礦山復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)組件式三維建模方法

賈慶仁，車德福，鐘壬清

(東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

巷道是開(kāi)展煤礦生產(chǎn)活動(dòng)的重要場(chǎng)所.由于煤層開(kāi)采活動(dòng)會(huì)在多個(gè)地層上同時(shí)開(kāi)展，使用傳統(tǒng)二維圖紙表達(dá)多層巷道空間關(guān)系會(huì)存在空間位置不直觀的問(wèn)題，甚至產(chǎn)生空間沖突.并且人工繪制二維巷道網(wǎng)絡(luò)圖工作較為繁重.三維巷道模型能夠更直觀地展示井巷工程之間、井巷工程與地質(zhì)體之間的空間關(guān)系.在三維巷道模型上開(kāi)展空間分析，更可對(duì)救災(zāi)避險(xiǎn)、員工作業(yè)、井下通風(fēng)等工作提供輔助，對(duì)礦山安全生產(chǎn)、降低財(cái)物與人員的傷亡損失意義重大[1].將巷道三維模型建立為實(shí)體模型，有助于進(jìn)一步分析圍巖力學(xué)性質(zhì)[2].因此研究巷道三維自動(dòng)建模方法具有重要意義.

當(dāng)前，已有學(xué)者針對(duì)三維巷道建模提出了多種方法，并開(kāi)發(fā)了多種原型系統(tǒng).文獻(xiàn)[3-4]提出由巷道測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)計(jì)算巷道中心線，并結(jié)合斷面進(jìn)行巷道三維建模的斷面中線法；汪云甲等[1]通過(guò)對(duì)巷道中心線網(wǎng)絡(luò)的分析，提出由二維巷道數(shù)據(jù)自動(dòng)建模三維巷道的方法；張志華等[5]從巷道的中心線對(duì)稱性出發(fā)提出了對(duì)稱建模法；文獻(xiàn)[6]通過(guò)激光雷達(dá)獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以建立高精度的巷道三維模型[7].

對(duì)巷道交叉口的無(wú)縫建模是巷道三維建模的難點(diǎn)[5].為顧及井下軌道行車安全，巷道交匯處、轉(zhuǎn)向處往往需要將巷道設(shè)計(jì)為曲線線路，并通過(guò)抬高外軌道提供向心力，保障行車安全.因此，曲線巷道在煤礦應(yīng)用廣泛，其存在也為巷道交匯點(diǎn)的三維建模增加了困難.目前，復(fù)雜巷道三維建模方法主要有斷面離散法[3]、中心線交匯法[8]和對(duì)稱建模法[5].斷面離散法和中心線交匯法能夠?yàn)楹?jiǎn)單巷道交匯建模，但是不具備對(duì)曲線巷道、曲線巷道交匯建模處理能力；對(duì)稱建模法能夠處理各類巷道交匯問(wèn)題，但使用該方法的前提是已存在巷道雙邊線數(shù)據(jù)，無(wú)法從導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)建模三維巷道網(wǎng)絡(luò)模型；基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建模結(jié)果精度高，但數(shù)據(jù)采集成本較高、建模效率低于測(cè)量導(dǎo)線數(shù)據(jù).

在煤礦實(shí)際工作中，巷道導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)是巷道主要的空間數(shù)據(jù)，基于測(cè)量導(dǎo)線數(shù)據(jù)建立的巷道三維模型可以滿足現(xiàn)有應(yīng)用場(chǎng)景中(人員定位、巷道掘進(jìn)體積計(jì)算等)的精度需求.為實(shí)現(xiàn)煤礦巷道建模工作的自動(dòng)化，如何通過(guò)巷道導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)生成含曲線巷道、交匯巷道的復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型成為值得研究的關(guān)鍵問(wèn)題.

1 巷道基本組件定義與三維建模

首先定義了巷道基本組件的概念，然后提出了基本組件的三維建模方法.在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要介紹了組件法構(gòu)建復(fù)雜巷道三維模型的思路，即將復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維建模問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二維巷道基本組件劃分問(wèn)題.

