空区剖面的生成方法、装置及计算机设备与流程

1.本技术实施例属于采矿技术领域，特别是涉及一种空区剖面的生成方法、装置及计算机设备。


背景技术：

2.矿产资源地下开采形成的采空区是危及矿山安全生产的主要灾源之一，有效实施空区探测，准确获取空区的三维形态、空间位置、实际边界及体积大小等空间特征信息，是分析预测和监控因空区引发灾害、提高采矿设计和安全管理水平的重要基础性工作。
3.现有技术中，可以采用数字化工具对空区进行探测，构建出空区的三维模型。通过三维模型，可以对该空区进行深入的研究。在对空区的研究中，空区剖面具有重要的意义。空区剖面是通过对空区进行剖切而形成的一个平面，研究空区剖面可为在空区周边进行相关开采设计(如矿柱开采)等工作提供依据。例如，通过生成空区剖面，可以获得空区的实际边界，为设计矿柱开采方案提供依据。但是，借助于空区三维模型，如何准确地生成空区剖面却并不容易。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供了一种空区剖面的生成方法、装置及计算机设备，可以准确、高效地生成空区剖面。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种空区剖面的生成方法，包括：
6.构建空区三维模型，所述空区三维模型为实体三角网格模型，所述空区三维模型包括三角网格形式的多个三角形；
7.确定用于剖切所述空区三维模型的剖切模型，并采用所述剖切模型对所述空区三维模型进行剖切；
8.获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段；
9.根据所述交线段生成与所述剖切模型相对应的空区剖面。
10.可选地，所述确定用于剖切所述空区三维模型的剖切模型，包括：
11.检测在操作窗口中生成的用于剖切所述空区三维模型的剖切线段；
12.确定所述剖切线段在所述空区三维模型中的对应线段；
13.根据所述对应线段生成所述剖切模型。
14.可选地，所述根据所述对应线段生成所述剖切模型，包括：
15.确定所述操作窗口中的参考点以及所述参考点在所述空区三维模型中的目标点，所述参考点为所述操作窗口中位于所述剖切线外的任意一点；
16.计算所述对应线段指向所述目标点的垂线段的法向量，所述垂线段的法向量即为所述空区剖面的法向量；
17.根据所述垂线段的法向量，计算所述空区剖面的点法式方程，所述点法式方程用于表征所述剖切模型。
18.可选地，所述剖切线段包括第一端点和第二端点，所述对应线段包括第一对应点和第二对应点，所述第一对应点为所述第一端点在所述空区三维模型中的对应点，所述第二对应点为所述第二端点在所述空区三维模型中的对应点，所述计算所述对应线段指向所述目标点的垂线段的法向量，包括：
19.基于所述空区三维模型，获取所述第一对应点、所述第二对应点和所述目标点的坐标值；
20.根据所述第一对应点、所述第二对应点和所述目标点的坐标值，计算所述对应线段指向所述目标点的垂线段的法向量。
21.可选地，所述获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段，包括：
22.遍历多个所述三角形，分别确定任一所述三角形是否与所述剖切模型对应的平面相交；
23.若任一所述三角形与所述剖切模型对应的平面相交，则获取所述三角形与所述平面的相交点；
24.根据所述相交点生成所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段。
25.可选地，在根据所述相交点生成所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段之后，还包括：
26.采用所述交线段对所述三角形进行切分并生成新的三角形；
27.针对所述新的三角形，执行分别确定任一所述三角形是否与所述剖切模型对应的平面相交的步骤。
28.可选地，所述根据所述交线段生成与所述剖切模型相对应的空区剖面，包括：
29.组合每条所述交线段得到剖面轮廓线；
30.根据所述剖面轮廓线生成所述空区剖面。
31.本技术实施例的第二方面提供了一种空区剖面的生成装置，包括：
32.构建模块，用于构建空区三维模型，所述空区三维模型为实体三角网格模型，所述空区三维模型包括三角网格形式的多个三角形；
33.确定模块，用于确定用于剖切所述空区三维模型的剖切模型；
34.剖切模块，用于采用所述剖切模型对所述空区三维模型进行剖切；
35.获取模块，用于获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段；
36.生成模块，用于根据所述交线段生成与所述剖切模型相对应的空区剖面。
37.本技术实施例的第三方面提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面任一项所述的空区剖面的生成方法。
