一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法
【专利摘要】本发明一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，属于采矿工程可视化【技术领域】，巷道建模是三维矿山信息系统的重要组成部分，其建模效果及建模效率直接影响到整个系统的运行机制；可立体、直观、准确地表现并反映井下巷道及其空间关系，是矿山测绘、地质、采矿科技工作者的重要工作内容，也是矿山安全、高效、合理开发的重要保障；斜坡道三维模型，为矿山无轨设备运行提供了支撑，是矿山动态仿真的重要组成部分，可为井下人员车辆的运行、定位提供工程环境，为工程信息检索、工程施工组织提供服务。
【专利说明】一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于采矿工程可视化【技术领域】，具体涉及一种基于三维模型的地下矿山斜 坡道构建方法。
【背景技术】
[0002] 无轨设备由于机动、灵活、效率高、自动化程度高，无轨设备在地下矿山应用越来 越广泛。随着无轨设备的发展和井下大量使用，为了便于无轨设备运输矿石和出入井下，产 生了斜坡道，随着新采矿方法的应用和改进，斜坡道在采矿中起到了很大的作用：
[0003] 首先，减轻了劳动强度；工人在向采场运送物料时，由斜坡道直达采场，改变了原 来由混合溜矿井运送物料的方式，减轻了劳动强度，提高了工作效率；
[0004] 其次，安全性有了更大的保障；斜坡道经过锚喷及其它支护形式维护后，巷道围岩 得以稳固，人员经其进入采场的安全性得到保障；改变了以前由溜矿井进入采场时需爬一 定高度且安全性差的梯子；
[0005] 第三，增强了安全性；斜坡道将原来只有一个紧急安全出口的多个独立采场合并 为具有三个或四个安全出口的一个采场；采场发生事故时，人员撤离的渠道增多，安全性增 强；
[0006] 第四，改善了通风条件；原独立单元采场采矿时，每个采场一台压入式风机进行吹 烟，炮烟散尽缓慢。使用斜坡道工程采准时，采场多条联络道与斜坡道相通，炮烟散尽快；
[0007] 斜坡道依据运输线路的布置形成，分为直线式，折返式和螺旋式三种。这三种类型 的斜坡道，都由直线段和曲线段组合而成，其中直线段用于改变高程，曲线段用于改变方向 和高程。相对于井巷工程而言，其具有独特的特征，因此，斜坡道三维模型构建技术不同于 井巷建模。
[0008] 随着矿业信息化浪潮不断扩大和深入，矿山信息建设的深度和广度越来越大。数 字矿山、智能矿山建要求将矿山的开采对象、开采工程、开采环境、开采行为等信息简捷、快 速、高效的可视化与动态更新，从而与生产实践保持一致，为数字开采或智能开采提供支 撑。矿山斜坡道的建模技术相对较少，当前多采用手工方法建模，效率低下，无法满足工程 快速可视化的需求。
[0009] 巷道是矿山生产的动脉，担负着物资运输、通风、人员流动通道等功能，对矿山的 生产安全和经济效益具有直接的影响。矿山巷道分布纵横交错、错综复杂，如何立体、直观、 准确地表现巷道并反映其空间关系，是巷道设计的难点。
[0010] 斜坡道的平面设计图纸，以二维图形表示复杂的井筒、巷道分布，很不直观。当前 借助手工的斜坡道三维建模方法，工序繁杂、步骤繁多，构建工作依赖手工试凑，工作量大， 构建工作量繁重，自动化程度低。斜坡道的建模，需要对斜坡道的空间形态有较好的理解， 需要有雄厚的专业背景知识，方能将平面设计图纸转化为斜坡道三维模型，不利于专业分 工与协作。所构建的模型，精度差，时效性差，修改困难，不能与生产保持实时一致，不利于 及时呈现生产作业状态。手工建模，无法添加斜坡道的附属工程信息，只能构建斜坡道的空 间几何形态，无法呈现工程属性，如工程量，工程施工、工程组织等、工程验收等信息，因此， 构建的模型，不能很好的支持工程检索、查询、分析等功能。
【发明内容】
[0011] 针对现有技术的缺点，本发明提出一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方 法，以达到为矿山无轨设备运行提供支撑，为井下人员车辆的运行、定位提供工程环境，为 工程信息检索、工程施工组织提供服务，为下一步虚拟漫游以及采掘量的估算提供数据来 源的目的。
[0012] 一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，包括以下步骤：
[0013] 步骤1、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定斜坡道起点平面坐标、每段直道 长度、每个弯道的旋转半径和每个弯道的旋转角度，根据上述参数，在计算机中构建斜坡道 的平面路径；
[0014] 步骤2、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定斜坡道每个直道的坡度和每个弯 道的坡度，获得斜坡道起点的高程，具体如下：