1.1 巷道基本組件定義

通過(guò)分析圖1a，1d中巷道模型的幾何和拓?fù)涮卣?，抽象出了礦井模型的基本組件(basic component of roadway, BCR)，BCR定義如下：①BCR為組成巷道模型的最小幾何結(jié)構(gòu)單元；②每一段巷道都被通過(guò)巷道中心線的垂面分割為兩個(gè)BCR.

BCR有兩種表現(xiàn)形式：二維形式(2D-BCR)和三維形式(3D-BCR).其中，2D-BCR包含巷道中心線和單側(cè)邊線(圖1b).3D-BCR包含巷道半側(cè)頂、底面和單側(cè)面(圖1e).在封閉巷道處還應(yīng)包括兩端半斷面，且兩斷面類型不一定一致，高、寬不一定相等，也不一定平行.通過(guò)拓展兩端半斷面并進(jìn)行三角剖分后，可以將2D-BCR建模為3D-BCR.BCR具有退化能力，2D-BCR中的巷道邊線可以退化為一個(gè)點(diǎn)(圖1c)，在3D-BCR中則表現(xiàn)為巷道側(cè)面退化為線(圖1f).BCR的退化能力是構(gòu)建曲線交叉巷道三維模型的基礎(chǔ).

圖1 巷道基本組件示意

1.2 巷道基本組件三維建模

巷道基本組件每個(gè)面的三角剖分需在局部坐標(biāo)系下進(jìn)行，再將結(jié)果轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系完成建模.全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系均采用右手三維直角坐標(biāo)系.全局坐標(biāo)系是用于多個(gè)空間對(duì)象在場(chǎng)景中定位的統(tǒng)一參照系；局部坐標(biāo)系是為方便構(gòu)造單個(gè)對(duì)象而定義的坐標(biāo)系，它獨(dú)立于世界坐標(biāo)系，其原點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸方向可根據(jù)用戶需要自由定義.通過(guò)指定局部坐標(biāo)系在全局坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)，可以將空間對(duì)象納入全局坐標(biāo)系內(nèi)(圖2a).

圖2 計(jì)算巷道斷面離散點(diǎn)

(a)—全局坐標(biāo)系中的BCR； (b)—局部坐標(biāo)系.

巷道斷面類型取決于支架類型.巖石穩(wěn)定性及使用年限的不同影響井下支架類型的選取[3].梯形斷面多采用木材支架，可短期使用或用于支護(hù)較穩(wěn)固的巖壁；拱形斷面一般采用混凝土支架，可長(zhǎng)期使用或用于支護(hù)巖石不穩(wěn)固的巖壁.本文對(duì)任意斷面形狀頂端都采用等分段的離散劃分方式，以便于實(shí)現(xiàn)三角剖分.以直壁圓拱形半斷面為例(圖2b)，以巷道中心線上的點(diǎn)O作為局部坐標(biāo)系原點(diǎn)，根據(jù)巷道斷面的寬度W和高度H，對(duì)巷道拱形部分進(jìn)行微分處理可以精確地模擬巷道斷面.

由于3D-BCR是一個(gè)頂面、底面、側(cè)面相對(duì)規(guī)則的三維幾何體，可通過(guò)對(duì)頂面、底面、側(cè)面三個(gè)面分別進(jìn)行三角剖分獲得完整的3D-BCR.其中，頂面和底面可以投影為梯形，可連接兩側(cè)斷面頂部離散點(diǎn)完成剖分.側(cè)面則為平行四邊形，可直接連接對(duì)角點(diǎn)將其劃分為兩個(gè)三角形完成剖分.圖3展示了不同斷面的巷道BCR頂面的三角剖分結(jié)果.

圖3 變斷面巷道基本組件頂面建模

2 巷道網(wǎng)絡(luò)組件式三維建模方法

基于BCR及其三維建模方法的定義，可將三維復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)建模問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二維BCR劃分問(wèn)題.即通過(guò)組合巷道中心線和邊線構(gòu)建2D-BCR，然后對(duì)每個(gè)2D-BCR分別建模完成.基于此思路，本文解決了2D-BCR劃分問(wèn)題，并提出了復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)組件式三維建模法.

