基于区域生长的非结构巷道点云去噪方法

目前针对地下巷道点云去噪研究未完全满足巷道点云的特殊去噪需求,尤其是在狭长、密闭且复杂的地下巷道环境中,未能充分应对管壁附属物、粉尘和人为噪声等因素造成的挑战。通过分析井下非结构场景和传感器误差,考虑行人、移动设备和管网带来的噪声,提出一种基于区域生长的非结构巷道点云去噪方法。利用三维激光扫描技术获得井下巷道场景的3D点云信息,并分析其中由于井下非结构场景和传感器误差造成的异常点,以及行人、移动设备和风/水管网形成的噪声特点;利用k维树(kd-tree)构建点云的拓扑关系,选取适当的种子节点和生长准则,设定合适的曲率和角度阈值,通过区域生长算法实现巷道点云的有效分割,去除未加入分割区域的离群点云;根据噪声特点,基于巷道点云区域分割结果进一步去噪优化。试验结果表明:对于巷道中存在行人、设备等特征的情况,建议将区域生长算法的角度阈值设定为10°左右,曲率阈值设定为3左右;在实际应用中,应平衡数据量的减少与去噪效果,以确保数据处理的有效性,同时提高数据质量;采用基于区域生长的非结构巷道点云去噪方法进行去噪时,点云数量减少幅度介于SOR滤波器和低通滤波器之间,能有效移除行人、设备等噪声。

基于改进混合A*算法的地下无人铲运机智能路径规划

矿山无人铲运机自主定位导航是井下采矿装备智能化程度评价的重要指标,其中路径规划是铲运机自主行走的重要组成部分。而目前井下铲运机的规划路径多以巷道中心线为基础或难以执行,本文提出了一种适用于地下矿采场无人铲运机的混合A*算法进行出矿点到卸矿点的全局路径规划。首先分析了井下铲运机的运动模型,确定其路径规划参考点及车辆本身的数学结构关系,简化路径规划问题复杂度;其次针对铲运机作为非完整约束机器人,从栅格地图中当前点到目标点启发式函数构建以及子节点扩展方法两个方面设计了混合A*算法进行全局路径规划方法;最终采用地下矿采场中常见的五种巷道交岔口场景进行了路径规划试验分析,证明了以Dubins曲线、Reeds-Shepp曲线以及A*算法的启发式函数值中最大值作为该节点启发式函数的值进行混合A*算法搜索更新较为合理,能得到可以行驶的优化路径。为进一步推进井下铲运机无人化提供了理论基础,保证了规划路径的可执行性。

基于混合整数规划法的采场回采顺序优化分析

针对地下矿山传统编制生产计划时存在的随意性大、效率低、不能编制出最优生产计划的弊端,提出运用混合整数规划法解决采场回采顺序优化问题的方法。对无底柱分段崩落法的采场回采顺序进行科学系统的分析,以计划周期内贴现值最大化为目标函数,综合考虑逻辑、设备数量、空间顺序等约束条件,构建采场回采顺序优化的混合整数规划模型;在MATLAB环境下采用YALMIP编写模型语言并调用CPLEX求解器进行求解,进而得到采场回采顺序的最优布置方案。结果表明:此方法科学可行,克服传统手工方法编制生产计划的弊端,实现资源合理高效开采,对指导矿山的实际生产有重要的意义。

基于改进最大流最小割算法的露天境界优化及应用

最终境界对露天矿开采效益至关重要,而求解速度慢且结果不准确是最大流最小割算法在露天矿境界优化中的一个固有缺陷。对已有最大流最小割算法进行改进,以净现值(NPV)最大为目标,首先以最大几何境界内的价值块构造有向网络图,通过聚合网络图节点减少弧的复杂度,并在残留网络中对负价值节点增加开采约束,以保证得到的最小割集中正价值块受到负价值块的约束,最终通过C++编程实现该算法对露天矿进行境界优化。经实例验证,该方法科学可行,克服了原算法求解速度慢且结果不准确的弊端,且求解效率提高了近600 s,该算法具有理论上的优越性和实用性。

基于粒子群优化算法和ANFIS的矿体品位插值

地质模型在矿产勘探与开发中具有重要作用,但在矿山生产实践中,由于成本和技术等诸多因素影响,很难获得整个区块的地质数据,而且传统插值方法依靠经验确定参数有很大局限性。提出将粒子群优化算法(PSO)和自适应神经模糊推理系统(ANFIS)应用到矿体品位插值中,利用粒子群优化算法的快速搜索能力,神经网络的学习机制和模糊系统的语言推理能力等优势构建PSO-ANFIS品位插值模型,并借助MATLAB生成571组样本数据作为输入空间对模型进行训练,其中每一个训练样本由待估点三维坐标及真实值和其周围8个样品点组成,最后用训练后的PSO-ANFIS模型对待估点进行品位插值,并与距离幂次反比插值法进行对比,其均方根误差(RMSE)提高了近15%,验证了该模型的可行性和有效性。

露天矿境界优化几何约束模型优化及其应用

几何约束模型的合理性和复杂程度直接影响到模型构建的效率,进而对境界优化的速度产生影响,保证精度和提高运算速度是几何约束模型优化的重点。在总结常用拟合方式的基础上,提出了边坡轮廓插值方法和快速构建开采锥的算法:基于角度反比插值拟合模型,提出了边坡角随方位角、高程变化情况下,快速构建开采锥的环形搜索块判别方式,提高了开采锥构建的合理性和效率;给出了开采锥去冗余的方法,精简了块的几何约束关系,提高了开采锥构建的速度。将以上算法应用于某露天矿中,在构建价值模型基础上,批量生成了一组嵌套坑,选出了经济效益最优的最终境界。

