*基金项目:国家重点研发计划项目(2016YFC0801601);国家自然科学基金重点项目(51534003).基于张量坐标转换的矿山巷道三维建模算法*杨海辉1,任凤玉2,张晶3(1.云南驰宏锌锗股份有限公司,云南曲靖市655011;2.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;3.昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明654093)摘要:巷道三维建模对实现矿山数字化、信息化及智能化意义重大。考虑巷道断面特征节点坐标计算常受限于坐标系的选择,引入张量运算法则,确定笛卡尔新旧坐标系转换关系。通过细化任意三心拱巷道断面特征节点,并利用断面底板中点及断面参数建立巷道三维建模算法。利用包含张量计算模块的Python语言编译计算代码,并导入以Python为脚本语言的开源动画软件Blender,实现了基于该算法的巷道三维可视化。结果表明,该算法可实现巷道断面特征节点的精确计算,并可快速建立任意方位巷道,且适用于圆弧巷道及交叉巷道的圆滑处理,对智慧矿山巷道特征提取具有一定的借鉴意义。关键词:地下矿山;巷道三维建模;张量坐标转换;弧形巷道;交叉巷道0引言矿山巷道三维建模可实现井下巷道布局的可视化,是直接获取巷道全面信息的有效途径,对井巷工程的设计、安全生产和施工决策等方面具有一定的现场指导意义,同时在数字化、信息化、自动化和智能化矿山体系建立中具有重大意义[12]。近年来,不少学者提出了多种矿山巷道三维建模算法。部分学者[35]借助三维拓扑结构的数据模型及数据结构进行研究,然而拓扑关系的建立需依据详实的点、线、面等数据,其研究过程与三维矢量的线框模型构建息息相关[67]。基于此,部分学者[811]研究巷道中心线加载巷道断面的方式来实现巷道自动建模,但此类方法在巷道交叉及拐弯处需特殊处理后方能实现圆滑过渡,而基于细化巷道断面特征节点计算得到的巷道断面[1213]则可直接实现巷道交叉及拐弯处的圆滑过渡,但该算法将坐标系固定,使得特征节点坐标计算较为繁复。考虑张量满足一切物理定律与坐标系选择无关的特性,本文基于张量的运算法则确定笛卡尔新旧坐标系转换关系,并将巷道断面特征节点坐标置换到新坐标系中,用以快速实现巷道断面特征点的精确计算,这一步骤可利用包含张量计算模块的Python语言实现,其后将计算代码导入以Python为脚本语言的开源动画软件Blender中,实现了巷道的三维可视化。1张量的坐标转换方法3个相互正交的单位基矢量ei可构成正交标准化基,是研究有限维及无限维空间的基础之一。矢量为一阶张量,其相应运算服从张量运算法则。空间每点处有3...
