复杂采空区三角网模型剖面轮廓线提取方法

 采空区是矿山安全生产面临的主要灾源之一,准确获取采空区剖面等信息是实施采空区灾害防治及空区周边资源安全开采的重要基础,而采空区三角网模型剖面轮廓线提取是采用可视化方法实现采空区剖面准确获取的前提。在分析目前常用的三角网模型剖面轮廓线提取方法（即最小距离法、扇形区域法和凸包算法）运用于提取边界复杂的采空区剖面轮廓线时存在缺陷的基础上,对传统的方法进行了改进,形成了适用于复杂边界采空区三角网模型剖面轮廓线的提取方法--凸包压入法。首先以垂直于任意坐标轴的平面剖切采空区三角网模型得到轮廓线的无序点集,提取无序点集的凸包线作为初始轮廓线,然后将包络于初始轮廓线内的点按张角最大的原则全部添加到轮廓线中,获得完整的剖面轮廓线,形成采空区剖面。实际应用表明,研究形成的算法能够快速有效地提取复杂采空区的剖面轮廓线,可准确获取复杂采空区剖面,具有很好的实用价值。     

采空区三角网格模型边界剖面线提取方法及其应用

在分析目前常用的三角网格模型边界剖面线提取方法运用于提取复杂边界采空区边界轮廓线时存在缺陷的基础上,对传统的凸包算法进行了改进,形成了适用于复杂边界采空区三角网格模型边界剖面线提取的新方法,即凸包压入法.首先,以垂直于任意坐标轴的平面剖切复杂采空区三角网格模型得到边界剖面线的无序点集,提取无序点集的凸包线作为初始轮廓线,然后将包络于初始轮廓线内的点按张角最大的原则全部添加到轮廓线中,获得完整的剖面轮廓线,形成复杂采空区剖面线.实际应用表明,所提算法能够快速有效地提取各种形态采空区的边界剖面线,可准确获取复杂采空区剖面并能够比较分析采空区的超挖、欠挖量,具有很好的应用价值.     

一种基于三维模型的矿体体积计算方法

目的提出一种矿体体积计算方法(积分法),解决采用平行剖面法对同一个矿体体积进行整体计算与分开计算存在差异的问题.方法采用周长投影法对相邻矿体的剖面轮廓线进行三角剖分,建立矿体三维模型.采用一组平行截面剖分矿体,当截面间距逼近零时,矿体薄片的体积之和近似等于矿体的真实体积.结果传统方法和积分法计算矿段体积时结果相差较大,原因是传统的平行剖面法计算矿段体积的原理是采用规则的几何形体的体积近似计算不规则形体体积,而积分法体积基于矿段三维模型的基础上进行,计算体积误差较小,通过积分法计算矿体体积,避免了体积整体计算和分开计算不一致的问题.矿段体积的收敛速度与平行截面间距有关,矿段体积随平行截面间距的减小而收敛.结论笔者提出的方法简单实用,适用性强,易于程序编制.     

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。     

基于GVF Snake和边界跟踪的主动轮廓图像分割

梯度向量流蛇(GVF Snake)模型在处理图像分割问题上取得了较好的结果,但它对初始轮廓曲线的依赖程度较大且梯度向量场计算时间较长,故此提出一种基于GVF Snake模型和边界跟踪的轮廓提取图像分割算法。该算法利用边界跟踪算法进行粗糙的分割,获取边缘位置有效信息点,经采样后生成一条初始轮廓线。同时,基于拉格朗日法求解梯度向量场的方法,提出一个距离终止条件以提高计算速度。实验结果表明,与GVF Snake、手动GVF Snake和CV活动轮廓算法相比,该算法有效提高了图像分割的自动化程度和分割精度。     

融合Kinect与GVF Snake的手势轮廓提取方法

针对Kinect相机在人体骨骼点采集时无法获取手势信息的不足,提出一种融合Kinect和GVF Snake的手势轮廓提取算法,可以提取出完整清晰的手势轮廓。此算法利用Kinect相机在人体信息采集中的优势,获取深度图像,定位手掌点与手腕点,由这两点计算手的旋转修正角度。以手掌点向外做八向搜索获取手掌包围盒切分出手区域。最后在包围盒上放置Snake初始轮廓线,通过GVF Snake模型迭代搜索,获取目标准确完整边界。对于深度图像在边缘数据急剧变化时出现的抖动、凹陷等缺点,选择先构建轮廓线再收敛的GVF Snake算法保证手势轮廓完整平滑。实验结果表明,该方法能够自动放置GVF Snake初始轮廓,准确跟踪手位置、精确收敛到手势轮廓,抗噪效果明显。     

基于鼻子下轮廓线的鼻尖定位法

提出了一种基于鼻子下轮廓线的鼻尖定位算法.该算法首先利用人脸先验知识和眼睛位置确定鼻子候选区域,然后用Canny算子抽出鼻子边缘,通过计算其置信度获取鼻子下轮廓线,最后采用最小二乘法拟合鼻子下轮廓线为抛物线,从而确定鼻尖位置.实验表明,本算法具有较高的鼻尖定位精度和应用价值.     

