一种用于无人化采掘工作面的三维模型自动更新方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿山无人化采掘工作面模型更新领域，具体涉及一种用于无人化采掘工作面的三维模型自动更新方法。
【背景技术】
[0002]无人化采掘工作面的三维模型自动更新是适时精准建模的重要环节，其自动动态更新的效果直接影响到无人化采掘切割路径的控制。与采煤机切割相关的采掘工作面的三维模型自动更新方法与技术在国内外很少有相关研究报导，已有的研究大都是与采煤机切割无关的地质体可视化中三维模型更新或修正的技术与方法。其中与本方法最近似的实现方法是，“基于采煤机滚筒位置的煤壁模型动态更新”和“采空区三维模型实时更新”:建立工作面前方的煤层模型时，把煤壁面部分的网格进行细分，随着工作的推进、煤机滚筒位置和切割深度的信息反馈，自动调整网格点的坐标，利用自动纹理映射技术，自动完成煤壁模型的实时更新;利用采煤工作面的各种位置监测信息，结合矿山地理信息系统，就可以通过蓝光后台建模系统自动完成采空区的二维填图和三维建模。
[0003]与采煤机切割无关的地质体可视化中三维模型更新或修正的技术与方法，由于没有考虑采煤机的切割过程，不适用于采煤机切割过程中无人化采掘工作面的三维模型自动更新。“基于采煤机滚筒位置的煤壁模型动态更新”和“采空区三维模型实时更新”，存在以下缺点:
[0004]1、该方法没有说明具体应用于哪种回采工作面。
[0005]2、该方法建立工作面前方的煤层模型时，建立的煤层网格细分模型，并没有考虑细分的标准与采煤机的截深信息相结合。
[0006]3、该方法在进行煤壁模型实时更新时，自动调整网格点的坐标，没有考虑采煤机切割点的计算问题。
[0007]4、该方法没有考虑局部增量更新和边界缝合问题。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于无人化采掘工作面的三维模型自动更新方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]一种用于无人化采掘工作面的三维模型自动更新方法，按照如下步骤进行:
[0011 ]步骤I:依据设计阶段的数据，建立参数化控制网格细分的回采工作面模型，参数化控制细分网格小于采煤机截深，并对参数化控制网格细分的回采工作面模型进行渲染；
[0012]步骤2:依据设计阶段的数据，建立网格细分分段掘进工作面及掘进巷道模型，并对网格细分分段掘进工作面及掘进巷道模型进行渲染；
[0013]步骤3:判断回采工作面是否在开采施工；
[0014]若:判断结果是回采工作面在开采施工，则执行步骤4;
[0015]或判断结果是回采工作面没有开采施工，则执行步骤6;
[0016]步骤4:局部更新回采工作面模型；
[0017]在回采工作面网格细分模型的基础上，根据施工阶段的测量数据，局部更新回采工作面模型，并对回采工作面模型进行渲染;按照如下步骤进行:
[0018]步骤4.1:对正在施工的回采工作面模型开始切割，具体包括:
[0019]步骤4.1.1:定位切割点；
[0020]步骤4.1.2:移动切割点；
[0021]步骤4.1.3:更新纹理坐标；
[0022]步骤4.2:判断是否割完一刀；
[0023]若:判断结果是割完一刀，对回采工作面模型更新并进行渲染；
[0024]或判断结果是没有割完一刀，则执行步骤4.1;
[0025]步骤5:建立采空区模型；
[0026]采煤机沿回采工作面割完一刀后，推进一个回采工作面截深，依据被切割的回采工作面模型建立采空区模型，并对采空区模型进行渲染；
[0027]步骤6:判断掘进工作面是否在掘进施工；
[0028]若:判断结果是掘进工作面在掘进施工，则执行步骤7;
