©IntelMining撰稿
原文：赵 琳, 张元生, 刘冠洲. 矿山三维巷道参数化建模方法研究与应用[J]. 金属矿山, 2024, 53(10): 188-.
在矿山行业，随着科技的飞速发展，数字化、智能化已成为不可阻挡的趋势。想象一下，如果你能够直观地看到矿井下的每一条巷道，了解它们之间的空间关系，是不是会让开采工作变得更加安全、高效？今天，我们通过矿冶科技集团有限公司赵琳等发表在《金属矿山》期刊上的论文《矿山三维巷道参数化建模方法研究与应用》，来聊聊矿山三维巷道参数化建模这一前沿技术，看它是如何改变矿山开采的，以及它背后的科学原理和应用实例。
在数字矿山的大家庭里，矿山巷道的三维可视化是一个举足轻重的成员。它不仅是我们进行相关应用研究的基础，更是矿山管理者和生产者手中的一把利器。想象一下，传统的矿山开采，往往依赖大量的纸质图纸和人工测量，不仅效率低下，还容易出现误差。而有了三维可视化技术，我们就可以像看电影一样，直观地看到矿井下的复杂环境，为安全生产和智慧化管理提供强有力的支持。
然而，传统的三维巷道建模方法并不完美。它们大多依赖于采掘工程平面图，将导线测量点作为巷道中线点，经过一系列复杂的操作后生成三维模型。这种方法存在诸多问题：
人工干预高：需要大量的人工操作，不仅费时费力，还容易出现人为错误。
灵活性差：模型一旦生成，修改起来非常麻烦，难以满足矿山开采过程中不断变化的需求。
依赖建模软件：过度依赖特定的建模软件，一旦软件出现问题，整个建模工作都可能受到影响。
针对这些问题，研究人员们开始探索更加高效、智能的建模方法，其中，参数化建模技术脱颖而出。
1. 什么是参数化建模？
参数化建模是一种基于数学和算法的高效建模方法。它通过对巷道进行抽象，提取出关键参数，如巷道长度、宽度、高度等，然后通过算法自动生成三维模型。这种方法不仅大大提高了建模效率，还使得模型更加易于编辑和修改。
巷道空间拓扑结构建模流程
2. 参数化建模的关键技术
（1）导线点数据处理
在井下开采环境中，导线测量是获取巷道数据的主要方式。然而，在一些巷道转折处和分叉口处，往往缺少导线点。为了解决这个问题，研究人员们开发了一种基于搜索算法的虚拟导线点补充插值技术。通过这项技术，我们可以在缺少导线点的地方自动补充虚拟导线点，从而构建出完整的巷道空间拓扑网络模型。
（2）基于角平分线对称的建模法
在巷道相交处和分叉口处，传统的建模方法往往难以保证模型的连通性和平滑拼接。而参数化建模技术则采用了一种基于角平分线对称的建模法。这种方法根据任意两条相交巷道沿角平分线对称的特点，通过算法自动调整巷道相交处的形态，使得模型在相交处和分叉口处能够平滑拼接，且连通性良好。
（3）不同形态断面巷道的集成建模
在矿山开采过程中，巷道的形态往往多种多样，有直的、弯的、分叉的等等。传统的建模方法往往难以处理这些复杂形态。而参数化建模技术则通过集成方法，实现了不同形态断面巷道的集成建模，并基于 WebGL 及其 3D 引擎 three. js 对模型进行可视化显示。无论巷道形态如何复杂，我们都可以通过参数化建模技术快速生成精确的三维模型。
直巷道模型
弯曲巷道模型
分叉路口巷道模型
立井与平巷集成模型
说了这么多理论，可能大家还是感觉有些抽象。接下来，我们就通过一个具体的应用实例来感受一下参数化建模技术的魅力。
案例：陕西省神木市某矿井的三维建模
这个矿井位于陕西省神木市北部，采用平硐开拓方式。矿井内有主、副两条平硐，平硐见煤后沿地方煤矿开采区边界东西向布置各煤组开拓大巷。为了更好地进行开采工作，矿井管理者决定采用参数化建模技术来生成三维巷道模型。
研究人员们首先利用AutoCAD软件在采掘工程平面图中提取了导线点数据和巷道中线数据，并在属性表中对应位置赋了属性值。然后，他们通过导线点数据处理技术，对缺少导线点的地方进行了虚拟导线点的补充插值。接着，他们采用基于角平分线对称的建模法，处理了巷道相交处和分叉口处的连通性和平滑拼接问题。最后，他们通过集成方法，实现了不同形态断面巷道的集成建模，生成了完整的三维巷道模型。
三维巷道模型
生成的三维巷道模型效果非常显著。巷道空间拓扑网络模型各个导线点处的拓扑连接关系正确无误；巷道相交处和分叉口处的连通性和平滑拼接效果良好；模型能够直观地展示巷道的真实形态和巷道之间的空间关系。这为矿井管理者和生产者提供了重要的数据信息支持，方便他们进行辅助决策和安全生产管理。
参数化建模技术在矿山三维巷道建模领域已经取得了显著的成果，但它的发展并没有止步。未来，我们可以期待以下几个方面的突破：
提高建模精度和效率：随着算法的不断优化和计算能力的提升，我们可以进一步提高参数化建模的精度和效率，使得生成的模型更加符合实际情况。
拓展应用范围：除了巷道建模外，参数化建模技术还可以应用于矿山的其他领域，如矿体建模、地质构造建模等。这将为矿山的数字化、智能化建设提供更加全面的支持。
实现动态更新：随着矿山开采工作的进行，巷道形态和空间关系会不断变化。未来，我们可以探索实现三维模型的动态更新技术，使得模型能够实时反映矿山的实际情况。
结语
参数化建模技术为矿山三维巷道建模带来了新的思路和方法。它不仅提高了建模效率和精度，还使得模型更加易于编辑和修改。通过具体的应用实例，我们可以看到参数化建模技术在矿山开采中的巨大潜力。相信在不久的将来，它将成为矿山数字化、智能化建设的重要支撑力量，为矿山的安全生产和智慧化管理贡献更多的智慧和力量。
@打造矿业科技综合服务平台www.intelmining2018.com
❖免责声明：所载内容来源网络、微信公众号等公开渠道，转载稿件版权归原作者、机构所有，转载仅供参考、交流等非商业目的，如有侵权，请联系我们删除。