边缘强化的无需重新初始化的水平集分割模型

对Chan-Vese模型和Li等提出的不需初始化的基于变分的几何活动轮廓模型在水平集框架下的物理机制进行了分析,在考虑两种模型优缺点的基础上,提出一种新的基于水平集框架的图像分割模型.该模型整合了图像边缘的局部信息和区域的全局信息,数值计算过程中水平集不需要重新初始化.为了防止边缘信息深入到分割目标的内部,新模型利用Laplacian修正算子加大边缘信息在方程中的权重.实验表明,与CV模型相比,所提出的新模型分割效果和分割时间与初始轮廓线的位置和形状选取基本无关;在处理噪声图像、灰度值渐进多目标图像和边缘复杂图像等效果也优于CV模型和Li模型.     

聚类分析和活动轮廓模型相融合的图像分割算法

针对当前图像分割算法存在的分割误差大、 分割时间长及无法进行在线图像分割的不足, 提出一种基于聚类分析和活动轮廓模型相融合的图像分割算法. 首先, 对原始图像进行去噪处理, 采用聚类分析算法对原始图像进行粗分割, 将粗分割结果作为活动轮廓模型的初始轮廓线; 其次, 将活动轮廓模型根据初始轮廓线对图像不同区域轮廓进行拟合, 实现图像的精细分割; 最后与聚类分析算法、 活动轮廓模型以及当前经典图像分割算法进行对比测试实验. 实验结果表明, 本文算法克服了当前图像分割算法存在的缺陷, 提高了图像分割效率和精度, 对噪声不敏感, 并具有较强的鲁棒性, 图像整体分割效果显著优于对比算法.     

基于改进Snake模型的医学图像分割

活动轮廓模型(Snake模型)被广泛应用于医学图像分割之中,传统的Snake模型在分割图像时要求初始轮廓线必须给定在图像边缘附近,且难以收敛到凹陷轮廓。本文针对Snake模型的这点不足,通过改进外部能量项,提出了一种基于梯度矢量流活动轮廓模型的医学图像分割算法。该算法用梯度矢量流代替图像梯度进行外部能量的计算,克服了传统Snake模型力场范围小以及不能收敛于凹形边缘的缺点。实验结果表明:改进模型能够有效的分割心脏MRI图像,是一种有效的方法。     

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.     

聚类分析和活动轮廓模型相融合的图像分割算法

针对当前图像分割算法存在的分割误差大、 分割时间长及无法进行在线图像分割的不足, 提出一种基于聚类分析和活动轮廓模型相融合的图像分割算法. 首先, 对原始图像进行去噪处理, 采用聚类分析算法对原始图像进行粗分割, 将粗分割结果作为活动轮廓模型的初始轮廓线; 其次, 将活动轮廓模型根据初始轮廓线对图像不同区域轮廓进行拟合, 实现图像的精细分割； 最后与聚类分析算法、 活动轮廓模型以及当前经典图像分割算法进行对比测试实验. 实验结果表明, 本文算法克服了当前图像分割算法存在的缺陷, 提高了图像分割效率和精度, 对噪声不敏感, 并具有较强的鲁棒性, 图像整体分割效果显著优于对比算法.     

基于三维激光技术的路面坑槽多维度指标检测

为实现沥青路面坑槽深度、面积和体积等多维度指标的自动、准确检测,利用三维激光技术对室内坑槽模型进行扫描,基于Matlab软件对激光点云数据采用不规则三角网(TIN)平面插值法重构了坑槽三维模型,进而结合等高线提取确定了坑槽边界,实现了坑槽多维度指标自动计算;对比了不同坑槽多维度指标计算误差,研究了激光线纵向间距对计算误差影响规律.研究结果表明:坑槽深度、面积和体积指标的最大相对误差分别为3.96%、4.58%和4.74%;当激光线纵向间距从1mm逐渐增大至20mm时,坑槽多维度指标计算相对误差逐渐增加;当间距为5mm时,坑槽深度、面积和体积指标的最大相对误差分别为4.65%、6.32%和7.17%;当间距大于5mm后,坑槽三维重构模型逐渐失真并出现了部分缺失,从而导致多维度指标检测误差的增大;因此,为保证坑槽多维度指标检测准确度建议激光线纵向间距应不大于5mm;坑槽多维度指标准确获取将为路面破损层位判定、严重程度评价和修补材料估算提供依据.     

