最短路径算法在矿山巷道三维模型网络分析中的应用

矿山巷道三维模型能真实地模拟井下的工作场景,基于该模型的网络分析对煤矿井下安全救援十分重要。根据巷道的网络特点,将实际的测量数据中点状和线状元素抽象为节点-弧段图,该图的生成对应着一维中心线和二维双线巷道的构建,在此基础上根据断面的拱高、墙高及拓扑关系进行井巷模型基本单元自动的装配以及三角化生成巷道的三维模型。网络分析采用能适应拓扑变化的Dijkstra算法,从减少搜索节点和采用邻接表的存储结构两方面对传统的Dijkstra算法进行优化,并分析了算法的效率。最后编写程序实现了改进后算法在巷道三维模型中存在障碍的情况下的最短路径分析,并能在三维巷道中漫游显示,结果表明该算法快捷有效。     

煤矿井下三维巷道建模技术研究

主要研究了巷道弧段建模、巷道接头建模、纹理贴图等煤矿井下三维巷道建模的问题。提出以巷道网络数据为基础,结合巷道弧段路径和断面数据的思想建立三维巷道弧段模型,利用三角函数和插值算法解决巷道接头建模的问题,用Arc GIS Engine自带接口处理三维模型纹理贴图问题。利用Arc GIS提供的Multipatch多面体结构构建三维巷道,通过C#、Arc GIS Engine二次开发实现了煤矿井下三维巷道建模,取得了良好的效果。     

基于张量坐标转换的矿山巷道三维建模算法

巷道三维建模对实现矿山数字化、信息化及智能化意义重大。考虑巷道断面特征节点坐标计算常受限于坐标系的选择,引入张量运算法则,确定笛卡尔新旧坐标系转换关系。通过细化任意三心拱巷道断面特征节点,并利用断面底板中点及断面参数建立巷道三维建模算法。利用包含张量计算模块的Python语言编译计算代码,并导入以Python为脚本语言的开源动画软件Blender,实现了基于该算法的巷道三维可视化。结果表明,该算法可实现巷道断面特征节点的精确计算,并可快速建立任意方位巷道,且适用于圆弧巷道及交叉巷道的圆滑处理,对智慧矿山巷道特征提取具有一定的借鉴意义。     

矿山井下巷道实体测量方法的应用与探索

数字化矿山建设对井下巷道实体测量提出了更高的要求,为了提高井下巷道实体测量的精度和效率,对几种实体测量方法进行了应用分析,重点介绍了Surpac 软件断面法和三维激光扫描技术,对其关键点进行了着重描述,比较它们在井下巷道实体测量中的优缺点。通过比较分析,认为三维激光扫描技术的应用可以提高井下巷道三维建模的精度和效率,为其它矿山井下巷道实体测量方法的选择提供了参考。     

基于数字孪生的智能掘进工作面三维场景再现技术研究

目前井下掘进设备作业一般采取视距遥控或远程视频监控方式,巷道断面成形质量取决于人工操作经验或视频数据传输质量。针对该问题,结合智能掘进系统实时监控和真实场景再现需求,研究了基于数字孪生的智能掘进工作面三维场景再现技术,完成了数字孪生系统架构设计、传感器数据采集处理、数字孪生模型创建、模型驱动算法开发、显示界面设计。根据神东某矿掘锚一体机工作面的工况条件,开发了一套三维场景再现系统,内嵌数字孪生体、数据监控与驱动仿真模块,集成设备传感器、动作指令等数据,实现对掘进系统的物理设备状态实时监测、数字三维模型同步展示、数据分析管理以及智能掘进工艺仿真。实践证明,该系统能够实时同步精准映射设备状态、巷道空间信息,实现场景真实再现。与视频远程控制的方式相比,改善了操作体验和准确度,有效提升了掘进智能化水平,保障了巷道掘进效率和施工质量。     

矿井巷道大断面切眼施工与支护技术研究

井下巷道采掘交替的日益紧张,已经逐渐成为制约煤矿矿井生产作业效率增长的重要因素之一,为保证大断面巷道安全快速掘进,以高河能源矿业公司E1302工作面施工切眼为例,介绍了巷道切眼施工技术、打设点柱施工工艺与支护方法,针对E1302工作面大断面切眼施工情况,提出巷道二次切眼施工和相应的巷道支护工艺。实践证明,该工艺能够有效降低单次掘进巷道的空顶面积,实现大断面巷道的安全快速掘进。     