38.本技术实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面任一项所述的空区剖面的生成方法。
39.本技术实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面任一项所述的空区剖面的生成方法。
40.与现有技术相比，本技术实施例包括以下优点：
41.本技术实施例，通过构建包括多个三角形的空区三维模型，在采用剖切模型对该
空区三维模型进行剖切时，可以将剖切过程看作是对各个三角形的剖切，从而可以根据剖切模型与三角形是否相交，基于相交形成的交线段生成空区剖面。采用上述方法，降低了生成空区剖面的难度，有助于提高剖面生成的效率和准确性，可为在空区周边进行相关开采设计等工作提供准确的数据依据。
附图说明
42.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是本技术一个实施例的一种空区剖面的生成方法的步骤流程示意图；
44.图2是本技术一个实施例的另一种空区剖面的生成方法的步骤流程示意图；
45.图3是本技术一个实施例提供的一种确定剖切模型的示意图；
46.图4是本技术一个实施例的一种空区剖面的生成方法的步骤s204的示意图；
47.图5是本技术一个实施例的一种空区剖面的生成装置的示意图；
48.图6是本技术一个实施例的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
49.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本技术。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
50.下面通过具体实施例来说明本技术的技术方案。
51.参照图1，示出了本技术一个实施例的一种空区剖面的生成方法的步骤流程示意图，具体可以包括如下步骤：
52.s101、构建空区三维模型，所述空区三维模型为实体三角网格模型，所述空区三维模型包括三角网格形式的多个三角形。
53.需要说明的是，本方法可以应用于计算机设备，即本技术实施例的执行主体可以是计算机设备。该计算机设备可以具有建模功能，能够针对矿石回采等形成的空区构建出相应的空区三维模型。此外，该计算机设备还可以具有显示和输入功能的操作窗口，用于可视化地向用户展示构建出的空区三维模型，并通过接收用户在空区三维模型上的操作指令，实现与该操作指令相应的功能。如，对空区三维模型进行旋转、放大空区中某一视野、对空区三维模型进行剖切等等。
54.在本技术实施例中，空区三维模型可以是借助数字化工具，通过对空区进行现场探测获得相应的探测数据，采用探测数据进行建模得到的。作为本技术实施例的一种示例，可以采用空区监测系统(cms)对空区进行探测。
55.cms主要适用于井下采场及空区的探测和精密测量，采用cms系统探测空区效率高，探测结果可视化效果好。探测成果可直接用于计算空区体积和顶板面积、建立空区三维模型等，从而可进一步用于指导空区充填、矿柱爆破设计、回采贫损控制以及空区稳定性分
析等相关采矿管理和控制过程。
56.通常，采用cms对空区进行探测得到的探测数据为三维点云数据。根据cms的探测原理，这些三维点云数据可以按照一圈一圈地进行存储。因此，在基于三维点云数据构建空区三维模型时，可以按照存储圈建立点云之间的拓扑关系，从而建立起可准确反映空区形态的实体三角网格模型。该实体三角网格模型中包括有三角网格形式的多个三角形。
57.s102、确定用于剖切所述空区三维模型的剖切模型，并采用所述剖切模型对所述空区三维模型进行剖切。
58.在本技术实施例中，剖切模型可以是用于对已建立的空区三维模型进行剖切的一个平面模型，该剖切模型可以使用空间平面的点法式方程来表示。
59.根据解析几何的相关知识，空间中任意平面都可以表示为如下式(1)所示的点法式方程：
60.a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝0
……
(1)
61.其中，点m(x0,y0,z0)为平面上已知点，向量为平面的法向量。
62.如前所述，本技术实施例中的计算机设备可以提供操作窗口供用户输入相应的操作指令。在使用剖切模型对空区三维模型进行剖切前，用户应当在操作窗口中输入相应的操作指令，以生成该剖切模型。也就是说，在对空区三维模型进行剖切前，计算机设备可以根据用户在操作窗口中输入的操作指令，确定出空间中的一平面，然后使用该平面对空区三维模型进行剖切。
63.通常，希望用户直接在操作窗口中输入该平面中已知点的坐标及法向量坐标等参数来构建剖切模型难度较大。因此，本技术实施例允许用户直接在操作窗口中选点拉出一根线段类确定剖切模型。例如，用户可以在操作窗口中确定一基准点，然后以该基准点为端点拉出一根线段，然后计算机设备可以基于这根线段生成一平面。或者，用户也可以通过旋转、平移等操作将操作窗口中已知的一平面移动至目标位置，计算机设备可以以目标位置处的平面作为后续剖切空区三维模型的剖切模型。
