[发明专利]基于GPS数据的露天矿山道路网自动构建方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及露天矿山道路构建领域，具体涉及一种基于GPS数据的露天矿山道路网自动构建方法及系统。

背景技术

露天矿山道路网是一种真实反映露天矿山道路地理位置信息及道路间拓扑关系的路网，是露天矿山卡车调度系统及矿山设备运营监控管理的基础。随着信息化智能化在矿山中的应用和发展，对露天矿山道路网自动构建和快速更新的需求日益迫切，现有露天矿山道路网构建技术存在诸如自动化程度低、周期长、成本高和精度差等问题，从而导致露天道路网构建跟不上实际发展变化的窘境。

现有的道路网构建方法主要分为两类：一类是传统的测绘方法，存在着自动化程度低、周期长、成本高等缺陷，同时由于矿山开采的不断推进，矿山道路网变动频繁且无规律可循，导致该类方法无法有效用于露天矿山实际生产应用；另一类是基于GPS数据采集的路网构建方法，许多研究学者在GPS数据的基础上研究了城市道路网的自动构建方法，且取得了一定的成果，但尚且无人研究针对露天矿山道路网的自动构建。

史文欢提出一种基于GPS定位的道路网络栅格数字地图自动生成方法，该方法生成的是一种栅格数字地图，缺乏道路网拓扑关系信息，无法满足露天矿山卡车调度的需求；张健钦提出的一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法及孙棣华提出的一种利用城市浮动车辆GPS数据生成道路路网矢量地图方法，此类方法均只适用于城市道路网的自动构建，方法中或者以公交站点作为参考，或者以城市道路线路较为固定作为前提，无法应用于露天矿山道路网的复杂情况；史文中提出一种基于机载LIDAR和GIS协同的三维道路生成方法，该方法主要研究道路点云裁切、高架桥道路自动分层和高程内插等，露天矿山道路均不存在上述问题，故该方法也无法适用。

针对上述现象，亟需一种快速准确的自动构网方法，解决基于GPS数据的露天矿山道路网自动构建问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于GPS数据的露天矿山道路网自动构建方法及系统，能够实现露天矿山道路网的自动和准确构建。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于GPS数据的露天矿山道路网自动构建方法，包括：

S1.根据预先采集的露天矿山道路网的GPS点数据，使用散点Delaunay三角化算法，构建GPS点数据的初始三角网；

S2.对初始三角网进行过滤，得到道路三角网；

S3.提取道路三角网的开口线，构建道路双线网，形成一个道路多连通域；

S4.使用多连通域三角化算法，构建道路多连通域三角网；

S5.遍历道路多连通域三角网中的三角形，提取出各三角形的特征点；

S6.根据道路多连通域三角网中各三角形与相邻的三角形的关系连接特征点，形成露天矿山道路拓扑网络，完成露天矿山道路网的自动构建。

进一步地，所述步骤S2对初始三角网进行过滤，得到道路三角网，包括：

遍历初始三角网中的所有三角形，去除面积大于阈值S_max的三角形；

遍历剩余的三角形，去除周长大于阈值L_max且最小内角小于阈值A_min的三角形，得到道路三角网。

进一步地，所述步骤S3提取道路三角网的开口线包括：

遍历道路三角网的所有三角形，将各三角形的三条边中不与其它任何三角形相邻的边提取出来，实现道路三角网开口线的提取。

进一步地，所述步骤S4使用多连通域三角化算法，构建道路多连通域三角网，包括：

利用多连通域中的多边形的顶点和边的拓扑关系构建三角形，形成多连通域的三角网。

进一步地，所述步骤S5遍历道路多连通域三角网中的三角形，分别提取出各三角形的特征点，包括：

根据Pt(x,y)＝(x1+x2+x3*2,y1+y2+y3*2)/4提取出各三角形的特征点；

其中，Pt(x,y)是三角形的特征点，(x3,y3)是三角形最小内角对应的点，(x1,y1)和(x2,y2)是三角形的另外两点。

进一步地，所述步骤S6根据道路多连通域三角网中各三角形与相邻的三角形的关系连接特征点，形成露天矿山道路拓扑网络，完成露天矿山道路网的自动构建，包括：

判断多连通域三角网中的各三角形与其相邻的其他三角形之间的关系；

若三角形的三条边均与其它三个三角形相邻，则该三角形为种子三角形，根据种子三角形及其相邻的三个三角形的关系连接特征点形成岔路；其中，道路在种子三角形处出现分叉；