CN103226844A

CN103226844A - 一种基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法

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Publication number: CN103226844A
Application number: CN2013101823660A
Authority: CN
Inventors: 黄明; 王晏民
Original assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN103226844B

Abstract

本发明公开了一种基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，主要包括下列步骤:测量矿山巷道顶部中心线上点的三维坐标值和矿山巷道断面形状参数;从数据库读取所采集到的巷道顶部中心线上点的三维坐标值即顶点三维坐标值，根据多条巷道的顶点三维坐标值可以得出交叉巷道的节点、弧段之间的关系;根据巷道断面形状参数、节点和弧段之间的关系以巷道顶底中心线为基准，计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值;根据巷道体三维表面模型的特征点坐标值进行巷道体各个表面三角网的构建以建立整个巷道体三维表面模型。本发明提出了一种"断面—节点—弧段"空间数据结构，解决了巷道弯道光滑和交叉巷道相互贯通的问题。

Description

一种基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法

技术领域

本发明涉及矿井技术领域，特别涉及一种三维地质巷道建模方法。

背景技术

巷道是矿井生产的动脉，直接影响煤矿生产的经济效益和生产安全，建立真三维的巷道模型，对指导矿山开采设计计划、工程施工及安全救援等具有重要意义。传统的矿井信息管理是基于地质、巷道等纸介质图件进行人为管理为主。地质信息的模拟与表达方式主要有两种，其一是采用平面图和剖面图进行表达(如底板等高线图、采掘工程平面图、地质剖面图、钻孔剖面图等)，其实质也是将3D地质环境中地层、矿体与地质现象投影到某一2D平面(XY平面、XZ平面或YZ平面)上进行表达;其二是采用透视和轴侧投影原理，将3D地质环境中的地层、矿体与地质现象进行透视制图，或投影到两个以上的平面上进行组合表达，以增强3D视觉效果，提高人们的3D理解水平。这两种方式同样存在空间信息的损失与失真问题，而且制图过程繁杂，信息更新困难^[3]。这种管理方式不具备查询、几何量算以及基于空间分析的预测和决策等功能。三维地质巷道模型可以帮助决策者们直接从3D空间的角度去理解和表达地质体与矿井巷道系统，并利用三维可视化交互手段实现对地质巷道三维体进行多角度、多方位的浏览。对于矿井巷道的表达，具有代表性的数据结构体系有两种:用断面对象和似柱面来表达矿井巷道现象和把矿井巷道抽象为巷道线(弧段)，通过上、下距和左、右距来表达巷道的空间形态。此外，文献提出类三棱柱的表达方法，显然，上述观点或是不能形成巷道空间网络，不易于进行巷道空间网络分析;或是不能自动生成井巷工程的三维空间图形数据库。两种数据结构很难实现巷道体内的三维虚拟漫游，为了实现矿井巷道三维模型的自动生成并形成空间三维网络，结合巷道三维模型的网络分析的安全救援应用以及漫游功能需求，本文综合前面两种数据结构体系，提出了另外一种空间数据结构。

发明内容

本发明设计开发了一种基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法。本发明提出了一种能够反映巷道系统是一个三维网络空间域特性的数据结构，并依据此数据结构建立了三维地质巷道模型，并解决了弯道光滑和交叉巷道相互贯通的问题。

本发明提供的技术方案为:

一种基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，包括下列步骤:

步骤一、测量矿山巷道顶部中心线上点的三维坐标值和矿山巷道断面形状参数宽w、高h、半径r以及巷道方位角α；

步骤二、从数据库读取所采集到的巷道顶部中心线上点的三维坐标值即顶点三维坐标值;巷道被其它巷道分成两段或多段的线段为弧段，弧段的两端点为节点，根据多条巷道的顶点三维坐标值可以得出交叉巷道的节点、弧段之间的关系;

步骤三、根据巷道断面形状参数、节点和弧段之间的关系以巷道顶底中心线为基准，来计算由前断面、后断面、右帮面、左帮面、底面和顶面组成的巷道体三维表面模型的特征点坐标值;所述巷道体三维表面模型特征点坐标值的计算，分为两部分来计算:直线巷道部分和多条巷道交汇处部分;所述多条巷道交汇处部分特征点坐标值的计算首先确定每条巷道左帮面和右帮面与相邻巷道体的帮边界的相交点，然后再通过巷道断面形状参数及巷道中心线上的三维坐标值来计算相交点处的三维坐标值，以实现交叉巷道在节点处的贯通;

