煤堆测量工作中三维立体图生成法的运用研究,化工论文.docx

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1、煤堆测量工作中三维立体图生成法的运用研究,化工论文国家统计局颁布结果显示：2020 年我们国家煤炭消费量为 35.1 亿 t,占世界煤炭消费总量的 52%.华而不实用煤第一大户为电力行业，占 50%左右；钢铁、建材行业煤炭消费量分别为 15.9%和 14.9%.很多企业都设有自个的储煤场，例如：火力发电厂生产环节主要包括进煤、储煤、燃煤等，储煤作为 承上启下 的一环，牵制着发电厂的整个运行活动，准确地将储煤量报告给管理部门，对于保证企业的正常生产至关重要。三维立体技术作为一项简便、准确的煤堆测量技术，优势明显，当前正在被迅速推广和使用。 1 三维立体技术介绍 三维立体技术是利用先进的数码合成技

2、术制作相应的三维立体图像。选择清楚明晰的照片扫描到电脑里，之后利用电脑里的三维制图软件对其进行处理，得出一个和原物成比例的数字模型，其精到准确度超过 99%.当前在详细工程中，三维立体技术主要有下面 2 方面应用1. 1.1 数字地形建模 GIS 数字地形建模的本质是将地形外表信息进行数字化表示出，具有很强的空间位置和地形特征。该技术将地形放置在三维坐标系中，通过一系列的离散点来构建模型，当前在地理信息中应用广泛，和我们的关系也很密切，如 GPS、农业管理等。 1.2 虚拟现实 虚拟现实是利用计算机技术给人以逼真、自然的场景，属于一种大规模的场景建模技术，很多电影娱乐特效都是基于该技术开创建立

3、的，在以后的工程模拟和灾祸预测中必然会得到发展。 2 三维立体图生成法在煤堆测量工作中的应用 2.1 对矩形区域进行三角剖分 三角剖分是计算机图形和几何中的关键问题，其质量直接影响到计算的精到准确度，华而不实以 Delaunay三角剖分应用最为广泛。它的一个重要性质就是其外接圆不包括其他数据点，据此技术人员将煤场底面假定为矩形区域，之后进行散落点数据采集，最终建立煤堆三维立体图。 2.1.1 数据构造该算法的详细数据构造如下：每个数据点都以链表的形式储存，且对应着各自的 x、y 坐标值和高度值；边界点集由边界上的数据点构成，记录内容一样，不过随着剖分而作实时修改；内点集由区域内的点坐标构成链表

4、，也要进行实时修改；三角形集是剖面构成的三角形链表，链上的每个节点都记录着三角形顶点指针，根据逆时针排列2.三角剖分经过如此图 1 所示。 2.1.2 算法的实现数据收集完成后，就要对其进行算法处理，详细步骤如下： 1 根据原始数据点的所在区域对其参加一定的矩形边界，之后根据扫描步长生成边界的点集和边集，将其作为原始数据点集的组成部分。 2 在边界的边集中选取 x 值最小的点 即位于区域的最左端 作为基边，之后在右侧搜索第三点，使 cos P1P3P2获得最大值。 3 检查第三点，对边界的边集进行修改，如此图 2 所示，即在内点集不变的情况下删除原边界集中的边界边，增加新的边界点。 4 将三角

5、形的顶点号依次记录下来，并认真更新边界的边数、点数。假如内点数为 0,则讲明未完成的部分是一个具有边界点的多边形区域。 此时要以该多边形最小内角两条边和另外的两个顶点连接三角形，并对应地修改边界边数、点数、点集，记录三角形顶点号。假如内点数不为 0,而且边数大于 3,则继续从第二步开场；假如内点数为0,而且边数大于 3,则从第三步开场；假如都不是的话就结束三角剖分运算3. 2.2 煤堆三维立体图的生成 对三维数据点进行三角剖分后，再经过图形变换，就能够将三维数据点集用三维图形表示出来，其拓扑构造和平面域内的一样。在三维立体图中，轴测图能够比拟简单地进行绘制，一般也采用这种方式方法。轴测图是一种

