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5页
分析了激光扫描轨迹曲线的拓扑关系;研究了深部复杂环境下采空区激光探测结果中异常点:“坏点”和“噪声点”产生的环境因素。针对XYZ格式数据,基于四点插入法提出了坏点修正方法;基于二阶几何连续性提出了弦夹角和弦高比的噪声点过滤复合判据,利用阈值选择方法,过滤噪声点。工程验证表明:修正后空区内部形态、顶板边界更准确,体积修正约20~70m3,顶板高度提高1~2m左右,为空区安全预警提供依据。该算法逻辑简单、计算量小,为深部复杂环境下采空区三维边界信息精确获取提供了一种新方法。
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收稿日期:2013 - 05 - 07
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2012 BAK09B02 - 05);国家自然科学基金资助项目(51274250).
作者简介:熊立新(1983 - ),男,湖南长沙人,中南大学博士研究生;罗周全(1966 - ),男,湖南邵阳人,中南大学教授,博士生导师.
第35 卷第3 期
2 0 1 4 年 3 月
东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
Journal of Northeastern University(Natural Science)
Vo l. 35,No. 3
Mar. 2 0 1 4
doi:10. 3969 / j. issn. 1005 - 3026. 2014. 03. 030
深部复杂环境下采空区激光扫描异常点云数据修正
熊立新,罗周全,罗贞焱,谢承煜
(中南大学 资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083)
摘 要:分析了激光扫描轨迹曲线的拓扑关系;研究了深部复杂环境下采空区激光探测结果中异常点:
“坏点”和“噪声点”产生的环境因素
. 针对 XYZ 格式数据,基于四点插入法提出了坏点修正方法;基于二阶几
何连续性提出了弦夹角和弦高比的噪声点过滤复合判据,利用阈值选择方法,过滤噪声点. 工程验证表明:修
正后空区内部形态、顶板边界更准确,体积修正约 20 ~ 70 m
3
,顶板高度提高 1 ~ 2 m 左右,为空区安全预警提
供依据
. 该算法逻辑简单、计算量小,为深部复杂环境下采空区三维边界信息精确获取提供了一种新方法.
关 键 词:复杂环境;深部采空区;激光扫描;点云;数据修正
中图分类号:TD 76 文献标志码:A 文章编号:1005 - 3026(2014)03 - 0438 - 06
Data Amendment of Abnormal Point Cloud of Goaf by Laser
Scan in Deep Complex Environment
XIONG Li-xin,LUO Zhou-quan,LUO Zhen-yan,XIE Cheng-yu
(School of Resource & Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,China. Corresponding
author:LUO Zhou-quan,E-mail:k2001133 @ 163. com)
Abstract:The topology relationship of laser trace lines was analyzed. The abnormal points were
divided into two categories
:dead points and noise points. The environmental factors that affect the
dead point error in laser detection were analyzed. The 3D point cloud data were obtained as XYZ
format data files,and the data amendment algorithms for dead points were proposed based on
4-point interpolation. Moreover,the noise filtering algorithms for the minimal angle and string -
height ratio of noise points based on G2-continuity were proposed. The validation shows that the
volume,the exposed roof area and roof height are consistent with the reality after reconstruction.
For example,the volume revised about 20 ~ 70 m
3
,and the height of roof increased about 1 ~ 2 m.
The algorithms is simple logically and less time-consuming
,thereby providing a new method for
dealing with goaf point cloud data.
Key words:complex environment;deep goaf;laser scan ;point cloud;data amendment
深部隐患采空区是矿山安全生产重点监控
的危险源,三维激光扫描技术是采空区边界信息
获取的重要手段,可以对空间三维物体特征点快
速扫描,精确获取目标的空间三维信息
[1 - 2]
,具有
探测过程自动化程度高、数据精度高等技术特点,
便于结构复杂、非接触式场景的三维可视化建模
.
但是激光扫描收集的点云数据格式多样,数据点
分布不均匀,可能存在异常点,难以直接在原始数
据点的基础上进行曲面重构和三维建模
[3 - 5]
. 国
内外许多学者对此进行了大量的研究,
Cici 等
[6]
提出先对点云数据进行 Delaunay 三角剖分然后
进行处理的方法;董明晓等
[7]
提出了随机滤波方
法;王青等
[8]
提出了利用复合二次插值函数处理
法;还有对局部或边缘点云数据进行优化的方法,
如文献[9 - 10]. 这些研究中探测的对象都是在
地面以上,边界形状规则,探测环境相对较好,所
获数据中噪声点判断特征较明显
.
国内许多矿山都已经进入深部开采,生产条
件复杂,地下工程处于“ 三高一扰动”的特殊力学
环境,岩爆、流变和底板突水等非线性动力学灾害
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