基于RANSAC的地下矿山巷道边线检测算法

巷道边线是井下铲运机反应式导航系统中重要的感知信息。为了准确可靠地在井下环境中感知巷道边线,提出一种基于二维激光扫描信息和随机抽样一致性(RANSAC)的巷道边线检测算法。首先计算每个激光点的曲率,根据曲率阈值将激光点云划分为多个区域;然后基于RANSAC从每个区域提取直线,并根据铲运机航向角及巷道的设计标准进行筛选;最后合并筛选后的激光点云数据,使用RANSAC算法生成最终的巷道边线。基于地下矿山6种典型的巷道场景对算法效果进行验证,结果显示提取的巷道边线可靠度均达到96%以上,且算法具有很高的实时性和稳健性。

基于金属价格不确定性的地下矿生产计划风险分析

针对采用无底柱分段崩落法生产的地下金属矿山的生产计划编制问题,通过构建以净现值(NPV)最大为目标函数并满足生产能力及空间顺序等约束条件的混合整数规划模型,用于确定各个采场之间开采的先后顺序,其中金属价格的变化不仅影响计划编制结果而且使计划的风险显著增大。根据金属历史价格分布,运用几何布朗运动(GBM)模型预测15条金属价格走势曲线,通过求解生产计划的混合整数规划模型,得到不同价格走势下的生产计划结果,然后根据GBM模型预测更多金属价格走势曲线并分析不同计划结果下的净现值、上涨潜力、风险下限、条件风险价值(CVaR)和风险价值(VaR),最终运用熵值法确定金属价格不确定条件下收益高且风险小的生产计划。经实例验证,此方法科学可行,减少了传统手工方法编制生产计划时受到的价格风险的影响,实现资源低风险高效开采,对指导矿山的实际生产具有重要的意义。

基于混合整数规划法的露天矿配矿品位控制

为了解决露天矿配矿耗时长、成果精度低及与卡调系统不关联的问题,对露天矿配矿进行系统科学分析,提出了基于混合整数规划的露天矿自动化配矿系统,实现对露天矿品位的快速准确控制。以炮孔岩样化验结果和矿山块段模型数据为基础,运用泰森多边形方法对配矿单元进行估值划分,综合考虑矿量、品位、设备和空间位置等约束条件,建立了以出矿品位波动最小为目标函数的露天矿配矿混合整数规划模型。并在Visual Studio环境下用C++语言调用CPLEX求解器进行求解,进而得到用于卡调系统的露天矿配矿开采和派车优化方案。该方法应用于安徽某大型石灰岩露天矿,经实例验证,此方法可在1s内输出配矿结果,同时配矿指标均在目标值上下1.5%范围内波动,对指导矿山的实际生产有重要意义。

基于混合整数规划法的自然崩落法放矿计划优化

放矿计划是自然崩落法矿山生产过程中最重要的环节.针对传统手工编制放矿计划随意性大及出矿品位不均衡,在对其进行科学系统的分析基础上,本文运用混合整数规划法解决自然崩落法放矿计划优化问题.以计划期内与目标品位偏差最小为目标函数,综合考虑矿量、品位、放矿速率、崩落指数、排产指数等约束条件,构建放矿计划优化的混合整数规划模型,并在MATLAB环境下用YALMIP编写模型语言调用CPLEX求解器进行求解,使品位波动降低18%,进而得到最优短期放矿计划方案.经实例验证,此方法科学可行,对充分发挥自然崩落法的优越性和提高矿产资源的回收率具有重要的理论和现实意义.

iOreDraw放矿管理系统在普朗铜矿放矿计划编制中的应用

自然崩落法是一种大规模、低成本和高技术含量的采矿方法,其特点是崩落矿石和覆岩直接接触,在覆岩下出矿,因而回采矿石的贫化及损失较大。若放矿管理不当,将造成矿产资源的浪费和矿山企业经济效益下降,直接与崩落采矿法应用成败相关联。在利用iOreDraw软件方案设计提供的基础数据基础上,综合考虑矿山的计划需求矿量,放矿要求,构建放矿计划的混合整数规划模型,保证出矿品位均衡且矿石损失贫化小,运用iOreDraw放矿管理系统进行放矿计划编制和计划管理,为矿山实际生产和管理提供指导。

自然崩落法放矿方案优化设计及敏感性分析

为优化普朗铜矿自然崩落法的放矿方案,采用DIMINE软件创建矿体模型和块段模型,并以市场价格、生产成本及贫损指标为基础,采用iOreDraw放矿管理系统进行金属价格敏感性分析和出矿范围确定计及不同经济条件下各放矿点的最佳放矿高度、担负矿量,确保矿山经济效益最大化和资源量回收率最大化。实践证明,基于iOreDraw放矿管理系统的放矿优化方案设计具有高效、快捷的优点,可减小矿山决策风险,为放矿控制和排产计划提供基础数据。

自然崩落法矿岩混合算法及最佳放矿高度模型研究

在自然崩落法中最佳放矿高度的研究旨在准确计算可采矿量,并根据每个放矿点的经济价值来调整放矿点的布置并进行放矿点布置的优化。针对目前国内自然崩落法按照原地质品位估算每个放矿柱体高度的不准确问题,对放矿过程中矿石的流动进行分析,运用混合算法对放矿柱体进行预先混合,求解混合后各分层品位,提出了最佳放矿高度的计算模型,解决了按原地品位计算最佳放矿高度不准确的问题。