步骤四、根据巷道体三维表面模型的特征点坐标值进行巷道体各个表面三角网的构建以建立整个巷道体三维表面模型。

优选的是，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，检查弧段的端点和终点，所述弧段端点和终点的度即与该节点相关联的弧段数均为1时，巷道为独立巷道;

优选的是，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形且巷道为直线巷道时，根据巷道顶部中心线上的三维坐标值和巷道断面形状参数宽w、高h计算出巷道顶底中心线左右两侧平行线端点的三维坐标值。

优选的是，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形态为圆拱巷道且巷道为直线巷道时，所述圆拱巷道分为两部分:矩形部分和拱形部分，矩形部分采用矩形巷道计算特征点坐标值的方法，拱形部分采用插值算法进行拱形断面顶部的圆拱坐标值计算，得到圆顶离散点坐标值。

优选的是，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形且巷道有弯道时，巷道分为两部分:直线巷道部分和弯道巷道部分，直线巷道部分采用直线巷道计算特征点坐标值的方法，弯道巷道部分所采用的方法为:弯道处前后两段巷道宽度相同时，在弯道处相对于中心线的左右两侧的帮边界平行线段，对于帮边界相交的一侧则以交点作为边界特征点，对于帮边界不相交的一侧则以巷道中心线的第二个顶点为圆心，以巷道宽的1/2长度为半径，做一条圆弧使帮边界不相交的一侧的线段连接起来，以使巷道在弯道处光滑，然后运用插值算法计算弯道处的特征点坐标值;

优选的是，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形且巷道有弯道时，巷道分为两部分:直线巷道部分和弯道巷道部分，直线巷道部分采用直线巷道计算特征点坐标值的方法，弯道巷道部分所采用的方法为:弯道处前后两段巷道宽度不同时，对于两段巷道帮边界相交的一侧则以交点作为边界特征点，对于两段巷道帮边界不相交的一侧，则延长使其相交于一点，然后取该点与两段巷道帮边界不相交的一侧的两线段的位于弯道处的端点之间的中间点，这两个中间点和帮边界不相交一侧的两线段位于弯道处的端点构造出三次贝兹曲线的四个控制点，然后做三次贝兹曲线，运用插值算法计算弯道处的特征点坐标值。

优选的是，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形巷道时，其左帮面、右帮面、底面、顶面、前断面、后断面是由巷道体三维表面模型的特征点组成的四边形，从四边形的对角线处分割成两个三角形。

优选的是，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为圆拱巷道时，其左帮面、右帮面、底面、前断面、后断面是由巷道体三维表面模型的特征点组成的四边形，从四边形的对角线处分割成两个三角形，而对于圆拱巷道顶面三角形的构成，设前断面圆拱插值点为p₀、p₁……p_i-1、p_i…p_n，后断面插值点为p₀'、p₁'·…¨p_i-1'、p_i'·¨p_n'，则前后断面组成的顶面三角网格TriNet为:

TriNet = \cup_{i = 0}^{n} ({Δp}_{i - 1} p_{i - 1}^{'} p_{i}^{'} \cup {Δp}_{i - 1} p_{i}^{'} p_{i})

优选的是，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形巷道，且巷道有弯道时，所述巷道的底面或顶面三角格网分为两部分:直线部分和曲线部分，其三角格网的构建方法为

步骤一、在弯道处相对于巷道顶底中心线的左右两侧平行线段，对于巷道帮边界相交的一侧以交点作为边界特征点，以交点对特征边界线进行分割，得到底面或顶面直线部分的三角格网，也构造出巷道左右帮面的直平面三角格网;

步骤二、补充缺失的三角形，以位于弯道处的顶点为公共点，按照逆时针方向分别连接巷道弯道处光滑曲线上的各个插值点，组成巷道底面或顶面弯道处的三角形格网，由此可以构造出巷道左帮面或右帮面弯道部分的三角格网光滑曲面。

优选的是，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为圆拱巷道，且巷道有弯道时，巷道体表面的三角格网构建分为两部分:矩形部分和圆拱部分，矩形部分底面和左帮面、右帮面的三角格网的构建方法采用矩形巷道三角格网的构建方法，圆拱部分顶面三角格网的构建方法为:

步骤一、确定顶面的边界，弯道处前面的直线巷道为第一巷道，弯道处后面的直线巷道为第二巷道，延伸第一巷道帮边界线段相交一侧的线段至第二巷道中心线得到交点，然后根据此交点延伸第一巷道的帮边界不相交一侧的线段，使巷道中心线两侧的平行线段同步延长;第二巷道的帮边界线段相交一侧的线段延长至第一巷道的帮边界不相交一侧的线段，得到一个交点，据此交点延长第二巷道的帮边界不相交一侧的线段，使巷道两边的平行线段同步延长，得到新的巷道边界特征点，则可以得到具有弯道的巷道三维图;

