[發明專利]數字礦山中的巷道開掘搜索預測方法

無效

• 申請號: 201210099626.3
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102622526A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 武強
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.數字礦山中的巷道開掘搜索預測方法，其特征在于：技術方案包括以下步驟：

步驟A：對來自礦山不同時期、不同格式、不同來源的工程地質數據進行預處理；

步驟B：通過接口工具，將經過預處理的巷道數據通過輸入設備導入處理器的緩存區*pLBuffer中，并與已構建的三維礦體模型進行集成；

步驟C：利用緩存區*pLBuffer中的巷道數據以及交互式工具構建三維巷道結構；

步驟D：根據實際工程數據或模擬數據構建的三維巷道結構以及空間位置，候選礦體層；通過計算相應的包圍盒或包圍柱，建立需要開掘單元的對應關系，以RTree結構存儲記錄；遍歷RTree中所有葉子節點，得到巷道與礦體的交點列，并進行優化處理。以交點列為界重構三維巷道結構和候選礦體層的局部單元，實現巷道開掘操作，并保持空間數據的一致性和無沖突性，反映真實地開掘過程和開掘結果；

步驟E：測試礦體的閉合性，依次掃描三維巷道結構的每個單元U，通過射線法判斷U與礦體的位置關系，并從數據庫獲取屬性數據，完成巷道屬性的構建工作；判斷緩存區*pLBuffer非空，則轉步驟C；

步驟F：對復雜礦區進行巷道網絡拓撲結構的構建；礦山中各礦井巷道縱橫交錯，形成巷道網絡；隨著巷道的掘進逐漸進行，測量點的布設始終沿著巷道，形成井下巷道的拓撲關系，將巷道網絡中的各巷道抽象為弧，形成由弧和頂點組成的巷道網絡拓撲結構；

步驟G：在已構建的開掘巷道網絡中，基于數據查詢技術實現搜索預測；

步驟H：采用虛擬礦山技術，通過輸出設備實現三維數據場一體化及多分辨率可視化顯示；方法為：利用OpenGL庫函數對礦體進行透明度設計，便于觀察礦體中包含的巷道；采用視點跟蹤技術求得視點位置，調節OpenGL相關函數的參數實現對巷道從宏觀到巷道內進行虛擬漫游；根據巷道斷面長度、巷道掘進深度、礦體區域的范圍、視點位置等因素，設置多分辨率可視化方法，如當比例尺＞1∶1000∪視點＞-4，可視化為巷道屬性數據；當1∶5000＜比例尺＜1∶1000∪-4≥視點≥-6，可視化為三維巷道結構體；當比例尺＜1∶5000∪視點＜-6，可視化為線框模式。

2.根據權利要求1所述的數字礦山中的巷道開掘搜索預測方法，其特征在于：所述步驟A具體包括：

步驟A1：巷道開掘的數據通常主要來源于礦山設計和測繪工程，通過GIS系統進行矢量化處理，生成巷道圖層數據，可抽象為線類(Segment)或多邊形類(Polygon)的數據。如果利用最新的三維激光洞穴掃描儀結合亞米級手持GPS定位實現巷道數據采集，于是可對復雜巷道進行探測，能夠精確地掃描出復雜巷道實際空間分布狀況，獲取三維點云數據，經過噪聲或插值處理之后，通過三維重構方法得到曲面類(Surface)巷道模型；

步驟A2：將巷道屬性數據、巖性屬性數據、突水性、瓦斯涌出等存儲在SQL?Server、Access、Oracle等數據庫中；

步驟A3：利用礦區現有的鉆井、剖面、地質圖等數據，構建三維礦體模型。

3.根據權利要求2所述的數字礦山中的巷道開掘搜索預測方法，其特征在于：所述步驟C具體包括：

步驟C1：對于實際工程地質數據，判斷緩存區*pLBuffer中的巷道數據，如果是Surface類巷道，則直接轉步驟D；如果是Segment類的巷道數據，則轉步驟C3；如果是Polygon類的巷道數據，則轉步驟C4；

步驟C2：根據工程開采的需要，地質工作者可以在感興趣的位置通過交互式工具設置導線點的三維坐標，形成線類的模擬巷道數據；不僅可以通過實際工程地質數據實現巷道開掘，也可以為進行模擬巷道開掘提供數據源；

步驟C3：由實際巷道斷面的拱形、矩形、梯形3種主要特征，結合煤礦巷道斷面特征抽象出適合多種巷道的抽象斷面巷道結構，利用三維空間立體幾何和解析幾何構建巷道斷面，使其滿足任意實際巷道的結構特征和開掘需求；

步驟C4：沿著導線方向連接斷面巷道結構形成巷道網格結構；利用分割原理和微積分原?理分割成有限個三棱柱的組合；或利用距離加權連接法進行三角化剖分；

步驟C5：根據工程實際情況給定一個巷道精度閾值，利用網格細化法，對通過上述建立的三維巷道進行光滑處理。如果巷道精度無法達到實際需求，則轉步驟C3，重新進行參數設計和網格化處理。

4.根據權利要求2所述的數字礦山中的巷道開掘搜索預測方法，其特征在于：所述步驟G具體包括：

步驟G1：對于已構建的開掘巷道網絡，可構成一個無向網G，其中，頂點Vi表示巷道的交匯點，弧表示2個交匯點Vi、Vj之間的巷道，弧上的權值(Vi，Vj)由巷道長度、圍巖穩定性、突水性、瓦斯涌出、斷層、裂隙等因素確定，并將分析的這些因素存入數據庫或文件系統中；

步驟G2：設G＝(V，E)是有n≥1個頂點的網，V(G)是頂點的非空有限集，E(G)是弧的有限集合；采用鄰接矩陣A存儲G，其中A是具有以下性質的n階方陣：

步驟G3：搜索從某個源點Vi到其余各頂點的最佳路徑的方法為，初令S＝{Vi}，T＝{其余頂點}，T中頂點對應的距離值：若(Vi，Vj)∈E(G)，為(Vi，Vj)弧上的權值；若?為-1；從T中選取一個其距離值為最小的頂點U，加入S，對T中頂點的距離值進行修改：若加進U作中間頂點，從Vi到Vj的距離值比不加U的路徑要短，則修改此距離值；重復上述步驟，直到S中包含所有頂點為止，可得到源點Vi到其余各頂點的最佳路徑Path；

步驟G4：沿著最佳路徑進行巷道漫游和風險預警，方法為：選擇巷道中的起止位置p1、p2，搜索包含p1、p2的弧，以確定它們在組成巷道網絡拓撲結構的無向網中的頂點(Vi，Vj)，通過Path可以獲得從Vi至Vj的最佳路徑；從p1開始，通過控制視點沿著Vi至Vj的最佳路徑實施漫游，途經可實現自動彈出或交互式查詢風險預警信息。其目的是為了在巷道中預定的起止位置，沿著最佳路徑模擬身臨其境地觀察巷道地質結構變化、地質構造特性與規律、圍巖穩定性、突水性、瓦斯涌出等情況，便于對巷道開掘過程中可能出現的突發事件進行分析預測，沿著最佳路徑處理事故；

步驟G5：基于構建的三維巷道結構及巷道屬性數據，通過體剖分，實現巷道體積或儲量的計算；結合巷道風險評估及預測系統，為實際巷道開掘、規劃等提供科學決策依據。?