【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采，尤其涉及一种基于流形的煤层三维重建方法。
技术介绍
1、目前实现采煤工作面透明化是提高采煤机自主截割规划精度的重要途径，透明化的核心就是要构建高精度的煤层三维地质地图，以往都是基于地质统计学、钻孔及地震剖面数据对三维煤层进行构建。但由于煤层赋存的复杂性和物探的局限性，静态的地质地图已难以满足无人开采的需求，为此需要根据不断披露的地质信息对静态的原始三维地质地图进行更新重建。
2、当前现有的煤层更新重建方法分为传感器探测、先验知识精细化与历史统计外推，传感器探测是指采用探地雷达等传感器获取隐藏的煤岩界面并进一步得到煤层形态，这种方法由于需要额外的传感器安装与探测环节，因此成本高且操作复杂；先验知识精细化是指利用地质规律、拓扑形态等先验知识对物探数据中的不合理局部区域进行修正，这种方法对于将不合理处修正到何种程度算贴近真实，没有明确指标；历史统计外推是指基于以往截割与物探数据的统计规律对未开采区域的煤层形态进行合理估计推理，这种方法只对短距离外推有较高的准确性，无法支撑全局规划。
3、因此目前亟需一种能够在不额外添加传感器的情况下实时更新三维地质地图的方法，使该方法能够被低成本的应用在不同的煤矿中，提高煤矿开采中的透明度，增强截割规划时的地质依托，从而进一步提高综采工作面的无人化水平。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于流形的煤层三维重建方法，该方法在重建过程中使用的都是目前煤矿数据库中现有的数据，没有将探底雷达等传感器技
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用技术方案具体为：一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1、建立待优化地图和高精度地图的完备字典。
4、s2、将得到的高精度地图集和待优化地图集输入到稀疏编码模块中，得到高精度地图完备字典和待优化地图完备字典。
5、s3、利用地图重建模块将待优化地图转变为高精度地图，将单幅地图转变为多幅特征图，获得多个重建高精度小分块。
6、s4、采用近邻搜索模块从待重建地图自身中寻找冗余特征，获得高精度地图小分块。
7、s5、利用高精度地图还原模块将地图重建模块获得的小分块和近邻搜索模块获得的小分块进行合并，最终形成一副经过重建后的高精度地图。
8、s6、利用迭代更新模块不断对完备字典进行更新。
9、通过采用上述技术方案，该方法在重建过程中使用的都是目前煤矿数据库中现有的数据，没有将探底雷达等传感器技术添加其中，可低成本的进行煤层重建。此外该方法可充分利用已开采完成煤层的地质信息与截割轨迹数据用于强化所建完备字典的可靠性，并通过实时更新对完备字典进行进一步修正。
10、进一步地，所述s1包括以下步骤：
11、s11、从以往工作面的开采数据库中提取到采煤机滚筒截割轨迹时序数据和运行方向时序数据，将截割轨迹数据按照采煤机运行方向不断翻折，最终形成由所有刀轨迹构成的采煤机顶底板截割曲面，对多个工作面都进行这个操作将得到包括n个高精度地图的集合。
12、s12、利用物探手段提取上述工作面得到的静态煤层模型，得到包括m个待优化地图的集合。
13、通过采用上述技术方案，可充分利用已开采完成煤层的地质信息与截割轨迹数据用于强化所建完备字典的可靠性。
14、进一步地，所述s12中通过结合钻孔和地震波勘探数据的物探手段得到静态煤层模型。
15、通过采用上述技术方案，能够获取高精度的静态煤层模型。
16、进一步地，所述s2包括以下步骤：
17、s21、利用稀疏编码模块计算每一个地图对的完备字典，稀疏编码模块中先确定字典大小，然后初始化稀疏系数，用高精度地图减去对应高精度地图完备字典与稀疏系数的内积，将此结果二范数平方的最小值作为第一个优化目标。
18、s22、对待优化地图做相同操作并得到第二个优化目标。
19、s23、将最小化稀疏系数的二范数作为第三个优化目标，利用k次奇异值分解求取高精度地图完备字典和待优化地图完备字典。
20、通过采用上述技术方案，能够获得高精度的地图完备字典和待优化地图完备字典。
21、进一步地，所述s3包括以下步骤：
22、s31、在地图重建模块中先对输入的单幅待优化地图进行带重叠分块，重叠长度为各分块长度的1/3，每次对一个小分块进行重建，对重建过程设置两个约束条件。
23、s32、第一约束条件是经过特征提取模块的待优化地图完备字典乘稀疏系数的结果减去经过特征提取模块的原始小分块的差足够小，对原始地图提取多个特征，将单幅地图转变三幅特征图。
24、s33、第二约束条件是高精度地图完备字典与稀疏系数乘积后得到的高精度地图估计值，该高精度地图估计值中与其他小分块有重叠部分的值，其要与原始小分块中包含同样重叠部分的另一个高精度地图估计值在该重叠部分的值相同，利用梯度下降法求解最优的稀疏系数，将得到最终的稀疏系数与高精度地图完备字典相乘得到重建高精度小分块，得到三个重建高精度小分块。
25、通过采用上述技术方案，借助两个约束条件，有利于重建高精度小分块。
26、进一步地，所述s32中对原始地图提取的多个特征包括二维梯度图——获取地图中的高频成分、二维傅里叶变化图——获取地图中的低频成分和二维归一化图——获取幅值相对变化情况。
27、通过采用上述技术方案，特征提取模块中为提高对特征的把握程度，对原始地图提取了多个特征，提高了小分块具备特征的完备性。
28、进一步地，所述s4包括以下步骤：
29、s41、近邻搜索模块是先对低维地图进行双三次插值算法使其维度与目标地图维度相同，采用非近邻相似的方法，分块后对待优化小分块在全待优化地图范围内寻找相似分块。
30、s42、通过计算自身分块与目标分块的皮尔逊相关系数判断相似程度，挑选其中相似数值大于0.8的小分块，并对这些小分块的相似性数值进行归一化，以归一化结果作为权重将挑选出的小分块进行组合得到新的高精度地图小分块。
31、通过采用上述技术方案，借助非近邻相似的方法以及归一化的数据处理方式能够获得高精度地图小分块。
32、进一步地，所述s5包括以下步骤：
33、s51、高精度地图还原模块中首先根据经验人为确定这4个分块进行组合时的保真权重，依据权重和各分块数值计算得到最终的高精度分块。
34、s52、在所有待优化地图小分块都获得高精度地图分块后，将地图中重叠部分合并，形成一副经过重建后的高精度地图。
35、通过采用上述技术方案，能够进一步地优化高精度地图。
36、进一步地，所述s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S12中通过结合钻孔和地震波勘探数据的物探手段得到静态煤层模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S32中对原始地图提取的多个特征包括二维梯度图——获取地图中的高频成分、二维傅里叶变化图——获取地图中的低频成分和二维归一化图——获取幅值相对变化情况。
7.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S5包括以下步骤：
9.根据权
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述S6包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述s1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述s12中通过结合钻孔和地震波勘探数据的物探手段得到静态煤层模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述s2包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述s3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于流形的煤层三维重建方法，其特征在于，所述s32中对原始地图提取的多个...
【专利技术属性】
技术研发人员：王世博，吕渊博，葛世荣，刘万里，陈书航，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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