基于地质统计学的采空区储量估算

采空区是固体矿产开采过程中已被开挖的所留下的采场、硐室等,采空区的储量编录是矿山储量动态管理的基本要求,准确的储量计算结果可有效指导矿山后续的生产工作,提高经济效益,但目前国内各矿山大多采用简单的几何计算方法求取采空区储量,无法准确、客观地评估矿山的资源储量情况,为了精确估算采空区储量,以新疆某矿区为例,首先分析了适合建立采空区的三维模型方法,以及固体矿产储量估算中采空区建模的2种方式:剖面法和中段法;建立模型后,将基于地质统计学建立的矿体三维模型和采空区模型进行布尔求交,根据切割后模型,体积加权计算采空区储量;最后通过实例对比采空区和剖面法三维矿体模型求交结果的储量信息,验证了基于地质统计学计算储量结果更为接近实际勘探储量,这对于矿山的数字化动态管理,矿山开采具有指导意义。     

复杂采空区激光扫描拼合散乱点云球面投影三角剖分算法

利用三维激光扫描技术对采空区进行探测以建立三维可视化模型,从而准确获取其三维空间位置和形态,是矿山采空区事故隐患综合治理工作中的重要环节.但由于采空区形态复杂,往往需要从多个方位对其进行多次探测才能准确获取采空区完整的三维形态.如何对多次探测点云数据拼合后的散乱点云构建三角网格模型,是实现复杂采空区三维探测建模的关键.本文提出了采空区激光扫描拼合散乱点云数据球面投影三角剖分生长算法,首先选定球心将原位点云投影到球面上得到投影点云,然后对投影点云进行三角剖分,最后将投影点云三角网空间拓扑关系还原到原位点云,从而构建复杂采空区三角网模型.为了有效实现算法,研究了球面投影参数设定、XYZ三向单元栅格点云搜索策略、三角形生成规则、优势顶点边界切分策略、边界闭合策略、不规则三角形优化策略等多种方法.实际应用表明,所研究的算法能够生成优质的采空区三角网模型,为实现复杂采空区三维精确建模及可视化管理提供了重要技术支持.     

采空区体积三角网模型四面体算法改进及应用

 准确获取采空区体积是矿山实施空区周边资源安全开采的重要基础性依据,也是矿山实施空区处理及其灾变监控的重要基础性工作。针对传统采空区三角网模型四面体算法易出现重叠计算的问题,本文以采空区三维激光探测系统(CMS)获取的原始数据为依据,在自主研发的采空区三维探测建模软件生成的采空区三角网模型的基础上,改进了传统采空区三角网模型四面体算法,提出了以激光探头为中心点连接所有三角网的四面体累积求和算法,实现对采空区体积的精确求解。算法首先确定了四面体求解的中心点,通过中心点与三角网模型中的所有三角片面连接形成四面体,然后运用四面体的有向体积相加实现对采空区体积的求取。实际应用表明,改进后的采空区体积四面体算法具有精度高、适用性好等优点。     

Optech CMS在矿山采空区中的应用

三维激光扫描技术是测量技术的一次革命,使测绘数据的获取方法、测绘技术服务能力与水平、数据处理的方法进入一个新的发展阶段。利用三维激光扫描系统——Optech CMS在矿山采空区中采集数据有普通测量设备无法比拟的优势。结合CMS在某矿山采空区应用实验,本文介绍CMS的外业数据采集步骤、内业数据处理的流程、三维建模的方法,以及点坐标查询、模型体积查询及数据输出方法。     

复杂采空区多次探测的点云数据精简方法

 针对复杂采空区激光探测中存在探测盲区需要进行多次重复探测的问题,研究激光多点扫描的点云数据精简方法。通过多点探测避免了单次探测盲区,加密了数据稀疏区。通过分析激光扫描轨迹线的拓扑关系,归纳了点云数据的分布特点。在对比传统数据精简的基础上,提出了保留采空区几何特征更为有效的点云数据精简方法--边长角度综合判据法,将密集区域的点云数据进行稀释。验证结果表明,通过对比精简前后求得三维模型的体积、精简率等指标,认为该方法保证了边界三维信息的完整性,而且该方法的数据精简率可达15%~25%。为矿山复杂采空区激光扫描三维空间信息精简获取提供了一种新思路,可后续三维建模及应用奠定基础。     

矿山复杂巷道网络组件式三维建模方法

煤矿复杂巷道(曲线巷道、交汇巷道、变断面巷道)建模是巷道三维建模的难点.现有方法在基于导线测量数据重建复杂巷道网络、尤其是矿山常见的曲线交汇巷道仍存在不足.提出了一种巷道组件式三维建模方法.该方法针对煤矿巷道典型导线测量数据，通过巷道中心线建模、巷道双边线建模、巷道组件三维建模三个步骤，自动构建复杂巷道网络三维模型.实验结果表明，提出的方法鲁棒性好，建模时间随数据量增长呈线性稳定增长.建立的巷道网络三维模型可为智慧矿山建设中的空间、几何、力学等多种分析提供支持.     