64.在确定剖切模型后，计算机设备可以采用该剖切模型对空区三维模型进行剖切。由于空区三维模型是包含有多个三角形的实体三角网格模型，剖切模型对空区三维模型的剖切也可以看作是采用剖切模型对各个三角形的剖切。
65.s103、获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段。
66.在本技术实施例中，对于空区三维模型中的各个三角形，可以判断剖切模型在剖切时是否与该三角形相交。若二者相交，则可以相交形成的交线段。该交线段的端点即是剖切模型与三角形的相交点。
67.s104、根据所述交线段生成与所述剖切模型相对应的空区剖面。
68.在本技术实施例中，每个与剖切模型相交的三角形，均可以获得对应的一条交线段。全部交线段组合起来所得到的多边形即是剖面轮廓线，根据该剖面轮廓线即可生成相应的空区剖面。
69.在本技术实施例中，通过构建包括多个三角形的空区三维模型，在采用剖切模型对该空区三维模型进行剖切时，可以将剖切过程看作是对各个三角形的剖切，从而可以根据剖切模型与三角形是否相交，基于相交形成的交线段生成空区剖面。采用上述方法，降低了生成空区剖面的难度，有助于提高剖面生成的效率和准确性，可为在空区周边进行相关
开采设计等工作提供准确的数据依据。
70.参照图2，示出了本技术一个实施例的另一种空区剖面的生成方法的步骤流程示意图，具体可以包括如下步骤：
71.s201、构建空区三维模型，所述空区三维模型为实体三角网格模型，所述空区三维模型包括三角网格形式的多个三角形。
72.在本技术实施例中，空区三维模型可以是基于采用cms系统对空区进行现场探测所获得的三维点云数据构建的实体三角网格模型。该实体三角网格模型可以可视化的形式直观地向用户展示空区内部结构，亦可用于指导空区充填、矿柱爆破设计、回采贫损控制以及空区稳定性分析等相关采矿管理和控制过程。
73.s202、检测在操作窗口中生成的用于剖切所述空区三维模型的剖切线段。
74.在本技术实施例中，生成空区剖面前，需要首先确定用于剖切该空区三维模型的剖切模型。该剖切模型可以看作是空间中的一个平面，它可以通过点法式方程来表示。
75.通常，由用户直接在计算机设备中输入平面的上已知点的坐标及该平面法向量坐标等参数来确定剖切模型的难度较大。在本技术实施例中，可以采用拉线方式生成剖切模型。
76.在本技术实施例中，用户可以在计算机设备的操作窗口中确定一剖切线段，然后基于该剖切线段生成剖切模型。在具体实现中，用户可以首先在操作窗口中选择两点，基于该两点确定一条线段作为剖切线段。
77.示例性地，如图3所示，是本技术一个实施例提供的一种确定剖切模型的示意图。用户在操作窗口中选定两点可以是p1、p2，基于这两点生成的线段p1p2即是剖切线段。其中，p1是该剖切线段的第一端点，p2是该剖切线段的第二端点。
78.s203、确定所述剖切线段在所述空区三维模型中的对应线段。
79.剖切线段在空区三维模型中具有对应线段，该对应线段包括第一对应点和第二对应点。
80.如图3所示，剖切线段p1p2在空区三维模型中的对应线段为p1’
p2’
，该对应线段p1’
p2’
包括第一对应点p1’
和第二对应点p2’
。其中，第一对应点p1’
为剖切线段p1p2的第一端点p1在空区三维模型中的对应点，第二对应点p2’
为剖切线段p1p2的第二端点p2在空区三维模型中的对应点。上述两个对应点p1’
和p2’
形成的对应线段p1’
p2’
也就是后续用于对空区三维模型进行剖切的平面上的一条线段。
81.s204、根据所述对应线段生成所述剖切模型，并采用所述剖切模型对所述空区三维模型进行剖切。
82.在本技术实施例中，计算机设备可以基于对应线段生成剖切模型，也就是包含该对应线段的一个平面。需要说明的是，在基于某条线段生成平面时，该平面的方向可以是朝向任意方向的。用户可以根据实际需要，通过在计算机设备提供的操作窗口中对该平面的朝向进行调整，以获得符合实际需求的剖切模型。
83.示例性地，在初始时，计算机设备可以根据该对应线段随机生成一平面。然后，计算机设备可以根据检测到的用户针对该平面的指令，将该平面旋转至合适的方向。
84.在本技术实施例的一种可能实现方式中，如图4所示，根据所述对应线段生成所述剖切模型具体可以包括如下子步骤s2041-s2043：
85.s2041、确定所述操作窗口中的参考点以及所述参考点在所述空区三维模型中的目标点，所述参考点为所述操作窗口中位于所述剖切线外的任意一点。
86.s2042、计算所述对应线段指向所述目标点的垂线段的法向量，所述垂线段的法向量即为所述空区剖面的法向量。
87.s2043、根据所述垂线段的法向量，计算所述空区剖面的点法式方程，所述点法式方程用于表征所述剖切模型。
