張正源

煤礦井下測量數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計

張正源

本文根據(jù)煤礦井下測量需求，以MATLAB軟件作為開發(fā)工具設(shè)計了一款針對井下測量數(shù)據(jù)處理的軟件，利用該軟件提高了測量數(shù)據(jù)計算效率及計算精度，取得了良好的應(yīng)用效果，在應(yīng)用中節(jié)省了工作時間并避免了人工計算所產(chǎn)生的誤差率。

MATLAB；測量數(shù)據(jù)處理；測量數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲；三維成像

1 研究背景與目的

測量數(shù)據(jù)解算是一項需要實際工作經(jīng)驗作為指導(dǎo)并需要認(rèn)真謹(jǐn)慎的工作態(tài)度對待的工作。在井下準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上，更需要科學(xué)高效的數(shù)據(jù)處理方式與之匹配使用，協(xié)助測量工程技術(shù)人員進(jìn)行日常解算以及數(shù)據(jù)對算，實現(xiàn)對井下巷道的數(shù)字化監(jiān)控和管理?；谝陨闲问胶托枰?，本文設(shè)計了一款井下數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，功能包括數(shù)據(jù)的錄入、存儲、計算和應(yīng)用等。完成了對井下采集測量數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲，以及計算處理過程的智能化，最終以更為直觀的方式給出計算測量結(jié)果，方便后續(xù)分析和應(yīng)用。

煤礦井下測量數(shù)據(jù)具有計算量大，要求精度高，由于測量任務(wù)的多樣性，往往需要設(shè)計有針對性的數(shù)據(jù)處理軟件。而現(xiàn)有的處理軟件大多是針對大地測量，路橋測量和海洋測量的，煤礦生產(chǎn)測量方面的適用性差，而比較流行的幾款軟件都是由一些測量工作者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗編寫的，可視化和可維護(hù)性差，后期調(diào)整修改困難。本文基于作者對煤礦測量的理解以及工作經(jīng)驗設(shè)計了一款針對井下測量數(shù)據(jù)的處理軟件，以計算機(jī)功能替代人工計算過程，減少工作量，提高工作精度。

2 數(shù)據(jù)解算及處理流程

2.1 解算原理煤礦井下日常測量任務(wù)以掘進(jìn)巷道導(dǎo)線控制點測量為主，本文以巷道導(dǎo)線點的邊長Sa、坐標(biāo)X、Y為例進(jìn)行了計算過程模擬分析。

首先對采集的邊長進(jìn)行均值計算：

式中：Sa—邊長均值;

Sb—第一次測量采集邊長;

Sc—第二次測量采集邊長。然后根據(jù)邊長求得

兩站高程差，如式（2）

式中：△H—兩站高程差;

∠a—兩站間垂直角；

hy—上對準(zhǔn)儀器高；

hce—測點距頂板距離。

根據(jù)公式（2）和已知點的高程可以求解待測點的高程。根據(jù)已求邊長結(jié)合方位角求X，Y坐標(biāo)值。

式中：X，Y—待測點坐標(biāo)；

x，y—已知點坐標(biāo)；

∠b—兩點連線的方位角。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

首先獲取起始數(shù)據(jù)。井下數(shù)據(jù)由MATLAB編寫的GUI界面錄入，將井下采集的后視垂直角，后視斜距，前視垂直角，前視斜距，儀器高，轉(zhuǎn)角，后點高，前點高輸入到MATLAB軟件數(shù)據(jù)錄入界面，在計算中作為已知量使用。

圖1 軟件設(shè)計流程圖

由MATLAB軟件來代替人工完成復(fù)雜計算公式的解算，在后臺進(jìn)行中間變量的運(yùn)算，直接得出需求數(shù)據(jù)完成兩個計算步驟。

⑴用后視數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器點數(shù)據(jù)的對算，完成儀器點點位數(shù)據(jù)的更新。

