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露天煤矿采场三维模型构建与应用研究

作　者: 陈虎维
导　师: 石金峰
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 露天矿采场三维模型模型更新时空数据库
分类号: TD824
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
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内容摘要

露天矿的开采过程是按照一定的剥采程序进行的，矿山工程的时空发展过程实质上是露天采场三维地理空间信息按照时间维度的动态变更过程。不论是开采设计、生产计划编制、工程测量验收，还是生产管理等技术工作，都是对描述剥、采、排矿山工程时空位置的露天采场三维地理空间信息数据的加工处理和控制的过程，因此建立露天采场精确的三维模型具有重要的理论和实际意义，该模型将是数字露天开采中的重要的基础地理空间数据，为露天矿的生产提供重要的基础地理空间信息和决策支持。归纳起来，本文主要完成了以下几项工作：(1)利用先进的GPS-RTK技术，进行露天矿采场和排土场的三维数据采集，并进行合理的数据编码，提高内业数据处理的自动化水平，通过数据逻辑检验与校正，交互式编辑后形成采场的现状平面图。(2)由于露天矿采场复杂特殊的地形特征，在建模过程中应充分考虑相应的约束条件，本文提出一次性约束三角网生成算法，经过空间数据提取、拓扑关系建立以及空间索引建立，最终建立起边界约束线以内的约束不规则三角网，大大提高了建模精度和分类算量精度，具有现实的理论意义和应用价值。(3)露天采矿过程引起采场地理空间数据的连续变化，采场三维模型的更新技术和方法是技术关键。本文提出扩展边界概念，利用扩展边界及上述三角网生成算法，可实现局部模型建立以及局部模型与整体模型间的无缝拼接，最终完成整体DEM模型的更新。(4)根据每月测量验收后获得的采场、排土场高精度的三维模型，本文采用基态修正模型来建立露天矿采场时空数据库，实现了露天矿采剥量的精确计算；结合虚拟现实技术实现开采过程的回放和生产计划的超前演示；实现了基于采场三维精细模型的采、排长（短）期生产计划编制，为数字露天矿建设提供了基础的地理空间信息框架与平台。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-15
  1.1 研究目的与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13
  1.3 研究内容  13-14
  1.4 论文结构  14-15
2 露天采场空间数据采集与处理  15-27
  2.1 采场外业数据采集方法  15-16
  2.2 空间数据编码  16-17
  2.3 数据预处理技术  17-26
    2.3.1 空间数据逻辑检验与校正  17-24
    2.3.2 采场/排土场数据交互编辑  24-26
  2.4 小结  26-27
3 露天采场三维精细模型构建方法  27-49
  3.1 传统数字地面模型构建方法  27-31
    3.1.1 数字地面模型建立方法分类  27-29
    3.1.2 不规则三角网构建方法分类  29-31
  3.2 顾及台阶特征的采场三维精细建模方法  31-32
  3.3 建模算法与流程  32-43
    3.3.1 Delaunay 三角网数据结构设计  32-33
    3.3.2 一次性约束三角网生成算法  33-39
    3.3.3 边数据存储结构优化设计  39-42
    3.3.4 实验及结果分析  42-43
  3.4 基于采矿计划的虚拟采场建模  43-48
    3.4.1 露天矿生产计划编制  44-45
    3.4.2 生产计划工程位置的圈定方法  45-46
    3.4.3 计划工程位置高程值的计算方法  46
    3.4.4 虚拟采场模型构建流程  46-48
  3.5 小结  48-49
4 采场模型的动态更新技术与方法  49-59
  4.1 露天采场模型的动态特性  49
  4.2 基于扩展边界的模型拼接原理  49-51
    4.2.1 扩展边界概念  49
    4.2.2 扩展边界自动提取算法  49-51
    4.2.3 基于扩展边界的模型拼接方法  51
  4.3 采场模型动态更新技术流程  51-52
    4.3.1 技术流程说明  51
    4.3.2 实验及结果分析  51-52
  4.4 基于基态修正模型的采场时空数据库建立  52-57
    4.4.1 时空数据库模型分类  53-55
    4.4.2 构建露天矿采场时空数据库  55-57
  4.5 小结  57-59
5 露天采场时空数据模型的应用  59-78
  5.1 采剥量的分类计算  59-63
  5.2 生产过程回放与超前演示  63-66
    5.2.1 虚拟现实技术  63
    5.2.2 VR 露天矿采场系统的构成  63-65
    5.2.3 利用 VR 实现采矿过程的回放和超前演示  65-66
    5.2.4 模型特点  66
  5.3 模型在生产计划编制中的应用  66-70
    5.3.1 短期生产计划  69-70
    5.3.2 长期生产计划  70
  5.4 数字露天矿的基础地理信息平台  70-76
    5.4.1 三维地质建模  70-73
    5.4.2 虚拟露天矿  73-76
  5.5 小结  76-78
6 结论与展望  78-80
  6.1 结论  78
  6.2 展望  78-80
参考文献  80-86
作者简历  86-87
学位论文数据集  87

露天煤矿采场三维模型构建与应用研究

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