[0015] 步骤2-1、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定第一直道起点的三维坐标；
[0016] 步骤2-2、根据该直道长度和坡度，确定该直道终点和起点的高差，进而获得该直 道终点的三维坐标；
[0017] 步骤2-3、将第一弯道平均插入若干个点，根据该弯道的起点平面坐标，即第一直 道的终点平面坐标、以x轴正方向为始边第一条直道前进方向为终边的角度、弯道的旋转 半径和每个弯道的旋转角度，计算获得每个插入点的平面坐标，再根据弯道的坡度，计算获 得每个插入点的三维坐标；
[0018] 步骤2-4、反复执行步骤2-1至步骤2-3,直至获得斜坡道平面路径上所有点的三 维坐标；
[0019] 步骤2-5、将路径上点的三维坐标进行连接，获得斜坡道的三维路径；
[0020] 步骤3、根据实际矿山的巷道断面，确定斜坡道断面形状；
[0021] 步骤4、将斜坡道断面从斜坡道起点，沿斜坡道三维路径进行拉伸，获得斜坡道三 维模型；
[0022] 步骤5、根据获得斜坡道三维模型，构建地下矿山斜坡道，并根据实际施工实时情 况，随时修改三维模型参数，实现对三维模型进行更新，并根据更新后的斜坡道三维模型继 续进行施工。
[0023] 步骤2-3所述的计算获得每个插入点的平面坐标，具体如下：
[0024] 当弯道旋转方向为顺时针时：
[0025] 插入点的平面横坐标公式如下：
【权利要求】
1. 一种基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定斜坡道起点平面坐标、每段直道长度、 每个弯道的旋转半径和每个弯道的旋转角度，根据上述参数，在计算机三维坐标系中构建 斜坡道的平面路径； 步骤2、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定斜坡道每个直道的坡度和每个弯道的 坡度，获得斜坡道起点的高程，具体如下： 步骤2-1、根据地下矿山斜坡道的平面图数据，确定第一直道起点的三维坐标； 步骤2-2、根据该直道长度和坡度，确定该直道终点和起点的高差，进而获得该直道终 点的三维坐标； 步骤2-3、将第一弯道平均插入若干个点，根据该弯道的起点平面坐标，即第一直道的 终点平面坐标、以x轴正方向为始边第一条直道前进方向为终边的角度、弯道的旋转半径 和每个弯道的旋转角度，计算获得每个插入点的平面坐标，再根据弯道的坡度，计算获得每 个插入点的三维坐标； 步骤2-4、反复执行步骤2-1至步骤2-3,直至获得斜坡道平面路径上所有点的三维坐 标； 步骤2-5、将路径上点的三维坐标进行连接，获得斜坡道的三维路径； 步骤3、根据实际矿山的巷道断面，确定斜坡道断面形状； 步骤4、将斜坡道断面从斜坡道起点，沿斜坡道三维路径进行拉伸，获得斜坡道三维模 型； 步骤5、根据获得斜坡道三维模型，构建地下矿山斜坡道，并根据实际施工实时情况，随 时修改三维模型参数，实现对三维模型进行更新，并根据更新后的斜坡道三维模型继续进 行施工。
2. 根据权利要求1所述的基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，其特征在于，步 骤2-3所述的计算获得每个插入点的平面坐标，具体如下： 当弯道旋转方向为顺时针时： 插入点的平面横坐标公式如下：
插入点的平面纵坐标公式如下：
当弯道旋转方向为逆时针时： 插入点的平面横坐标公式如下：
插入点的平面纵坐标公式如下：
其中，表示第j个插入点的平面横坐标，Ph表示第j个插入点的平面纵坐标，j= 1,2,3. . .k+1,Pmx表示弯道起始点的平面横坐标,Pmy表示弯道起始点的平面纵坐标，R表示 弯道的旋转半径，&表示x方向为始边，以上一直道前进方向为终边的角度，A表示弯道旋 转角度，k表示插入点的个数。
3. 根据权利要求1所述的基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，其特征在于，步 骤2-3所述的计算获得每个插入点的三维坐标，计算方法如下：
其中，Z」表示第j个插入点的高程，i表示斜坡道坡度，Zm表示弯道起始点高程，R表示 弯道的旋转半径，A表示弯道旋转角度，k表示插入点的个数。
4. 根据权利要求1所述的基于三维模型的地下矿山斜坡道构建方法，其特征在于，步 骤3所述的斜坡道断面形状包括矩形拱断面、圆弧拱断面、三心拱断面和梯形拱断面。
【文档编号】G06T17/05GK104408771SQ201410635688
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】徐帅, 李元辉, 唐忠伟, 王运森, 张小辉, 闫腾飞, 张驰, 李坤蒙, 莫东旭, 侯朋远, 张伟峰 申请人:东北大学