基于X3DOM的矿山微震三维交互平台开发及其应用

针对矿山微震事件数据量大、来源复杂、多人异地操作不便等问题,基于X3DOM开发了矿山微震三维交互平台。该平台利用数据库存储采集的基础数据,为系统平台的建立提供支撑;使用Python语言调用Blender建模功能,生成井巷系统三维空间模型,并导出x3d文件;以X3DOM为技术框架,利用JavaScript调用三维井巷系统几何模型x3d文件、编写微震事件模型算法,实现矿山三维虚拟场景创建、微震事件交互展示等;同时,以Apache为网络服务器,形成在浏览器端登录网页,即可访问B/S模式的矿山微震三维交互平台。本文以山东某矿为例开展研究,结果表明:该平台支持多人在线同时访问,为用户提供了强有力的微震事件实时监测、采掘活动与微震事件相关性研究平台。     

基于网格分割的三维模型轻量化算法及构建

三维建模指通过三维制作软件构建出具有三维数据的模型。三维建模技术可以大大增加物体的真实感。传统的三维建模技术首先对真实物体进行抽象,用多边形构造物体的三维模型,往往伴随着缓慢的生成速度。为保证三维建模以及模型展现的效率,三维模型的轻量化技术必不可少。基于重复的网格分割算法通过发现重复单元来提高模型展现效率,但是该算法对于单连通模型的效果不佳,因此在引入几何描述符的基础上,提出一种基于网格分割的模型轻量化算法,该算法包括网格分割,单元匹配和网格重建三个环节,算法能够发现经过旋转,缩放,平移后的重复单元,很好的提高轻量化效率。实验表明,该分割算法在网格轻量化中可以取得较高的存储压缩率。     

基于语义的矿山多模型建模方法

矿山三维模型的构建方法复杂且多样,其应用范围也因需求的不同而具备多层次性的特点,以矿山地质过程和矿山三维建模算法为基础,提出了矿山建模的语义三维尺度概念,对语义环境下矿山空间多模型建模理论进行了探讨,以矿体品位模型为例,描述了基于语义的矿山多模型建模过程和方法.     

三维地质界面曲面建模关键算法

采用露头,钻孔以及地震等数据进行三维复杂地质界面建模,关键问题包括三维地质界面模型确定方法、地质界面接触关系处理方法。根据区块地质数据建立地质界面三角网格模型,处理地质界面之间复杂位置关系,为三维地质体建模提供约束面,清晰地描述并恢复地下构造。就三维复杂地质界面建模中的关键问题,提出基于几何拓扑关系的地质界面三角网格模型生成算法、地质界面空间位置判断算法。在算法中引入几何拓扑关系,降低算法实现的复杂性,增加算法实现效率。     

离散元法中的集料三维数字模型构建

基于三维建模及PFC 5.0平台Fish语言开发一种集料三维离散元模型构建方法.基于三维建模构建集料颗粒几何形态特征,将集料几何形态导入PFC 5.0平台构建可表征集料几何形态的clump模板;调用clump模板在一定空间内生成clump用于集料离散元模拟.为评价该方法的有效性及准确性,使用填充度评价clump表征集料几何形态的效果,并采用单元球体数量量化虚拟集料对计算效率的影响,分析几何形态精度与填充算法效率的关系以及填充算法参数对填充度以及单元球体数量的影响.研究结果表明:集料几何形态特征点数量为1 000～2 000能够发挥填充算法的优势;按照填充算法推荐参数生成的clump块体可以较好地平衡填充精度与计算效率.该方法可以实现低成本、高效率生成集料三维离散元模型,为进一步数字化试件仿真提供有力技术支撑.     

三维地质界面建模关键算法研究

采用露头,钻孔以及地震等数据进行三维复杂地质界面建模,关键问题包括三维地质界面模型确定方法,地质界面接触关系处理方法。根据区块地质数据建立地质界面三角网格模型,处理地质界面之间复杂位置关系,为三维地质体建模提供约束面,清晰地描述并恢复地下构造。本文就三维复杂地质界面建模中的关键问题,提出基于几何拓扑关系的地质界面三角网格模型生成算法,地质界面空间位置判断算法。在算法中引入几何拓扑关系,降低算法实现的复杂性,增加算法实现效率。     

采空区激光探测三维建模可视化集成系统CAD接口实现

根据自主研发的采空区激光探测三维建模可视化集成系统的功能,研究CAD通用dxf格式文件的数据储存特征,开发系统数据的CAD接口,实现由系统输出的采空区三维点云模型、空区剖面、三角网格实体模型和扫描线三维实体模型dxf文件的自动生成。研究结果表明:接口的研发不仅能够很好地实现集成系统与Auto CAD之间的数据对接,为矿山开展采空区周边相关开采工程设计带来极大的方便,而且能为其他CAD接口技术的研发提供借鉴。     