[0029]或判断结果是掘进工作面没有掘进施工，则执行步骤8;
[0030]步骤7:局部更新掘进工作面以及掘进巷道模型，具体包括:
[0031 ]步骤7.1:判断新掘进巷道与原掘进巷道是否连接；
[0032]若:判断结果是新掘进巷道与原掘进巷道连接，则执行步骤7.2;
[0033]或判断结果是没有新掘进巷道与原掘进巷道连接，则执行步骤7.5;
[0034]步骤7.2:建立新掘进巷道的三维模型；
[0035]步骤7.3:只对新掘进巷道中的交叉点进行更新，实现原掘进巷道与新掘进巷道的连接，具体包括:
[0036]步骤7.3.1:读取新掘进巷道的点、连接关系以及属性信息，确定交叉点数为I的新掘进巷道节点；
[0037]步骤7.3.2:判断新掘进巷道中交叉点数为I的节点是否与原掘进巷道的某点、某边相连接或者与原掘进巷道不相连；
[0038]若:判断结果是新掘进巷道中交叉点数为I的节点与原掘进巷道中的某点相连接，则设新掘进巷道的第i个节点与原掘进巷道的第j个节点相连，从新掘进巷道的高程点表中找到第i个节点的交叉点号、独立巷道号、断面类型以及属性信息，从原掘进巷道的高程点表中找到第j个节点的交叉点号、独立巷道号、断面类型以及属性信息，重新建立新交叉点三维模型并渲染；
[0039]或判断结果是新掘进巷道中交叉点数为I的节点与原掘进巷道中的某边相接，则设新掘进巷道的第i个节点与原掘进巷道的第k条边相连，从新掘进巷道的高程点表中找到第i个节点的交叉点号、独立巷道号、断面类型以及属性信息，从原掘进巷道的边表中找到第k条边的独立巷道号、断面类型以及属性等信息，把第i个节点加入到原掘进巷道中，生成一个新交叉点三维模型，同时修改原掘进巷道的第k条边的巷道信息，并对新交叉点三维模型进行渲染；
[0040]或判断结果是新掘进巷道中交叉点数为I的节点与原掘进巷道不相连，则将新掘进巷道的三维模型与原掘进巷道的三维模型合并，实现巷道三维模型的整体缝合并渲染；[0041 ] 步骤7.4:转步骤8;
[0042]步骤7.5:对与掘进头相关联的巷道进行局部更新，具体包括:
[0043]步骤7.5.1:按掘进参数定位掘进点；
[0044]步骤7.5.2:移动掘进点，将移动后的掘进点设置为已移动标记；
[0045]步骤7.5.3:计算掘进点的纹理坐标，采用仿射变换技术重新计算移动点的纹理坐标；
[0046]步骤7.5.4:更新掘进巷道模型；
[0047]步骤7.5.5:利用自动纹理映射技术对掘进巷道模型重新进行渲染；
[0048]步骤8:判断掘进工作面模型更新是否结束；
[0049]若:判断结果是掘进工作面模型更新没有结束，则执行步骤3;
[0050]或判断结果是掘进工作面模型更新结束，则结束更新。
[0051 ] 优选地，在步骤4.1.1中，具体包括:
[0052]步骤4.1.1.1:计算采煤机的滚筒位置坐标；
[0053]设采煤机的滚筒位置为点Pl(Xl，yl，zl)，采煤机的滚筒半径为rl，以点Pl为圆心，以rl为半径生成圆周，并记录圆周上点的坐标{Cl，C2，"_Cn}；
[0054]步骤4.1.1.2:将在圆周内的煤壁面网格点作为切割点并保存到切割点列表；
[0055]步骤4.1.1.3:根据采煤机的运行状态参数，计算切割点的移动向量及长度。
[0056]优选地，在步骤4.1.3中，具体包括:
[0057]步骤4.1.3.1:计算映射面的法向量
[0058]从切割点列表中取出切割点，判断这些切割点是否共面，如果这些切割点共面则计算共面的法向量，并把切割点进行投影;如果这些切割点不共面，则使用最小二乘法算法拟合出一个平面作为映射面，计算映射面的法向量并把切割点投影到映射面上；
[0059]步骤4.1.3.2:三角剖分
[0060]找到与切割列表中的切割点相邻接，且没有发生移动的网格上的点，