6、单面投影图，其在 1 个投影面上能够同时反映出 3 个坐标面的形状，接近人们的视觉习惯，一般在设计中用轴测图来帮助构思和想象物体，以此来补充正投影的缺乏。 轴测图具有平行投影的所有特性：物体上相互平行的线段在轴测图上仍然是平行的；物体上两平行线段或同一直线上的两线段长度之比在轴测图上不变；物体上平行轴测投影面的直线和平面等于轴测图上的实长和实形。 轴测图的主要画法如下： 2.2.1 坐标法根据物体的特点建立适宜的坐标系，在坐标中画出各顶点的轴测投影，之后将各点连接组成其轴测图。详细步骤如下：确定坐标的原点和坐标轴；作轴测点，根据坐标次序将顶面各点的轴测投影连接；过顶面各点做 OZ 轴的平行线，

7、量取相应的高度，再连接起来即得到轴测图。 2.2.2 叠加法对于一些图形能够用叠加法来画出其各部分的轴测图，然后再进行整合。详细步骤如下：将物体分为可叠加的几个部分；定出原点位置，画出第一部分的轴测图，之后画出第二部分的轴测图；分别将第一部分和第二部分开槽和整理，最终得到该物体的轴测图。 2.2.3 切割法切割法首先将物体看作一定形状，画出其轴测图，之后根据物体构成的经过对其进行切割，依次画出被切割后的形状4.在煤堆三维立体图生成经过中，主要应用坐标法和相应的矩阵变换方式方法，最终构成数据点集的三维图形。 2.3 消隐处理 三维图形要有明确的意义和真实感，因而要对其不可见部分进行消隐处理。煤堆

8、三维立体图一般由三角面片线框勾画，消除隐藏线对于增加其真实感是很有必要的。在煤堆立体图中，每个三角面片都有其外法线，外法线和 y 轴夹角是判定该外法线所在平面可见性的重要标准。当该夹角 90 U 180 且 cosU 0 时，该外法线所在平面不可见；当 0 U 90 且 cosU 0 时，该外法线所在平面可见。cosU 正负号的判定方式方法按式1进行，由公式能够看出 cosU 的符号由 B 决定5.cosU=UN1N=Ai+Bj+Ck 2式中：|N|为法向量 N 的模，恒为正值；U 为外法线与 y轴夹角；i、j、k 分别为 x、y、z 轴 3 个方向的单位向量；A、B、C 均为系数。 3 三维

9、立体图生成法在煤堆测量工作中的效果分析 选取 1 个 200 m 80 m 区域的煤堆进行测量。 首先利用激光扫描仪将煤堆的三维非规则数据场以图形形式展示出来，提高其可视性；然后将采集到的数据放入到三维图形中，整个计算经过不超过 3s,即可得到三维网格状构造图，如此图 3 所示。从布置仪器到得出结果，整个经过比传统方式方法用时少50%左右，而且其精度能到达小数点后五位单位为 m3，比传统手段提高了 15%,完全知足了实际使用要求。 4 结 语 煤堆测量作为用煤大户的一项基础性工作，在指导生产、布置企业资金等环节中起着非常重要的作用，积极运用先进技术提高煤堆测量工作的方便性和准确性是当前煤堆测量

10、工作的发展趋势。本文介绍的三维立体图生成法正是在计算机技术的基础上发展而来的，与传统煤堆测量方式方法相比，优势明显，为类似煤堆测量工作提供了参考。 以下为参考文献： 1 马爱莉。 三维重建技术在数字化煤场中的应用研究 D . 西安：西安工业大学，2018. 2 杨耀权，于希宁，施 仁。 煤场存煤量测量中煤堆三维立体图生成方式方法研究J . 动力工程，1999,19 2：76 - 78. 3 文 伟。 大型三维非规则数据场的显示及应用 D . 保定：华北电力大学，2001. 4 仇林庆，赵 君，卢中山，等。 煤堆体积自动测量装置的研制J . 东北电力学院学报，2000 4：71 - 73. 5 张健雄，蒋金豹，张建霞。 数字测量在煤堆储量测定中的应用J .中州煤炭，2003 6：30 - 31.