88.在本技术实施例中，在生成剖切模型前，可以在确定剖切线段的基础上，在操作窗口中确定一参考点，并确定该参考点在空区三维模型中对应的目标点。上述参考点可以是操作窗口中位于剖切线外的任意一点。结合图3所示，该参考点可以是图3中的q点，其对应的目标点为q’点。
89.由于空间中任意平面都可以表示为点法式方程，因此在确定参考点和目标点之后，计算机设备可以计算对应线段指向目标点的垂线段的法向量，这一条垂线段的法向量即为空区剖面的法向量。结合图3所示，该法向量也就是对应线段p1’
p2’
指向q’的垂线段的法向量
90.在具体实现中，可以基于空区三维模型，获取第一对应点、第二对应点和目标点的坐标值，也就是图3中(p1’
，p2’
，q’)的实际坐标。然后，根据上述坐标值，计算对应线段指向目标点的垂线段的法向量，进而求出与剖切模型对应的平面的点法式方程。
91.s205、获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段。
92.在本技术实施例的一种可能实现方式中，在获取剖切模型与多个三角形之间的交线段时，可以遍历多个三角形，分别确定任一三角形是否与该剖切模型对应的平面相交。若任一三角形与剖切模型对应的平面相交，则获取该三角形与该平面的相交点，并根据相交点生成剖切模型与多个三角形之间的交线段。
93.在具体实现中，对于任一三角形中的各个点，可以结合该点的坐标值与前述步骤计算得到的平面的点法式方程，来计算各个点与该平面的位置关系。通常，三角形上各个点与平面之间的位置关系可以包括改点位于平面上、该点位于平面的正区以及该点位于平面的负区三种情况。若经计算确定某个点位于该平面上，则可以认为改点所在的三角形与该平面相交，从而可以获取相应的交线段。
94.需要说明的是，当某个三角形被剖切模型对应的平面剖切后，该三角形将会被划分为一个三角形和一个四边形。对于四边形，通过连接该四边形的一条对角线，可以将其切分为两个三角形。因此，在本技术实施例中，在根据相交点生成剖切模型与多个三角形之间的交线段之后，还可以采用该交线段对三角形进行切分并生成新的三角形。针对新的三角形，可以继续执行分别确定任一三角形是否与剖切模型对应的平面相交的步骤。
95.s206、组合每条所述交线段得到剖面轮廓线；根据所述剖面轮廓线生成所述空区剖面。
96.在本技术实施例中，每个与剖切模型相交的三角形，均可以获得对应的一条交线段。全部交线段组合起来所得到的多边形即是剖面轮廓线，根据该剖面轮廓线即可生成相应的空区剖面。
97.采用本技术实施例提供的方法，无需输入具体的坐标值来生成剖切模型，而是可以基于用户在计算机设备上选定的任意两点，以拉线的方式生成剖切模型，极大地降低了
剖切模型的生成难度，提高了后续剖面生成的效率。
98.需要说明的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
99.参照图5，示出了本技术一个实施例的一种空区剖面的生成装置的示意图，具体可以包括构建模块501、确定模块502、剖切模块503、获取模块504和生成模块505，其中：
100.构建模块501，用于构建空区三维模型，所述空区三维模型为实体三角网格模型，所述空区三维模型包括三角网格形式的多个三角形；
101.确定模块502，用于确定用于剖切所述空区三维模型的剖切模型；
102.剖切模块503，用于采用所述剖切模型对所述空区三维模型进行剖切；
103.获取模块504，用于获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段；
104.生成模块505，用于根据所述交线段生成与所述剖切模型相对应的空区剖面。
105.在本技术实施例中，所述确定模块502具体可以用于：检测在操作窗口中生成的用于剖切所述空区三维模型的剖切线段；确定所述剖切线段在所述空区三维模型中的对应线段；根据所述对应线段生成所述剖切模型。
106.在本技术实施例中，所述确定模块502还可以用于：确定所述操作窗口中的参考点以及所述参考点在所述空区三维模型中的目标点，所述参考点为所述操作窗口中位于所述剖切线外的任意一点；计算所述对应线段指向所述目标点的垂线段的法向量，所述垂线段的法向量即为所述空区剖面的法向量；根据所述垂线段的法向量，计算所述空区剖面的点法式方程，所述点法式方程用于表征所述剖切模型。
107.在本技术实施例中，所述剖切线段包括第一端点和第二端点，所述对应线段包括第一对应点和第二对应点，所述第一对应点为所述第一端点在所述空区三维模型中的对应点，所述第二对应点为所述第二端点在所述空区三维模型中的对应点，所述确定模块502还可以用于：基于所述空区三维模型，获取所述第一对应点、所述第二对应点和所述目标点的坐标值；根据所述第一对应点、所述第二对应点和所述目标点的坐标值，计算所述对应线段指向所述目标点的垂线段的法向量。
