[發明專利]一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法

有效

• 申請號: 201710705120.5
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107577720B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 劉曉陽;喬智;呂紅杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G06F16/51
• 分類號: G06F16/51;G06T17/20;G06Q50/02
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本發明公開了一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，包括：(1)劃分巷道空間區域；(2)根據所劃分的巷道空間區域，構造區域樹拓撲結構；(3)提取巷道點云中軸線；(4)根據區域樹，分別建立巷道點云與中軸線距離之間的對應關系；(5)沿中軸線根據巷道點云與中軸線距離的不同，對巷道點云進行區域分割；(6)確定待查詢點所在的分割區域，快速查找待查詢點。本發明可有效提高點云數據的組織管理效率，快速查找待查詢點，提高了對圍巖形變監測的效率與精度。

技術領域

本發明涉及一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，具體地說是涉及三維點云數據處理、礦井監控領域。

背景技術

煤礦井下巷道的工作環境具有高危險性，地質條件復雜，容易引發各類災害，嚴重威脅到煤礦巷道安全。井下巷道在生產過程中，掘進和施工時常嚴重威脅巷道周圍的巖層和煤炭的穩定性。這些可能受各種影響而使應力狀態發生變化的巖體，即被定義為圍巖。將三維激光掃描技術應用到井下巷道圍巖監控中，具有數據采集精度較高、監測范圍廣數據采集速度快和受外界環境干擾下等優勢。國家在現階段非常重視新興技術對煤礦安全的重要作用。為了保障煤礦的安全生產，提出了建設數字礦山的口號。所謂數字礦山，即是通過應用新興技術，對煤礦生產的各領域進行全面數字化，通過對數據的實時分析對礦山生產進行安全監控、嚴格管理和提高效率。

發明內容

本發明所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，可有效提高點云數據的組織管理效率，針對巷道結構復雜等特點提出了基于區域樹的改進型巷道點云分塊存儲組織管理模式，提高了對圍巖形變監測的效率與精度，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，步驟如下：

(1)劃分巷道空間區域，即根據對巷道和其各分支實測出的邊界，將巷道所在的空間分別劃分成多個封閉區域；

(2)根據所劃分的巷道空間區域，構造區域樹拓撲結構，即通過樹型結構來表達巷道邊界線劃分的區域，一個所述封閉區域映射一個區域樹；

(3)提取巷道點云中軸線；

(4)根據區域樹，分別建立巷道點云與中軸線距離之間的對應關系；

(5)沿中軸線根據巷道點云與中軸線距離的不同，對巷道點云進行區域分割；

(6)在查詢巷道點云數據內的某一點時，在巷道區域樹中查找出該點所在的區域對應的標簽，以此標簽確定其在區域樹的某一節點，再在該節點內判斷搜索所查詢點位于哪個被分割的區域內，最后在該分割區域內搜索即可快速查找出被查詢點。

進一步地，根據本發明所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，步驟(2)中，所述區域樹包括節點，所述節點包括根節點和子節點，區域樹的節點表示區域的內、外邊界，即巷道的底板邊界，區域樹的根節點表示該區域的最外圍邊界，子節點表示區域內部的孔、島邊界。

進一步地，根據本發明所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，所述區域樹節點之間的上下層次關系表示邊界的包含關系，同層節點表示邊界的并列關系；

邊界是有方向性的，并對邊界方向作如下規定：區域最外圍邊界的走向為逆時針方向，內部孔洞邊界沿順時針方向，島邊界沿逆時針方向。

進一步地，根據本發明所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，步驟(3)中，采用將巷道點云水平面投影的邊緣點進行二次曲線擬合的方法來提取巷道中軸線。

進一步地，根據本發明所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，通過二次曲線擬合提取中軸線的具體方法為：

(1)將獲取的巷道點云中的一個區域投影至坐標系的XOY面內，通過對投影在平面上的點云數據進行坐標變換，使巷道中軸線與X軸平行；