基于激光雷达的井下巷道形变量监测算法

为解决井下巷道形变量的正确监测问题，基于井下智慧车安装高精度激光雷达、车辆辅助定位系统，设计了1种基于激光雷达的井下巷道形变量监测算法；建立了监测算法的总体架构，详细描述了激光雷达数据获取与预处理中的关键技术；基于井下巷道场景监测现有知识积累，围绕离散点特征提取，构建了1种改进型特种点配准算法，解决了巷道场景特征点稀疏、无法有效配准难题；利用点到面的距离挑出离群点，快速计算点的偏移量，并通过DBSCAN的密度聚类算法快速提取大密度离群点，快速筛选变形区域，分析形变程度，实现了井下巷道表面的智能化形变监测。试验结果表明：采用基于激光雷达巷道形变监测算法可以实时动态精准地监测井下巷道表面形态变化，能够保障井下巷道正常运行及保护矿工生命财产安全。     

基于实测腰线数据的地下连通巷道精细建模方法

为充分利用实测腰线数据达到重构的巷道表面光滑、精细的目标,采用分区建模的方法,提出了一种基于实测腰线数据的地下巷道精细化重构算法:将实测的腰线根据底板中心线调整高程,得到巷道的底板边界线;基于顶板中心线,建立结点-路径网络拓扑关系图,同时提取该网络图中的连通路径,在路径和底板边界线间,分区构造局部断面轮廓线;提取相邻轮廓线间的空间网格,并对该空间网格进行曲面三角化;将巷道底板边界线分解为多个单调多边形后进行三角化;合并所有局部网格模型,生成内部连通的实体。应用实例表明:该算法可实现断面形状多样、拓扑关系复杂的地下连通巷道的三维模型重构实体,能较好地满足工程验收和采矿设计的需要。     

虚拟矿山中巷道的三维建模研究

井下巷道的三维建模是构建煤矿虚拟环境的核心问题.论文在分析煤矿井下巷道数据类型的基础上,将巷道分为巷道体、巷道弧和巷道节点三种基本元素,建立了相互间的拓扑关系并利用c++语言对数据结构模型进行了描述,提出基于巷道中线的断面建模法,介绍了建模的具体流程,并以实例说明.     

井下紧急避险三维GIS系统开发与应用

在研究井下巷道和避险设施特点的基础上,构建了各种要素三维可视化表达的GIS空间模型,设计了井下应急避险GIS系统的总体结构,并以河北某铁矿井下巷道网络为基础数据,采用C#语言与Arc Engine组件式开发了井下紧急避险三维GIS系统。系统实现了井下巷道网络等要素的三维可视化、空间定位和属性联查,并运用井下避险UPOP Model的算法实现了井下逃生路径分析等功能,为井下人员安全实训与逃生演练搭建了模拟平台,对安全生产应急救援管理具有重要意义。     

基于3D激光扫描的金属矿测量方法研究

激光扫描技术具有快速性,不接触性,实时、动态、主动性,高密度、高精度,数字化、自动化等特性,正好适用于露天矿的地面和地下测量。用露天矿的激光扫描数据,建立了露天采区三维高精度模型,为矿山设计、矿山生产及数据动态管理提供可靠信息,另外把激光扫描技术用于地下巷道进行测量,迅速建立好巷道模型,直观地获取了各巷道之间的空间关系,为“数字矿山”提供全面、高精度数据。提出了提高坐标纠正精度的方法和月采矿量的测量原理。     

煤矿井巷天线位置对辐射场分布的影响

采用基于介质波导理论的多波模模型,推导巷道中天线的耦合效率和方向函数。以水平极化半波偶极子天线为例,进行仿真分析,得出结论：天线在巷道截面中心最有利于波模的激励,天线耦合效率最大,且传输衰减率最小;除截面中心区域,天线在巷道截面横向对称轴的位置,如巷道侧壁中心,也较易激励波模,可有效激励70%以上的波模,天线耦合效率较大,传输衰减率也相对较小;当天线靠近巷道截面拐角时,最不利于波模的激励,只能有效激励30%左右的波模,天线耦合效率最小,传输衰减率最大,但此时天线的辐射方向性最强,信号起伏最为平缓。     