108.在本技术实施例中，所述获取模块504具体可以用于：遍历多个所述三角形，分别确定任一所述三角形是否与所述剖切模型对应的平面相交；若任一所述三角形与所述剖切模型对应的平面相交，则获取所述三角形与所述平面的相交点；根据所述相交点生成所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段。
109.在本技术实施例中，所述获取模块504还可以用于：采用所述交线段对所述三角形进行切分并生成新的三角形；针对所述新的三角形，分别确定任一所述三角形是否与所述剖切模型对应的平面相交。
110.在本技术实施例中，所述生成模块505具体可以用于：组合每条所述交线段得到剖面轮廓线；根据所述剖面轮廓线生成所述空区剖面。
111.对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
112.参照图6，示出了本技术一个实施例的一种计算机设备的结构示意图。如图6所示，本实施例的计算机设备600包括：处理器610、存储器620以及存储在所述存储器620中并可
在所述处理器610上运行的计算机程序621。所述处理器610执行所述计算机程序621时实现上述空区剖面的生成方法各个实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s104。或者，所述处理器610执行所述计算机程序621时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块501至505的功能。
113.示例性的，所述计算机程序621可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器620中，并由所述处理器610执行，以完成本技术。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段可以用于描述所述计算机程序621在所述计算机设备600中的执行过程。例如，所述计算机程序621可以被分割成构建模块、确定模块、剖切模块、获取模块和生成模块，各模块具体功能如下：
114.构建模块，用于构建空区三维模型，所述空区三维模型为实体三角网格模型，所述空区三维模型包括三角网格形式的多个三角形；
115.确定模块，用于确定用于剖切所述空区三维模型的剖切模型；
116.剖切模块，用于采用所述剖切模型对所述空区三维模型进行剖切；
117.获取模块，用于获取所述剖切模型与多个所述三角形之间的交线段；
118.生成模块，用于根据所述交线段生成与所述剖切模型相对应的空区剖面。
119.所述计算机设备600可以是桌上型计算机、云端服务器等设备。所述计算机设备600可包括，但不仅限于，处理器610、存储器620。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是计算机设备600的一种示例，并不构成对计算机设备600的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机设备600还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
120.所述处理器610可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
121.所述存储器620可以是所述计算机设备600的内部存储单元，例如计算机设备600的硬盘或内存。所述存储器620也可以是所述计算机设备600的外部存储设备，例如所述计算机设备600上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等等。进一步地，所述存储器620还可以既包括所述计算机设备600的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器620用于存储所述计算机程序621以及所述计算机设备600所需的其他程序和数据。所述存储器620还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
122.本技术实施例还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述各个实施例所述的空区剖面的生成方法。
123.本技术实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述各个实施例所述的空区剖面的
生成方法。
124.本技术实施例还公开了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行前述各个实施例所述的空区剖面的生成方法。
125.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。