2.1 方法流程

巷道組件式三維建模法構(gòu)建巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型主要包括巷道網(wǎng)絡(luò)中心線建模、二維巷道基本組件劃分、三維巷道基本組件建模3個(gè)步驟(圖4).

圖4 復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)組件式三維建模法流程圖

步驟描述：

1) 巷道中心線建模.巷道中心線數(shù)據(jù)可以從測(cè)繪資料中由導(dǎo)線生成，也可以從二維測(cè)繪、設(shè)計(jì)圖紙資料提取.此過(guò)程需要交叉點(diǎn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)與計(jì)算、彎道數(shù)據(jù)的離散擬合與中心線拓?fù)潢P(guān)系建立等輔助工作.最后生成的是具有拓?fù)潢P(guān)系的巷道中心線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的每一條線段即代表一段巷道，該網(wǎng)絡(luò)可用于實(shí)現(xiàn)人員定位、最短路徑搜索等[9-10].

2) 巷道基本組件劃分.為解決該問(wèn)題，本文基于對(duì)建立的中心線網(wǎng)絡(luò)的分析和深度優(yōu)先遍歷，提出了一種復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)邊線生成算法.通過(guò)該算法建立二維巷道雙邊線模型，然后將生成的邊線數(shù)據(jù)分配到其對(duì)應(yīng)的中心線，可將整個(gè)巷道劃分為2D-BCR的集合.

3) 巷道基本組件建模.對(duì)每個(gè)生成的巷道2D-BCR，根據(jù)其巷道中心線、雙邊線，以及兩端半斷面數(shù)據(jù)(包括每一斷面的形狀、拱高、墻高等)，按1.2節(jié)給出的建模方法建立3D-BCR.組合后的建模結(jié)果即為巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型.

上述3個(gè)建模步驟中，步驟1) 中的巷道中心線建?？梢酝ㄟ^(guò)導(dǎo)線數(shù)據(jù)直接計(jì)算.步驟3) 中BCR的三維建模方法已經(jīng)給出.因此，重點(diǎn)討論并給出步驟2) 中的邊線生成算法及2D-BCR劃分方法.

2.2 基本組件劃分

在組件法中，2D-BCR表達(dá)為一組相互對(duì)應(yīng)的中心線段和邊線段.因此，計(jì)算獲得巷道雙邊線是劃分2D-BCR、建模三維巷道網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)[5].

現(xiàn)有的研究中，巷道雙邊線數(shù)據(jù)大多由人工繪制.為自動(dòng)生成巷道雙邊線模型，文獻(xiàn)[11]提出可由中心線提取獲得所有閉環(huán)后，偏移生成雙側(cè)邊線的“閉環(huán)法”等.但是由于井下巷道之間并不是理想化的線段相接，真實(shí)巷道中存在曲線巷道交匯等復(fù)雜情況，通過(guò)上述方法提取中心線閉環(huán)后，在交匯巷道，尤其是曲線巷道交匯處會(huì)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致巷道三維建模結(jié)果出現(xiàn)表面沖突或非閉合現(xiàn)象.

為解決上述問(wèn)題，引入計(jì)算機(jī)圖論中的雙向圖來(lái)構(gòu)建巷道中心線網(wǎng)絡(luò)，提出了一種基于深度優(yōu)先遍歷的巷道雙邊線生成方法.該方法通過(guò)對(duì)巷道中心線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，并在此過(guò)程中計(jì)算邊線的連接和拓?fù)?，從而?jì)算獲得二維巷道雙邊線圖.該方法能實(shí)現(xiàn)曲線巷道、交匯巷道等各種復(fù)雜情況下的巷道雙邊線的建立，并通過(guò)組合中心線與邊線解決BCR劃分問(wèn)題.

