，用于安装防爆光纤接线盒、防爆计算机、防爆显示箱；
[0020] 防爆光纤接线盒，用于接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
[0021] 防爆计算机，用于接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，进一步得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
[0022] 防爆显示箱，用于接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
[0023] 进一步的，所述视频信号采集系统还包括安装在机身上左中后侧不少于2路的防爆拾音器，所述第三信息远程可视化系统还包括防爆音箱；防爆拾音器用于采集掘进机实时工况的音频信号，并将音频信号传输至防爆音视频采集箱，所述防爆音视频采集箱，还用于接收防爆拾音器传输的音频信号，并将音频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱，所述防爆信号转换箱，还用于接收防爆音视频采集箱传输的音频信号，将所接收的音频信号转换成4G信号传输至防爆基站，所述防爆计算机还用于从工业以太网信息中运算得到音频信号并将音频信号传输至防爆音箱，防爆音箱安装在远程控制台，用于接收防爆计算机传输的音频信号，并进行实时的音频播放。
[0024] 一种基于上述煤巷掘进机系统的可视化方法，包括如下步骤：
[0025] 步骤1，掘进机及可视化系统上电，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D通电静止保持5 10分钟；~
[0026] 步骤2，采集掘进机初始位置，防爆三维激光扫描仪对激光标靶进行扫描，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置；
[0027] 步骤3，防爆三维激光扫描仪扫描已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
[0028] 步骤4，采集视频信号，防爆低照度摄像仪采集掘进机实时工况的视频信号，再将视频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆音视频采集箱接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
[0029] 步骤5，采集测量信号，位移传感器A采集铲板升降距离的信号，位移传感器B采集后支撑与机身底部距离的信号，传感器A及传感器B将采集的测量信号传输至防爆机载数据采集箱，防爆机载数据采集箱接收测量信号后将测量信号转换为物理量信号，然后将物理信号传输至防爆信号转换箱；
[0030] 步骤6，采集作业定向信息，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D接收掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，将掘进机悬臂的姿态信息传输防爆信号转换箱；
[0031] 步骤7，防爆信号转换箱接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置C传输的掘进机机身姿态信息、防爆MEMS惯性导航装置D传输的掘进机悬臂的姿态信息，防爆信号转换箱将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
[0032] 步骤8，防爆基站接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
[0033] 步骤9，防爆光纤接线盒接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
[0034] 步骤10，防爆计算机接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，通过三维模型拼接软件将所有提取的信息与掘进机的三维运动机构进行关联，得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
[0035] 步骤11，防爆显示箱接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
[0036] 本发明的有益效果是：
[0037] 本发明采用防爆三维激光扫描仪和激光标靶组合，提供高精度的掘进机定位及掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系；采用防爆MEMS惯性导航装置，提供高精度的掘进机机身与悬臂姿态信息；将采集的传感数据、音频信号、视频信号和掘进机机身与悬臂姿态信息与掘进机三维的各运动机构进行关联，提供真实的掘进机工作状态；采用4G网络加有线的组合式远程传输方式，快速传输数据，实现掘进机工况、音频信号、视频信号、掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系、掘进机在已掘进巷道下的位姿和运动状态的远程实时显示，为掘进机远程控制系统提供了真实直观的可视化界面。
附图说明
[0038] 图1是煤巷掘进机远程可视化系统的系统框架图；
[0039] 图2是本发明中三维运动状态成像采集的结构示意图。
具体实施方式
[0040] 实施例1
[0041] 本实施例提供了一种煤巷掘进机远程可视化系统，系统框图如图1所示，系统包括三个子系统，第一信息采集系统，包括数据信息采集系统、视频信号采集系统、三维运动状态成像采集系统，第二信息传输系统，系统包括防爆信号转换箱、有线网络传输系统，第三信息远程可视化系统，包括远程控制台、防爆计算机、防爆光纤接线盒，防爆显示箱，所述数据信息采集系统，包括传感器组及防爆机载数据采集箱，所述视频信号采集系统，包括安装在机身上左中后侧不少于4路的防爆低照度摄像仪、安装在机身上左中后侧不少于2路的防爆拾音器、防爆音视频采集箱，所述三维运动状态成像采集系统，包括掘进机初始定位信息采集系统和作业定向信息采集系统，掘进机初始定位信息采集系统包括激光标靶、防爆三维激光扫描仪，掘进机作业定向信息采集系统，包括防爆MEMS惯性导航装置C，防爆MEMS惯性导航装置D，所述有线网络传输系统，包括防爆基站、防爆电源箱，其中：
[0042] 传感器组，包括安装在铲板升降油缸内的位移传感器A，用于测量铲板升降的距离；安装在左右后支撑油缸内的位移传感器B，用于测量后支撑与机身底部的距离；传感器组将铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离等测量信号传输至防爆机载数据采集箱；
[0043] 防爆机载数据采集箱，用于接收传感器组传输的测量信号，并将测量信号转换为物理量信号，传输至防爆信号转换箱；
[0044] 防爆低照度摄像仪，用于采集掘进机实时工况的视频信号，并将视频信号传输至防爆音视频采集箱；
[0045] 防爆拾音器，用于采集掘进机实时工况的音频信号，并将音频信号传输至防爆音视频采集箱；