非层状矿体构模关键技术研究

针对非层状矿体三维建模的复杂性,讨论了非层状矿体三维建模中有关矿体表面和矿体块段建模基本算法.讨论了实体法建模中平行轮廓线建立非层状矿体表面模型的算法,并把该算法推广到了非平行轮廓线建模,针对利用轮廓线建立实体表面模型的问题,提出利用平面和剖面交叉的方法来产生控制线,以对矿体形态进行控制,进而利用连接轮廓线的方法来进行矿体表面建模.同时,阐述了利用三维普通克立格插值方法建立矿体内部块段模型的关键算法.最后利用VC 和OpenGL作为开发语言,从底层开发了三维非层状矿体建模的三维可视化软件,在某矿山得到了验证,对非层状矿山的实际生产起到了一定的指导作用.图5,参8.     

一种新的多轮廓线重构三维形体算法:切开-缝合法

综合评述了目前通过多轮廓线重构三维形体表面的算法研究现状,提出了一种新的多轮廓线重构三维形体算法切开-缝合法(CS).该法通过引入控制点对作为切口,将轮廓线对进行坐标转换和轮廓对应后,切开并铺展成两条平行直线段,通过寻求轮廓线对顶点的对应关系,生成了符合Delaunay法则的三维形体表面三角面片,解决了形状和顶点数目差异较大的相邻轮廓线重构问题,并将其应用到基于剖面的三维地质建模中.实践证明,该算法行之有效,且对解决相似问题具有一定启发性.     

基于MEC-D2D的分布式协同缓存方案

针对移动边缘计算服务器存储能力有限的问题,利用终端通信技术数据共享优势提出了一种基于动态规划的移动边缘计算与终端通信(MEC-D2D)协同内容缓存放置策略.首先分析协同通信模型中的内容流行度、缓存空间有限性以及干扰限制等因素对用户内容获取平均时延的影响;然后通过建立内容分段获取模型,以降低用户内容获取平均时延为优化目标;最后将缓存问题视为完全背包问题,并采用动态规划算法设计最优缓存分配方案.仿真实验表明所提缓存策略可有效降低用户内容获取平均时延.     

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.     

基于加速多维尺度变换算法的三维模型形变规范型计算方法

针对如何建立可有效表示三维模型,使模型在大尺度形变过程中保持等距不变特性,并能保留原模型几何细节特征的形变规范型这一问题,提出基于加速多维尺度变换算法的三维模型形变规范型计算方法。生成包含有三维几何模型体积信息的四面体网格模型,避免形变过程中由体积变化引起的模型失真;使用最远点采样算法对原模型上的顶点进行采样,获取更具代表性的顶点;使用加速多维尺度变换算法得到原始模型的初始规范型;利用三维模型注册的思想,通过建立能量函数并计算最优解的方法将输入的四面体网格模型按照初始规范型的姿态进行形变,从而得到保留输入模型几何特征的形变模型。实验结果表明,以四面体网格模型作为输入,经加速多维尺度变换算法计算得到的初始规范型为基础,通过三维模型注册能量函数的最小化求解过程,可以构建出保留更多原模型几何细节特征的形变规范型。和已有算法相比,加速多维尺度变换算法计算三维模型形变规范型的方法更适用于处理具有复杂几何结构的三维模型,可以得到姿态更为自然的模型形变结果,普适性较高。     

MSRM和Snake算法相结合的MRI肿瘤提取

提出一种将最大相似度区域合并(MSRM)算法与Snake算法相结合的新的分割方法,进而提取MR成像中的肿瘤区域。首先使用简单线性迭代聚类(SLIC)算法对图像进行超像素分割,其次使用MSRM算法得到图像肿瘤区域大致边界,最后将该边界作为Snake模型的初始轮廓线,完成对图像的肿瘤提取。实验结果表明,相比于MSRM算法,文中方法能更准确地提取MRI肿瘤区域,且不需要手动选取Snake模型的初始轮廓线。     

融合Canny算子和Snake模型的细胞轮廓提取

设计了一种融合Canny算子和Snake模型的细胞轮廓提取算法.算法首先采用基于区域生长的阈值分割方法确定Snake模型的初始蛇,然后将Canny的边缘定位法融入到Snake模型的贪婪算法中,使蛇最终逼近细胞的真实轮廓.实验表明该融合算法性能稳定,所提取的轮廓定位准确.特别是解决了虚假边缘和边缘断裂现象较为严重的细胞轮廓提取.