1) 建立巷道中心線雙向圖.雙向圖(bidirectional graph)是一種有向圖，將無(wú)向圖中邊{x,y}替換為一對(duì)邊{ (x,y),(y,x)}后，即可從該無(wú)向圖獲得雙向圖.首先基于計(jì)算機(jī)圖論對(duì)井下復(fù)雜巷道中心線及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模，將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)雙向的網(wǎng)絡(luò)連接圖(巷道中心線雙向圖)，為巷道雙邊線建模奠定基礎(chǔ).

在建立巷道中心線雙向圖時(shí)，巷道中心線可抽象成網(wǎng)絡(luò)圖的邊，巷道中心線的端點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)則可作為圖中的結(jié)點(diǎn).則巷道中心線雙向圖可表述為

G=(V(G),E(G)),
V(G)={vi,1≤i≤n},
E(G)={eij(vi,vj),eji(vj,vi)|vi,vj∈V}.

式中:G表示巷道中心線雙向圖;V(G)是雙向圖中非空結(jié)點(diǎn)v的集合;n為結(jié)點(diǎn)數(shù)目，即巷道中心線節(jié)(端)點(diǎn)個(gè)數(shù);E(G)為雙向圖中邊的集合;eij表示連通結(jié)點(diǎn)vi與結(jié)點(diǎn)vj的巷道中心線.

通過(guò)結(jié)合順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，可用鄰接表來(lái)表達(dá)雙向圖的拓?fù)溧徑有畔?使用順序結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)雙向圖中的結(jié)點(diǎn)信息，再對(duì)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)建立一個(gè)單鏈表，存儲(chǔ)與該結(jié)點(diǎn)鄰接的結(jié)點(diǎn).

2) 巷道雙邊線的深度優(yōu)先遍歷.獲得巷道中心線網(wǎng)絡(luò)雙向圖后，提出基于雙向圖的深度優(yōu)先遍歷的雙邊線生成方法.由于深度優(yōu)先遍歷算法可優(yōu)先獲得一條連續(xù)、完整的子路徑，因此可以用來(lái)獲得原始邊線段的拓?fù)漤樞?，然后將邊線段拼接成巷道單側(cè)連續(xù)邊線多段線.多次執(zhí)行深度優(yōu)先遍歷，獲得巷道兩側(cè)連續(xù)邊線多段線后，可將多段線的每一子段與原始中心線段一一組合，獲得的BCR集合可用于組建巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型.

對(duì)于給定的包含n條巷道中心線的雙向圖，從任意葉結(jié)點(diǎn)出發(fā)，按照深度優(yōu)先原則遍歷整個(gè)圖.雙向圖G(V,E)的深度優(yōu)先遍歷過(guò)程可以描述為從圖G的某個(gè)頂點(diǎn)v0出發(fā)，依次訪問(wèn)與該點(diǎn)相鄰且未從該點(diǎn)訪問(wèn)的頂點(diǎn)vk.直至所有頂點(diǎn)和有向邊都被訪問(wèn).圖5a所示巷道中心線雙向圖中，深度優(yōu)先遍歷所有結(jié)點(diǎn)和有向邊的具體流程如下：

①選擇起始結(jié)點(diǎn).起始結(jié)點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先選擇網(wǎng)絡(luò)末端結(jié)點(diǎn)(v1)，在完全閉環(huán)的情況下可選則與未被訪問(wèn)有向邊連接的任意結(jié)點(diǎn)作為起始點(diǎn).

②訪問(wèn)下一結(jié)點(diǎn).在每個(gè)結(jié)點(diǎn)處，始終訪問(wèn)未被訪問(wèn)的有向邊(如v1處訪問(wèn)e12)及指向的下一結(jié)點(diǎn).在多邊交匯處，始終按照右手原則選擇下一結(jié)點(diǎn).訪問(wèn)回到v1時(shí)終止(圖5b).

③閉環(huán)處理.檢查是否已訪問(wèn)所有有向邊.如存在邊未被訪問(wèn)，則存在閉環(huán).反復(fù)執(zhí)行步驟①～③，直至所有的有向邊都被訪問(wèn).圖5c中，由于存在閉環(huán)，通過(guò)兩條路徑才完成訪問(wèn)全部有向邊.