步骤二、利用图形集合并运算处理圆拱贯通，两直线圆拱巷道顶部在其内部出现交叉，利用图形集合并运算保留两直线圆拱巷道的外部图形，删除两直线圆拱巷道内部的圆拱面;

步骤三、利用图形集合交运算处理弯道，向上延伸圆拱的底部至圆拱的最高处，得到了两个图形集合，即多面体和圆拱体，二者做集合交运算，既保留了多面体内部的巷道又舍弃了外部的突出的圆拱。

优选的是，所述巷道为交叉巷道，巷道的断面形状为圆拱形状时，任意条交叉巷道体的贯通处理方法为

步骤一、在多条独立巷道交汇点计算方位角，以使能够快速确定巷道帮边界的相交;

步骤二、构建交叉巷道底面的三角格网，实施方式为当前巷道的左帮面与下一条巷道的右帮面相交，当前的右帮面与前一条巷道的左帮面相交，依次可以得出其它帮边界的相交，确定了每条巷道左帮面和右帮面与相邻巷道体的帮边界的相交点，经过求交处理后巷道的底面不再相互交错，然后再通过巷道断面形状参数及巷道中心线上的三维坐标值来计算相交点处的三维坐标值，实现巷道在节点处的贯通，交处理后在交叉巷道交汇点处的底面会出现空洞的区域，缺失三角网，以节点为中心，沿逆时针方向构建三角格网，这样即可构建底面的三角格网;

步骤三、构建节点处顶部曲面，先得出曲面的相交边界线，然后根据相交边界线再次生成三角格网，通过在节点处选取两条巷道视为具有弯道的独立巷道来实现顶部的曲面构建。

其中，步骤一中所述的顶点，弧段，节点等概念的定义为:

弧段(Arc):由一条或多条线段(edge)构成，它由两个以上有序坐标串(x₁，y₁，z₁……x_n，y_n，z_n)构成，弧段是没有分支的。本文中的弧段由巷道的中心线在XOY平面上的投影。

巷道线:每一条矿井巷道都可以抽象为一条线(不一定是直线)，这里称其为巷道线。巷道线是对一条巷道的完整描述。井下巷道是纵横交叉的，因此，一条巷道可能被其他巷道分成两段或多段即弧段，这种现象叫做巷道分段。

节点(Node):弧段的端点称为节点，亦即弧段的起始点。节点常用来描述如管线的交点、道路路口等现实世界特征。节点不能单独存在，只有一条弧段相关联的起点或终点叫做悬挂节点。

顶点:一条弧段去掉节点的点称之为顶点。

伪节点:有两条弧段通过，或既是一条线的终点又是另一条线的起点的点叫做伪节点，因为去掉此节点，不影响围成的多边形及弧段的连通关系。

弧段的重数:若连接同一对节点的弧段数大于1，则称这样的弧段为多重弧段，弧段数称为弧段的重数。

关联:一条弧段的端点(节点)称为弧段的关联，这条弧段则称为节点的关联。

邻接:与一条弧段关联的两个节点称为邻接。如果两条或多条弧段关联于同一个节点，则称这些弧段相邻接。

节点的度:与节点关联的弧段数称为节点的度，记为deg(n)。度为零的点称为孤立点。度为1的节点称为悬挂点，对应的弧段称为悬挂弧。与节点关联的所有弧段的集合称为该顶点的关联集。

本发明提出了一种"断面—节点—弧段"空间数据结构，断面解决巷道的空间形态建模问题，节点—弧段实现巷道网络分析，本发明给出了直线段巷道和弯道巷道的特征点的三维坐标的计算方法，针对具有弯道的巷道，也给出了基于圆弧插值光滑(适用于巷道等宽)和贝赛尔曲线插值(适用于巷道宽度不等)光滑两种实现巷道拐弯处光滑的计算方法，三维建模分别给出了独立巷道和交叉巷道的建模方法，运用图形的集合交、并运算解决了巷道底面、顶部圆曲面的贯通问题。

