張正源

煤礦井下測量數(shù)據(jù)處理軟件設計

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，取得了良好的應用效果，在應用中節(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)驗作為指導并需要認真謹慎的工作態(tài)度對待的工作。在井下準確測量的基礎上，更需要科學高效的數(shù)據(jù)處理方式與之匹配使用，協(xié)助測量工程技術人員進行日常解算以及數(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果，方便后續(xù)分析和應用。

煤礦井下測量數(shù)據(jù)具有計算量大，要求精度高，由于測量任務的多樣性，往往需要設計有針對性的數(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合自己的工作經(jīng)驗編寫的，可視化和可維護性差，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)驗設計了一款針對井下測量數(shù)據(jù)的處理軟件，以計算機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以掘進巷道導線控制點測量為主，本文以巷道導線點的邊長Sa、坐標X、Y為例進行了計算過程模擬分析。

首先對采集的邊長進行均值計算：

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)已求邊長結合方位角求X，Y坐標值。

式中：X，Y—待測點坐標；

x，y—已知點坐標；

∠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 軟件設計流程圖

由MATLAB軟件來代替人工完成復雜計算公式的解算，在后臺進行中間變量的運算，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)。

在每次計算結束時將得到的結果重新寫入到保存文件中，作為日?？刂泣c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，我們將軟件計算結果與人工計算結果進行比對。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，使用本次設計軟件進行數(shù)據(jù)計算保存結果如圖2所示。

人工計算結果如表1所示。

表1 人工計算結果

軟件測算與人工測算結果對比的誤差結果如表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果和軟件計算結果發(fā)現(xiàn)1#點X坐標完全相同，Y坐標相差0.001 m，H高程結果完全相同，2#點X坐標相差0.001 m，Y坐標相差0.001 m，H高程結果完全相同，3#點X坐標相差0.002米，Y坐標相差0.001 m，H高程結果完全相同。本次采用的人工計算結果是經(jīng)過驗證正確的結果作為實驗參考的，可以看出本設計的計算結果有較高的可靠性和正確性，兩次計算結果末位的不一致是由于人工計算時的數(shù)值舍進規(guī)則不同導致的，使用軟件設計的計算過程可以統(tǒng)一舍進規(guī)則，使結果更準確。軟件計算結果經(jīng)驗證完全可以取代人工計算結果作為最終數(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行更精確的定位。

3 結語

綜上所述，本設計使用MATLAB作為編程軟件，以計算機軟件代替了人工數(shù)據(jù)計算過程，軟件設計成果采用白洞煤業(yè)公司某巷道已有控制點數(shù)據(jù)以及相應原始數(shù)據(jù)進行軟件測試。測試結果達到預期目標，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)大學出版社,1998.

[2]徐昕,李濤,伯曉晨,MATLAB工具箱應用指南---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;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年吉林大學畢業(yè)，大同煤礦集團白洞煤業(yè)公司工作，助理工程師。