井巷数据预处理优化方法

井巷数据预处理内容包括3个方面：①由于数据源所造成的数据构成不同，数据主要包括两类，一类是根据实际井巷的地下位置实测绘制而成的工程图，另一类是按照设计需要根据起点、方向角、端面形状、推进距离等进行绘制的设计图，故需对图纸、工程数据进行分类处理；②井巷种类众多，为了便于统一建立模型，故需将各种井巷归结为几种基本的形式加以表达；③由于井巷模型的不同，故其所需的数据也有所不同，需加以区别对待，如相对于直形巷道、弧形巷道还需增加中心弧角度、半径等参数。针对以上3个方面，具体数据处理过程包括模型统一化、数据规则化和曲巷直巷化。

1.模型统一化

通过分解复杂的开挖硐室，归结各类井巷工程，建立了水平直巷、水平弧巷、竖井、斜井、倾斜直巷、倾斜弧巷等几类基本巷道模型。其中，水平直巷模型用以表达由同一个断面组成的高程变化不大的直形巷道，水平弧巷模型用以表达由一个断面组成的高程变化不大的弯曲巷道，竖井模型用以表达垂直上下的井筒，斜井模型用以表达倾斜的井筒，倾斜直巷模型用以表达斜坡道等高程变化较大的直形巷道，倾斜弧巷模型用以表达高程变化较大的弯曲巷道。在各种模型建立的基础上，对应巷道工程分段平面，分别赋予各种模型的水平属性，对于井筒与斜坡道等涉及多个水平的工程，则采用分段标识的方式进行水平属性的确定。

2.数据规则化

对于实测工程图的处理，在AutoCAD中，采用选取巷道中心线，并设定中心线各关键点的方法，以逐段折线与不同类型断面相结合记录巷道。对于设计图的处理，也处理为线段形式，并将断面归结几种类型加以记录，以形成统一的数据结构。

在对中心点的描述中，直形巷道采用两种方式进行表达，第一种方式为一端底边中心点空间坐标、长度及方向角描述方式，第二种方式为巷道两端底边中心点描述方式。对于弧形巷道或弧形连接处的中心线则采用中心角、中心点坐标和半径方式进行表达，虽然在设计图纸中可以直接测定这几个数值，但在实际测量中往往不能直接确定这几个量，需要通过三角函数利用已知的弧长、两个端点的坐标信息进行求解这几个量并存储在数据库中。

3.曲巷直巷化(www.xing528.com)

弧形巷道与一般直巷道不同，它的表达不能简单地以一条线段为中心线的直巷道进行表示，需将曲巷中心曲线折线化后，通过多段线拟合的形式进行表示，使弧形巷道模型统一为一般直巷道模型，方便统一管理和复合场一体化模型的建立。

在对水平或倾斜的弧形巷道模型处理过程中，采用曲巷直巷化的方法，将中心弧线段分解为多段直线，以多段直巷代替弧形巷道。由于巷道参数来源不同，弧形巷道的存储方式也有多种。主要包括两类：一类是已知弧形巷道中心线的圆心坐标、半径、圆心角、巷道起点坐标和终点坐标；另一类是已知弧形巷道中心线延长线上任意两点、切线交点、半径和圆心角。所以，它们曲巷直巷化的过程也有所区别。

（1）第一种情况处理比较简单，其具体过程为：首先，以弧形巷道的圆心为原点建立坐标系，并以曲巷参数建立中心线的参数方程；然后，按弧长将弧形巷道划分为多个连续的分段，求出各段所对应的圆心角和与坐标轴的夹角；再按照与坐标轴夹角的大小，根据圆心角及半径逐个求取各段中心线端点；最后，连接相邻的端点将曲线分解为多个关键点所表示的折线段。

图5.2　弧形中心线折线拟合示意图

（2）第二种情况则相对较为复杂，其具体过程为：首先，已知弧形巷道中心线延长线上任意两点P1、P2，切线交点P3，半径r，圆心角α，离散角度dα；其次，根据三角定律及切线定理列方程，将P1、P2、r和圆心角α代入方程求解切点P4、P5；其次，将P3、P4、P5代入圆方程，通过高斯迭代消元法，求出圆心坐标C；进而以C为圆心、P4（或P5）作为起点、r为半径，每隔dα角度，计算各离散点的空间坐标位置；最后，将P1、P2、P4、P5加入最终的离散点集合中，顺次连接各线段形成多段折线段，以代替弧线段，如图5.2所示。