[发明专利]一种基于实测腰线数据的地下连通巷道精细建模方法

权利要求书

1.一种基于实测腰线数据的地下连通巷道精细建模方法，包括以下步骤：

步骤一：测量矿山巷道的顶板中心线、底板中心线以及两侧腰线上点的三维坐标；

步骤二：将实测的腰线点的三维坐标根据底板中心线调整高程，得到巷道的闭合底板边界线；

步骤三：根据步骤一中获得的顶板中心线，建立结点-路径网络拓扑关系图，提取结点-路径网络拓扑关系图中的连通路径；在连通路径和底板边界线间，根据断面参数，分区构造局部断面轮廓线；

步骤四：根据步骤三中获得的局部断面轮廓线，提取相邻轮廓线间的空间网格，并对空间网格进行数据加密，添加过渡轮廓线，最后对空间网格进行曲面三角化；

空间网格的提取方法为：

4-1-1)沿着连通路径依次得到相邻的两个结点n_b和n_c，并根据断面参数构造局部断面轮廓线L(f₁,f₂,...,f_p-1)以及R(r₀,r₁,...,r_q-1)；

4-1-2)获取结点n_b和n_c之间的顶板中心线U(u₀,u₁,...,u_m-1)；

4-1-3)对底板边界线建立KD树，通过KD树查找底板边界线中距离n_b和n_c的最近点b_b、b_c点，获取这b_b、b_c点之间的底板边界线B(b₀,b₁,...,b_n-1)；

4-1-4)将断面轮廓线L、R作为空间网格的左、右轮廓线，顶板中心线U和底板边界线B作为空间网格的上、下轮廓线，从而构成空间网格；

空间网格的数据加密与添加过渡轮廓线的具体过程为：

4-2-1)在顶板中心线U和底板边界线B中间添加q条过渡轮廓线，且每条过渡轮廓线有n个点，添加方式为：

构造符合从U到B变化趋势的q条轮廓线C_ub：设源轮廓线为U，目标轮廓线为B，在点u_i处积累的长度为UL_i，U的总长度为UL，则t_ui＝UL_i/UL，t_ui代表点u_i在轮廓线U上的位置，同理可求得t_bi、t_fi、t_ri，t_bi代表点b_i在轮廓线B上的位置，t_fi代表点f_i在轮廓线L上的位置，t_ri代表点r_i在轮廓线R上的位置；根据同步前进法确定L、R之间和U、B之间的点对映射关系，假设L、R之间有对应点f_s与r_d，U、B之间有对应关系点为u_i与b_e，定义获取第k条轮廓线C_ubk的第j个插值点的参数t_j函数关系如下：

t_j＝t_uit_rd+(1-t_ui)t_fs (1)

t_j表示为存在左右轮廓线L、R约束情况下，轮廓线C_ubk映射点函数的参数公式；

则位于C_ubk上的点满足的关系：

c_k＝t_jb_e-(1-t_j)u_i (2)

点c_k是u_i与b_e对应点之间的第k个插值点，C_ubk轮廓线上共有n个点；

4-2-2)对C_ubk进行函数转换，以满足从L到R之间的实际变化趋势、拟合曲面，转换后的轮廓线为D_ubk；记Map:C_ubk→D_ubk为C_ubk，D_ubk间的一一映射关系，那么，对于任意点c_k(x_c,y_c,z_c)及其映射点对Map(c_k)＝d_k(x_d,y_d,z_d)，则有相关定义：

Δc_k＝d_k-c_k (3)

由D_ubk的初始点d₀对应于L上的点f_s，结束点d_n-1对应于R上的r_d，可知：

Δc₀＝f_s-c₀ (4)

Δc_n-1＝r_d-c_n-1 (5)

按线性插值，则：

Δc_k＝t_uiΔc₀-(1-t_ui)Δc_n-1 (6)

由公式(5)、(6)可得：

d_k＝c_k+t_uiΔc₀-(1-t_ui)Δc_n-1 (7)

由以上过程求出q条过渡轮廓线上每个点对应的坐标；

步骤五：将步骤二中获得的闭合底板边界线分解为多个单调的多边形，并对其每个多边形进行三角化；

步骤六：合并步骤四、步骤五中所有的局部三角化模型，得到连通的地下巷道实体模型。