[0046] 防爆音视频采集箱，用于接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，防爆拾音器采集的掘进机实时工况的音频信号，并将视频信号、音频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
[0047] 激光标靶，安装在掘进机后方的已掘进巷道侧帮，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于为防爆三维扫描仪提供自身在已掘进巷道的坐标信息；
[0048] 防爆三维激光扫描仪，安装在掘进机机身顶部，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于扫描激光标靶，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置，采集已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
[0049] 防爆MEMS惯性导航装置C安装在掘进机机身，防爆MEMS惯性导航装置D安装在掘进机悬臂，防爆MEMS惯性导航装置均用于接收防爆三维激光扫描仪传输的已掘进巷道绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，并将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，防爆MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，并将掘进机悬臂姿态信息传输至防爆信号转换箱；
[0050] 防爆信号转换箱，用于接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、音频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置传输的掘进机悬臂姿态信息和掘进机机身姿态信息，将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
[0051] 防爆电源箱，设置在掘进机后方80米已掘进巷道侧帮，用于为防爆基站提供电源；
[0052] 防爆基站，设置在掘进机后方80米已掘进巷道侧帮，用于接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
[0053] 远程控制台，设置在掘进机后方的已掘进巷道处，与掘进机距离为300米，用于安装防爆光纤接线盒、防爆计算机、防爆显示箱，防爆音箱；
[0054] 防爆光纤接线盒，用于接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
[0055] 防爆计算机，用于接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、音频信号掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，进一步得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱，将音频信号传输至防爆音箱；
[0056] 防爆显示箱，用于接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号；
[0057] 防爆音箱，用于接收防爆计算机传输的音频信号，并进行音频信号播放。
[0058] 一种基于实施例1所述煤巷掘进机系统的可视化方法，包括如下步骤：
[0059] 步骤1，掘进机及可视化系统上电，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D通电静止保持5分钟；
[0060] 步骤2，采集掘进机初始位置，防爆三维激光扫描仪对激光标靶进行扫描，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置；
[0061] 步骤3，防爆三维激光扫描仪扫描已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
[0062] 步骤4，采集音频、视频信号，防爆低照度摄像仪采集掘进机实时工况的视频信号，再将视频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆拾音器采集掘进机实时工况的音频信号，再将音频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆音视频采集箱接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号和防爆拾音器传输的音频信号，将音频信号、视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
[0063] 步骤5，采集测量信号，位移传感器A采集铲板升降距离的信号，位移传感器B采集后支撑与机身底部距离的信号，传感器A及传感器B将采集的测量信号传输至防爆机载数据采集箱，防爆机载数据采集箱接收测量信号后将测量信号转换为物理量信号，然后将物理信号传输至防爆信号转换箱；
[0064] 步骤6，采集作业定向信息，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D接收掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，将掘进机悬臂的姿态信息传输防爆信号转换箱；
[0065] 步骤7，防爆信号转换箱接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的音频信号和视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置C传输的掘进机机身姿态信息、防爆MEMS惯性导航装置D传输的掘进机悬臂的姿态信息，防爆信号转换箱将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
[0066] 步骤8，防爆基站接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
[0067] 步骤9，防爆光纤接线盒接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
[0068] 步骤10，防爆计算机接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、音频信号、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，通过三维模型拼接软件将所有提取的信息与掘进机的三维运动机构进行关联，得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱，将音频信号传输至防爆音箱；
[0069] 步骤11，防爆显示箱接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号；
[0070] 步骤12，防爆音箱，接收和播放防爆计算机传输的音频信号。
