近年來，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、5G等技術(shù)的飛速發(fā)展及在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)迎來了智能化、無人化發(fā)展的巨大機(jī)遇并取得了一系列成果。但是，煤礦智能化開采距離真正的智能化、無人化還有很長的路要走，智慧煤礦與智能化開采是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，精準(zhǔn)地質(zhì)信息探測是當(dāng)前智慧煤礦建設(shè)中的重點(diǎn)研發(fā)方向之一。
巷道承載了礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電、逃生路徑等功能，巷道三維模型的快速獲取成為地質(zhì)透明化的重要一環(huán)，是煤礦智能化高效綠色開采的重要組成部分。
傳統(tǒng)巷道建模主要有3種
基于巷道頂?shù)装逯行木€和斷面建模；
基于巷道中心線和頂?shù)装暹吔缇€建模；
基于巷道中心線或者邊界線和高程建模。
一般步驟：
采集巷道測量數(shù)據(jù)(實(shí)測數(shù)據(jù)、斷面數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)去重、規(guī)格化、模型構(gòu)建、表面三角化、實(shí)體渲染。其中最重要的是采集巷道測量數(shù)據(jù):
一種方法是利用井下巷道的導(dǎo)線點(diǎn)并結(jié)合巷道的地質(zhì)寫實(shí)圖獲取數(shù)據(jù)并建模;
另一種方法是組織人力進(jìn)行巷道尺寸、煤層起伏情況等數(shù)據(jù)測量。
第一種方法的缺點(diǎn)是隨著礦井采掘活動(dòng)的進(jìn)行，巷道會(huì)產(chǎn)生一定的形變，導(dǎo)致地質(zhì)寫實(shí)、圖紙更新和建模需要定期重復(fù)；第二種方法的缺點(diǎn)是井下地質(zhì)寫實(shí)和測量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。
三維激光掃描技術(shù)
三維激光掃描技術(shù)可以快速獲取被測物體的表面三維坐標(biāo)，掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度高、密度大、包含反射強(qiáng)度等豐富的語義信息。借助點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以構(gòu)建復(fù)雜巷道模型。一般通過三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)集成了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性測量單元、一顆或多顆激光雷達(dá)、全景相機(jī)、里程計(jì)等傳感器，安裝在飛機(jī)、車輛、移動(dòng)小車等不同的載體上，可實(shí)現(xiàn)不同場景三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的快速獲取。受到衛(wèi)星定位信號(hào)及精度的影響，在信號(hào)較差的環(huán)境下(如地下停車場、隧道、煤礦井下等)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集及拼接是業(yè)界的難題。
對(duì)比分析傳統(tǒng)巷道建模方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，中煤科工西安研究院（集團(tuán)）有限公司透明礦井技術(shù)研究所利用三維激光掃描重建技術(shù)對(duì)構(gòu)建高精度透明工作面巷道模型提出了新的思路。在分析煤礦井下工況環(huán)境長距離三維激光掃描面臨的技術(shù)難題的基礎(chǔ)上，研究了三維激光掃描原理和空間點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法，并提出了透明工作面巷道三維激光掃描重建技術(shù)流程，通過三維激光掃描系統(tǒng)動(dòng)態(tài)標(biāo)定和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法；點(diǎn)云預(yù)處理技術(shù)中基于統(tǒng)計(jì)濾波法的大尺度噪聲濾波方法和基于移動(dòng)最小二乘的小尺度噪聲濾波算法；點(diǎn)云關(guān)鍵點(diǎn)提取與特征描述技術(shù)中SIFT特征檢測算法和FPFH特征描述算法；點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)中基于FPFH特征描述算法的粗配準(zhǔn)技術(shù)和基于迭代最近點(diǎn)算法的精配準(zhǔn)技術(shù)等方法提高了巷道建模精度和速度。同時(shí)利用自主研發(fā)的移動(dòng)式三維激光掃描系統(tǒng)從三維激光掃描施工流程、巷道點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、邊界輪廓線提取、巷道與工作面聯(lián)合建模等方面進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。結(jié)果表明，基于三維激光掃描技術(shù)的工作面巷道三維重建思路能為復(fù)雜巷道的快速三維掃描、重建提供一條可行的技術(shù)路徑。
來源：煤礦智能化綠色開采地質(zhì)保障
