[發明專利]一種基于物聯網的礦山開采動態實時監測方法與系統

有效

• 申請號: 201510092829.3
• 申請日: 2015-02-28
• 公開（公告）號: CN104700207B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 張夏林;吳沖龍;劉剛;李章林;翁正平;周駿;田宜平;何珍文;李新川;張志庭;左振坤
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）;武漢地大坤迪科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及礦山開采監測技術，尤其涉及一種基于物聯網的礦山開采動態實時監測方法與系統。

背景技術

礦產資源是社會生存發展的基礎，如何對地球上有限的資源合理開發和充分利用以謀求社會的可持續發展，已成為人類社會共同關注的焦點。礦山生產始終處于一種實時、動態變化的復雜系統之中，這種特性決定了傳統的礦山生產管理過程會把井下作業人員、所用到的物理基礎設施以及信息基礎設施割裂，生產過程中形成的各種實時狀態數據也得不到有效集成，不同生產環節只能形成彼此隔離的“信息孤島”，所以只能利用采集到的原始數據來進行簡單轉換、存儲、顯示和打印，難以對礦山生產管理提供實時、動態變化數據支持。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中不能對礦山開采實時動態三維監測的缺陷，提供一種基于物聯網的礦山動態開采動態實時監測方法與系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于物聯網的礦山動態開采實時監測方法，包括以下步驟：

1)根據礦山的原始核查圖件資料構建原始礦體塊段三維模型，并確定各塊段的儲量信息；

2)提取各塊段的中段邊界，結合中段標高裁剪原始礦體塊段三維模型，得到各塊段在中段上的分布模型；

3)根據原始核查圖件資料提取歷年的采空區邊界，利用采空區頂底板高程生成采空區模型，同時對各中段上的塊段進行裁剪，得到目前礦山的各個中段保有儲量模型；

4)將具有測距功能的監測分站架設到實際開采工作面中，利用三點定位的方式捕獲開采軌跡數據，實時同步到礦山數據庫服務器中；

5)提取歷年的每個采空區、巷道的三維范圍；根據該三維范圍對軌跡數據進行過濾服務：將礦山數據庫服務器中的點帶入該三維范圍中，將不符合要求的點剔除，保留有效點三維坐標；

6)對上述有效點三維坐標進行去重；

7)讀取過濾之后的有效點坐標，利用法向量判斷，形成這些有效點坐標的最小三維凸包；

8)三維凸包與中段保有模型進行疊合，利用實體布爾運算求出相交的部分，同時將原有的中段保有模型挖去這部分三維模型，得到實時中段保有儲量模型；

9)將實際動用儲量模型與該季度備采區模型進行疊合對照，可以查看礦山是否按照既定計劃開采，是否超前開采或者滯后開采、穿層越界開采情況。

按上述方案，所述步驟4)中捕獲開采軌跡數據的具體步驟為：在井下開采的采掘設備上安裝標簽卡，同時在礦山井下切割位置、礦房內部架設讀卡基站，基站發射和接收信號，利用發射信號和接收到標簽卡返回信號的時間差計算出標簽卡的精確定位；通過在工作面安裝三個已經人工測量好空間位置的讀卡基站，在采掘設備上安裝標簽卡，可以獲取采掘設備在工作面的軌跡信息。

按上述方案，所述步驟5)中對軌跡數據進行過濾采用以下方法：

5.1)首先，形成每個采空區模型以及巷道模型的最小包圍長方體，所述最小包圍長方體可以根據模型的最小X坐標、最小Y坐標、最小Z坐標、最大X坐標、最大Y坐標、最大Z坐標構建；

5.2)根據已經構建的最小包圍長方體可以取得構成最小包圍長方體的各個面的坐標表達式，對于軌跡點{X，Y，Z}，如果該軌跡點位于某個軸上的坐標大于長方體的在該軸上的坐標的最大值或者小于長方體的在該軸上的坐標的最小值，則該點位于長方體外面，應當保留下來；

5.3)剩余的點根據各個面的表達式判斷法線方向進行剔除：將軌跡點坐標帶入到各個面的表達式中，如果大于或者等于0則表示在長方體內部或者長方體上，剔除軌跡點；如果全部結果小于0，則該軌跡點位于長方體外部不需要剔除；

5.4)對三維模型表面所有剖分點的過濾：由于采空區三維模型、巷道模型以三角網構成，三角網中三個頂點坐標已知，可以得到三維模型表面所有剖分點的坐標，任取4個點形成四面體，用同一種繞序把四面體的四個面頂點順次取出，然后求出每個面的法向量，再求出法向量和軌跡點到面上任意一點的向量的點積，如果四個點積同號那就在長方體里面，退出循環，該點剔除；如果該點直到循環結束仍未出現4個點積同號的情況，則該點保留下來。

按上述方案，所述步驟7)中凸包的形成應該具體如下：

7.1)設形成凸包的點集為P，將點擊P中的點按照X坐標進行升序排序，如果X坐標相同，則按照Y坐標升序排序，如果Y坐標相同，按照Z坐標升序排序；