近年來(lái)，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(lái)了智能化、無(wú)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(kāi)采距離真正的智能化、無(wú)人化還有很長(zhǎng)的路要走，智慧煤礦與智能化開(kāi)采是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，精準(zhǔn)地質(zhì)信息探測(cè)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(kāi)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€(xiàn)和斷面建模；

基于巷道中心線(xiàn)和頂?shù)装暹吔缇€(xiàn)建模；

基于巷道中心線(xiàn)或者邊界線(xiàn)和高程建模。

一般步驟：

采集巷道測(cè)量數(shù)據(jù)(實(shí)測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù):

一種方法是利用井下巷道的導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)并結(jié)合巷道的地質(zhì)寫(xiě)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(cè)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(xiě)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(xiě)實(shí)和測(cè)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(cè)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(yǔ)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(guò)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(cè)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(chē)輛、移動(dòng)小車(chē)等不同的載體上，可實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)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(chē)場(chǎng)、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(zhǎng)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(guò)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(cè)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(xiàn)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(lái)源：煤礦智能化綠色開(kāi)采地質(zhì)保障