一种新的3D巷道建模方法——对称建模法

巷道是矿山工程的核心,巷道三维建模是数字矿山建设的重要组成部分。根据二维巷道沿巷道中心线对称的特性及三维巷道在剖面上呈对称的特性,提出一种新的巷道三维建模方法--巷道对称建模法,该方法实现了巷道相交等复杂情况的正确建模,解决了常规巷道三维建模方法存在的问题。基于对称建模方法,设计了3D巷道数据结构,以三叉形和十字形巷道的构建为例,采用VC++,结合OpenGL实现了巷道三维模型的构建和可视化。     

大断面黄土隧道施工及工后沉降数值分析

通过有限元数值计算分析，以黄土区铁路隧道开挖工程为实例，研究探讨了大断面浅埋黄土隧道采用CD法施工期间的衬砌变形与地面沉降，并考虑了衬砌施作时间对施工期间及工后沉降的影响。对于工后沉降分析采用拟静力方法预测隧道在车辆动荷载作用下的沉降变形，所得结论可为黄土区浅埋地下隧道的设计与施工提供参考依据。     

基于正交试验的桁架锚索巷道支护参数研究

基于正交试验原理和计算机数值模拟方法的有机结合,优化设计大断面巷道预应力桁架锚索支护参数,并有效解决了新元公司大跨度厚层泥岩复合顶板煤巷支护难题。对正交试验结果进行回归分析并拟合得出回归关系式,从而对大断面巷道支护提供有价值的参考。     

信标节点链式部署的井下无线传感器网络定位算法

针对煤矿井下巷道狭长,信号多径效应明显,接收信号强度（RSSI）测距算法受井下环境影响大,定位精度低的情况,提出了一种信标节点链式部署结构下的动态RSSI测距算法,该算法以信标节点间的距离和他们间测量到的RSSI值为参考,计算巷道内实际环境下的路径衰落指数,以提高RSSI测距算法对环境的适应性。实验结果表明,在相同的实验环境下,该算法定位精度优于RSSI定位算法,能够满足井下人员定位的要求。     

测距平面约束下投影巷道空间的扩频定位方法

扩频测距是实现TOA定位的一种重要方式,在矿井环境下,由于密集多径的影响,其所测量数据具有非零均值的正向误差,严重影响目标的定位精度。针对这一问题,在研究井下巷道扩频测距正向偏差产生机制的基础上,提出一种测距平面约束下投影巷道空间的定位方法,以巷道延伸方向为x轴,巷道宽方向为y轴,建立测距平面,由于矿井巷道是狭长链状的,可以忽略定位目标在巷道内横截面上的信息,只关心定位目标在巷道内x方向上的位置信息,因此方法采用向x方向投影实现移动目标的一维定位,并充分利用y方向的冗余信息对定位目标点在测距平面上加以约束以使得x方向的估计值向真实值趋近,同时测距偏移误差转移到定位目标点的y方向,显著优化了x方向的定位精度。试验结果表明,该方法能够统一NLOS与LOS定位场景,不但在巷道方向上可获得零均值误差的定位估计值,而且能有效抑制测距系统的随机误差。     

综合物探在引黄入晋工程中的应用效果

引黄入晋工程利民堡段为厚覆盖区,原设计的洞线在该段红粘土层中穿过的宽度达500余米,洞线在红粘土层中穿过不利于隧洞的挖掘。为选取洞线在该区穿过的最佳位置和查明测区地质构造.开展了地震法和电测深法工作。勘查结果查明了测区地层分布和地下地质构造及赋水情况.为合理设计洞线和今后隧洞的挖掘提供了可靠的资料。     

基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源移动目标定位

精确无源移动目标定位是隧道、矿井巷道等复杂地下空间人员安全、灾后及时施救的关键技术之一。提出一种基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源移动目标定位方法。鉴于隧道巷道内静物回波信号的多径较多且衰落严重,基于特征值分解的零陷设计思路给出适合低信噪比条件下的最小范数强干扰抑制方法,抑制直达波和静物回波多径干扰信号,检测接收移动目标反射波;同时,为了克服隧道内的纳秒级密集多径和背景噪声,提出基于互高阶谱的RMCHS参数估计算法(Root Min-norm based on Cross High-order Specture,RMCHS),在低信噪比条件下进行高分辨率的TOA/DOA参数估计,从而实现基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源移动目标定位。仿真实验表明,提出的强干扰抑制方法和RMCHS算法在隧道/巷道环境下有很强的鲁棒性,显著优于比较算法,减小了噪声和纳秒级密集多径对算法性能的影响。