圖5 雙向圖深度優(yōu)先遍歷

3) 巷道雙邊線計(jì)算及巷道基本組件劃分.

為了定義巷道雙邊線計(jì)算方法，首先定義部分遍歷過(guò)程中涉及到的名詞.

度：表示結(jié)點(diǎn)處巷道的聯(lián)通關(guān)系.度大小代表連接的巷道段數(shù)目.如圖5a中結(jié)點(diǎn)v1的度為1，結(jié)點(diǎn)v2的度為3.

葉結(jié)點(diǎn)：度為1的結(jié)點(diǎn)稱為葉結(jié)點(diǎn)，標(biāo)志巷道在此處終止.如圖5a中v1,v4為葉結(jié)點(diǎn).

過(guò)渡結(jié)點(diǎn)：度為2的結(jié)點(diǎn)稱為過(guò)渡結(jié)點(diǎn).如圖5a中v5,v6為過(guò)渡結(jié)點(diǎn).

根據(jù)上述定義和描述，提出基于中心線雙向圖的深度優(yōu)先遍歷的巷道雙邊線計(jì)算方法(圖6).

圖6 基于深度優(yōu)先遍歷的巷道雙邊線自動(dòng)生成方法流程圖

對(duì)于給定的包含n條巷道中心線的拓?fù)鋱D，該方法從任意葉結(jié)點(diǎn)出發(fā)，按照深度優(yōu)先原則遍歷整圖.在此過(guò)程中，將2n條從巷道中心線偏移生成的、獨(dú)立的邊線段按照規(guī)則分組，并拼接形成巷道雙邊線多段線集合PL={pli,i=1,2,…,m}，得到拓?fù)湔_的巷道雙邊線模型.該方法具體步驟如下.

①獲得巷道中心線雙向圖后，根據(jù)巷道寬度，將所有的中心線段沿垂線方向向兩側(cè)復(fù)制并平移獲得巷道兩側(cè)邊線段(以下簡(jiǎn)稱初始邊線).

②執(zhí)行深度優(yōu)先遍歷依次訪問(wèn)所有結(jié)點(diǎn)和有向邊.在遍歷結(jié)點(diǎn)及有向邊時(shí)依次采用4個(gè)判別條件并分別執(zhí)行計(jì)算(表1).

表1 算法判別條件

③將PL內(nèi)的所有邊線多段線打散，并分配給初始對(duì)應(yīng)的巷道中心線.完成巷道雙邊線及基本組件建模.

如圖7所示，由巷道中心線偏移獲得初始邊線(圖7a).以v1為起點(diǎn)，訪問(wèn)v2(圖7b)，由于該結(jié)點(diǎn)是非過(guò)渡結(jié)點(diǎn)，因此將pla存儲(chǔ)為pl1.然后經(jīng)過(guò)v4、v5，由于v5是非過(guò)渡結(jié)點(diǎn)，因此連接兩條邊線獲取新的pla(圖7c)，且由于v5是葉結(jié)點(diǎn)，拼接pl1和pla獲得新的pl1后，存儲(chǔ)入集合PL(圖7d).最終，通過(guò)該算法獲得的邊線多段線集合PL中包含3條邊線多段線(圖7e)，將其從結(jié)點(diǎn)處拆分后獲得的每一段中心線對(duì)應(yīng)的雙側(cè)邊線(圖7f).

圖7 基于本文方法建模巷道雙邊線示意圖

巷道邊線連接算法中存在三種情況：直接修剪(Case 1)、延伸求交(Case 2)和舍棄邊線(Case 3).Case 1和Case 2出現(xiàn)頻率較高，且比較容易判斷.Case 3判斷算法為：首先對(duì)按遍歷順序排列的兩段邊線段延伸求交.然后判斷線段延伸至交點(diǎn)方向與有向邊的關(guān)系，若延伸方向與有向邊方向相反，則舍棄巷道線，否則保留并修剪線段.