⑵利用前視數(shù)據(jù)進(jìn)行前控制點數(shù)據(jù)的解算，得到新控制點的點位數(shù)據(jù)。

在每次計算結(jié)束時將得到的結(jié)果重新寫入到保存文件中，作為日常控制點使用。并在下次數(shù)據(jù)更新時作為起始數(shù)據(jù)錄入。同時保存中間變量以便后期檢查和計算使用。

3 應(yīng)用效果

以往測量數(shù)據(jù)的計算往往是人工計算，我們將軟件計算結(jié)果與人工計算結(jié)果進(jìn)行比對。本文采取了白洞煤業(yè)公司某巷道的部分測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，根據(jù)儀器站點更新數(shù)據(jù)以及界面測量輸入原始數(shù)據(jù)，計算求解最新點數(shù)據(jù)時，使用本次設(shè)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算保存結(jié)果如圖2所示。

人工計算結(jié)果如表1所示。

表1 人工計算結(jié)果

軟件測算與人工測算結(jié)果對比的誤差結(jié)果如表2所示。

表2 軟件測算與人工測算誤差對比

綜合比較人工計算結(jié)果和軟件計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)1#點X坐標(biāo)完全相同，Y坐標(biāo)相差0.001 m，H高程結(jié)果完全相同，2#點X坐標(biāo)相差0.001 m，Y坐標(biāo)相差0.001 m，H高程結(jié)果完全相同，3#點X坐標(biāo)相差0.002米，Y坐標(biāo)相差0.001 m，H高程結(jié)果完全相同。本次采用的人工計算結(jié)果是經(jīng)過驗證正確的結(jié)果作為實驗參考的，可以看出本設(shè)計的計算結(jié)果有較高的可靠性和正確性，兩次計算結(jié)果末位的不一致是由于人工計算時的數(shù)值舍進(jìn)規(guī)則不同導(dǎo)致的，使用軟件設(shè)計的計算過程可以統(tǒng)一舍進(jìn)規(guī)則，使結(jié)果更準(zhǔn)確。軟件計算結(jié)果經(jīng)驗證完全可以取代人工計算結(jié)果作為最終數(shù)據(jù)。將所有測點信息繪制三維空間圖像以及由MATLAB自動填充巷道，如圖3、圖4，便于后續(xù)分析應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)更為可視化，直觀化。

圖3 三維數(shù)據(jù)成圖

圖4 巷道填充擬合圖像

從圖中可以看出，由系統(tǒng)繪制的三維圖像可以直觀地反映巷道的走向和高程信息，對于巷道起伏變化較大的位置可以進(jìn)行更精確的定位。

3 結(jié)語

綜上所述，本設(shè)計使用MATLAB作為編程軟件，以計算機(jī)軟件代替了人工數(shù)據(jù)計算過程，軟件設(shè)計成果采用白洞煤業(yè)公司某巷道已有控制點數(shù)據(jù)以及相應(yīng)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件測試。測試結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，誤差在允許范圍內(nèi)，能夠滿足日常計算的要求。

[1]施陽,李俊,MATLAB 5.X語言工具箱-Toolbox實用指南,西安,西北工業(yè)大學(xué)出版社,1998.

[2]徐昕,李濤,伯曉晨,MATLAB工具箱應(yīng)用指南---控制工程篇,北京,電子工業(yè)出版社,1999.

[3]樓順天,施陽,基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè);西安電子科技,2001.

聲明

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《同煤科技》編輯部

Software design of measurement data processing of coal mine

ZHANG Zheng-yuan

According to the measurement requirements of coal mines,the MATLAB software as a development tool is used to design a measurement data processing software for coal mine,the calculation efficiency and calculation accura?cy of the measurement data are improved by using the software,the good application effect is achieved,the working time is saved and the error rate of the artificial calculation is avoided in the application.

MATLAB;Measurement data processing;Digital storage of measurement data;3D imaging

TD175

B

1000-4866(2016)06-0029-03

10.19413/j.cnki.14-1117.2016.06.008

2016-11-6

張正源，男，1988年12月14日出生，2011年吉林大學(xué)畢業(yè)，大同煤礦集團(tuán)白洞煤業(yè)公司工作，助理工程師。