一种基于矢量拟合及神经网络的贴片天线建模技术

本文介绍了一种新的方法来创建一个快速的参数化神经网络模型,此模型在传统的神经网络基础上嵌入了SPICE兼容的等效电路模型[1-3]。此方法结合了矢量拟合技术[4,5]和空间映射[6,7]技术。此方法在贴片天线的建模过程中,首先我们用电磁仿真软件,例如HFSS或ADS等电磁仿真软件来产生神经网络训练所需要的Y参数。采用空间映射技术来完成器件几何尺寸参数到有理函数的系数零点和极点的映射。将得到的系数零点和极点转化为SPICE兼容的等效电路模型中,并提取出电路模型中的元件值。本技术的主要贡献是通过使用神经网络训练算法和空间映射技术解决了由零点和极点转化为等效电路模型时产生的负阻抗问题。此方法的优点是最终的神经网络模型可以表征一个很大的频率范围和很广的贴片天线几何尺寸。同时空间映射技术很好的解决负阻的问题。与电磁仿真器相比,此方法更加的快捷。与矢量拟合技术相比,此模型是以器件几何尺寸为变量的,最终的模型可用于做电路优化并可进行时域分析。     

基于SQL Server平台复杂地质体FLAC3D模型的构建

由于FLAC3D软件建立复杂三维地质体模型难度大、易出错,提出一种新的建模方法,即提取三维地质体建模数据并进行编辑成相应的表,把表导入SQL Server软件中,通过SQL查询语言生成FLAC3D可直接读取模型数据文件,从而实现在FLAC3D软件中准确、快速和自动化建立复杂三维地质模型的目的.通过云南某矿山的三维建模实例检验了该方法的可行性和高效性.结果表明:该方法在FLAC3D中建立复杂地质体模型具有一定的参考价值.     

基于八叉树的复杂矿体块段模型高效构建

针对复杂矿体结构模型三角形面片数量大、模型几何质量不高,致使基于结构模型构建块段模型非常耗时、鲁棒性不高等问题,提出通过三维到二维的转换方式,将体元与多面体内外关系的三维判断转化为在二维面上进行多边形区域内外点集筛选的方法,并结合栅格扫描法,实现三维复杂矿体的块段模型快速构建算法;通过引入伪八叉树作为规则网格与八叉树模型的桥梁,实现基于八叉树的块段模型高效构建.实验结果表明:该算法可以处理任意复杂矿体模型构建基于八叉树的块段模型,速度快、鲁棒性高,不仅适用于基于矿体结构模型构建块段模型,也适用于同类三维矢量数据向三维栅格数据的转换.     

基于Surpac和Phase^2耦合的采空区稳定性模拟分析

为了解决数值模拟计算中复杂建模和单元剖分等前处理难度大的问题,采用三维地学模拟与数值模拟耦合的方法,研究了Surpac和Phase2耦合采空区围岩稳定性模拟.结合某矿山复杂空区群的实际情况,应用Surpac建立了矿山地学三维模型,将数据转换后导入Phase2软件构建了数值分析模型,进行了数值模拟计算,并根据模拟计算结果对采空区的围岩稳定性进行了分析.结果表明,采用数据转换方法将Surpac和Phase2两者的优势充分结合起来,为岩土工程的稳定性数值模拟研究提供了一条新的有效途径.     

金属矿采空区精密探测与三维建模技术

传统的金属矿采空区探测方法只能开展对空区的二维探测,难以准确获取采空区三维空间形态、实际边界和体积大小,运用CMS空区精密探测系统及Surpac等数字化软件工具,在对柿竹园多金属矿的采空区进行现场探测的基础上,用探测数据建立采空区的可视化三维模型,获得采空区的三维空间形态、空间位置、实际边界,精确计算出采空区的体积和顶板面积,实现对采空区的三维精密探测,为矿山实施对空区的安全管理和控制、进行空区周边矿柱资源的有效回收提供参考.图6,表3,参10.     

一种数字矿山快速漫游的层次建模方法

针对虚拟数字矿山中三维场景渲染速度问题,以提高漫游过程细节层次的建模速度为目标,通过对三维场景中各模型的相关性定义,提出了一种快速结构分层建模方法。首先利用漫游场景中规则模型的视点相关性组织细节层次,通过结构分层有效组织和管理矿山漫游三维场景,从而减少场景程序文件容量;其次利用视点相关性提出的动态权系数算法,计算矿山各结构分层动态显示系数;以简单、快速的方式构建动态变化下的场景模型,实现数字矿山各结构块不同细节层次显示的虚拟漫游。实验结果表明,该方法能够有效减小程序文件,实现数字矿山三维场景的快速漫游。     

带参数校正模型的三维超声重建算法

在采用旋转扫描的三维超声系统中,基于传统的三维重建算法提出了一种带校正参数模型的三维重建算法.通过引入该参数模型,更加准确地描述了用于三维重建的二维序列图像的空间位置,从而可获得更高重建精度和更小几何变形的三维超声图像.校正参数模型通过参数优化的方法获得.该方法在模拟数据和实际三维超声数据中获得了验证,与传统三维重建方法相比,具有更高的重建精度,为在低制造精度下获得高精度三维超声图像提供了一种有效手段.