3 方法分析與應(yīng)用

通過(guò)VC++編程實(shí)現(xiàn)該算法后，設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文算法的有效性和時(shí)間效率.實(shí)驗(yàn)運(yùn)行在便攜式筆記本上，硬件環(huán)境為Intel(R)Core(TM) i5-8250U CPU @ 1.60 GHz，內(nèi)存8.0GB，軟件環(huán)境為Windows 10 (x64)家庭版.

3.1 建模方法時(shí)間效率分析

錢(qián)家營(yíng)煤礦位于唐山市，井田范圍88 km2(圖8a).以該礦5，7，8，9，12-1煤巷及巖巷井下導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，測(cè)試本文算法的時(shí)間效率和建模效果.各巷道網(wǎng)絡(luò)建立的中心線雙向圖的拓?fù)湫畔⒔y(tǒng)計(jì)如圖8b所示.

圖8 錢(qián)家營(yíng)煤礦位置與巷道數(shù)據(jù)

通過(guò)本文巷道雙邊線建模方法，使用5，7，8，9，12-1等煤巷及巖巷導(dǎo)線，為每個(gè)煤巷(巖巷)建立雙邊線模型所需時(shí)間見(jiàn)圖9.其中建模時(shí)間取五次測(cè)試平均值.圖中橫坐標(biāo)為主要中心線結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，縱坐標(biāo)為算法運(yùn)行時(shí)長(zhǎng).結(jié)果顯示該方法總體建模效率較高，且隨著中心線結(jié)點(diǎn)的增加，建模時(shí)間總體呈線性增長(zhǎng)，表明算法隨參與建模數(shù)據(jù)增長(zhǎng)穩(wěn)定性較好.

圖9 巷道雙邊線建模時(shí)間

由于巷道中心線雙向圖采用鄰接表存儲(chǔ)圖中點(diǎn)的鄰域，即用一維數(shù)組存儲(chǔ)圖的n個(gè)頂點(diǎn)，且其中每個(gè)元素都指向該頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)形成的單鏈表，單鏈表中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為與該頂點(diǎn)有關(guān)聯(lián)的邊，所以深度優(yōu)先搜索遍歷圖的時(shí)間復(fù)雜度為O(n+e)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互印證.

3.2 巷道網(wǎng)絡(luò)三維建模實(shí)例

為驗(yàn)證本文提出的復(fù)雜巷道組件式三維建模方法的有效性，使用BCAM方法對(duì)錢(qián)家營(yíng)礦區(qū)巖巷和煤巷網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行三維建模.圖10為巷道網(wǎng)絡(luò)典型復(fù)雜場(chǎng)景.首先以巖巷井下導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，構(gòu)建中心線網(wǎng)絡(luò)(圖10a)，然后使用提出的深度優(yōu)先遍歷巷道中心線網(wǎng)絡(luò)雙向圖算法生成雙邊線(圖10b)并將整個(gè)巷道劃分為BCR并完成三維建模(圖10c，10d).整個(gè)巷道網(wǎng)絡(luò)的三維建模結(jié)果如圖11所示.

圖10 錢(qián)家營(yíng)煤礦巖巷網(wǎng)絡(luò)三維建模實(shí)例

圖11 錢(qián)家營(yíng)礦復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型

4 結(jié) 論

1) 針對(duì)復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維建模問(wèn)題，本文提出了一種針對(duì)復(fù)雜巷道三維建模的組件式建模法(BCAM).該方法基于巷道導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)定義巷道基本組件(BCR)和2D-BCR劃分方法，完成復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型的重建.

2) 通過(guò)對(duì)巷道的結(jié)構(gòu)分析和網(wǎng)絡(luò)分析，實(shí)現(xiàn)了曲線交匯巷道的無(wú)縫三維建模，實(shí)現(xiàn)了從巷道導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)到復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維模型的自動(dòng)建模.

3) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法魯棒性好，建模時(shí)間隨巷道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)中心線的數(shù)目呈線性穩(wěn)定增長(zhǎng).

4) 礦山實(shí)際應(yīng)用表明，該方法能夠很好地完成曲線巷道、交匯巷道、變斷面巷道等復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)三維建模任務(wù).