附图说明

图1为本发明所述的三维地质巷道建模流程图。

图2为本发明所述的巷道弯道示意图。

图3为本发明所述的巷道弯道前后巷道宽度不等的巷道投影示意图。

图4为本发明所述的巷道弯道前后巷道宽度不等的巷道弯道贝兹曲线光滑示意图。

图5为本发明所述的圆拱巷道顶面三角格网的构成示意图。

图6为本发明所述的圆拱弯道巷道边界确定投影示意图。

图7为本发明所述的圆拱弯道巷道圆拱顶部求交示意图。

图8为本发明所述的圆拱弯道巷道圆拱顶部贯通线投影示意图。

图9为本发明所述的圆拱弯道巷道图形交运算构建示意图。

图10本发明所述的圆拱弯道巷道图形交运算构建过程中交点及垂足示意图。

图11本发明所述的交叉巷道示意图。

图12本发明所述的交叉巷道节点处顶部曲面交投影图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供一种三维地质巷道建模方法，主要实施步骤为:

步骤二、从数据库读取所采集到的巷道顶部中心线上点的三维坐标值即顶点三维坐标值，形成顶点表;巷道被其它巷道分成两段或多段的线段为弧段，弧段的两端点为节点，在所述顶点表中对顶点是否是多条巷道的交叉点即节点做出标记，然后根据顶点表中的节点坐标值生成节点表;根据多条巷道的顶点、节点三维坐标值可以得出交叉巷道的节点、弧段之间的关系，形成弧段表、节点-弧段表;

步骤三、遍历弧段表，通过检查弧段的端点和终点，来判断巷道的类型，若弧段两端点的度均为1，则此弧段为独立巷道;若所述端点和终点的度数大于1时，巷道为交叉巷道;

3.1、巷道为独立巷道时，特征点坐标值的计算方法

3.1.1直线巷道计算

巷道最基本的图形是巷道中心线上2个相邻顶点所构成的三维巷道，巷道体由左帮、右帮、底面、顶面、前断面和后断面六个平面或曲面组成。设顶部中心线上顶点坐标为o₁(x₁，y₁，z₁)和o₂(x₂，y₂，z₂)，o₁'和o₂'分别o₁和o₂为在巷道底部的投影，圆拱巷道宽为w，圆拱半径为r：梯形巷道时顶底宽分别为w₁，w₂;巷道高为h。把特征点的计算归结到以巷道顶底中心线为基准来计算其左右两侧平行线端点，设巷道中心线与其左右两侧平行线间的距离为宽d₁和d₂，左平行线为l₁l₂，右平行线为r₁r₂，则计算公式如下:

(1)左帮特征点

①当x₂≠x₁时

l_{1} : \{\begin{matrix} k = (y_{2} - y_{1}) / (x_{2} - x_{1}) \\ x_{l_{1}} = x_{1} - d_{1} * k / \sqrt{{1 + k}^{2}} \\ y_{l_{1}} = y_{1} + d_{1} / \sqrt{{1 + k}^{2}} \\ z_{l_{1}} = z_{1} \end{matrix}

l_{2} : \{\begin{matrix} k = (y_{2} - y_{1}) / (x_{2} - x_{1}) \\ x_{l_{2}} = x_{2} - d_{2} * k / \sqrt{{1 + k}^{2}} \\ y_{l_{2}} = y_{2} + d_{2} / \sqrt{{1 + k}^{2}} \\ z_{l_{2}} = z_{1} \end{matrix} - - - (1)

②当x₂==x₁时

l_{1} : \{\begin{matrix} x_{l_{1}} = x_{1} - d \\ y_{l_{1}} = y_{1} \\ z_{l_{1}} = z_{1} \end{matrix}

l_{2} : \{\begin{matrix} x_{l_{2}} = x_{l_{1}} \\ y_{l_{2}} = y_{2} \\ z_{l_{2}} = z_{2} \end{matrix}- - - (2)

(2)右帮特征点

r_{1} : \{\begin{matrix} x_{r_{1}} = 2 x_{1} - x_{l_{1}} \\ y_{r_{1}} = 2 y_{1} - y_{l_{1}} \\ z_{r_{1}} = z_{1} \end{matrix}

r_{2} : \{\begin{matrix} x_{r_{2}} = 2 x_{2} - x_{l_{2}} \\ y_{r_{2}} = 2 y_{2} {- y}_{l_{2}} \\ z_{r_{2}} = z_{2} \end{matrix} - - - (3)

(3)底面中心线

o_{1^{'}} : \{\begin{matrix} x_{o_{1^{'}}} = x_{o_{1}} \\ y_{o_{1^{'}}} = y_{o_{1}} \\ z_{o_{1^{'}}} = z_{o_{1}} - h \end{matrix}

o_{2^{'}} : \{\begin{matrix} x_{o_{2^{'}}} = x_{o_{2}} \\ y_{o_{2^{'}}} = y_{o_{2}} \\ z_{o_{2^{'}}} = z_{o_{2}} - h \end{matrix} - - - (4)

根据公式(1)～(4)可以分别计算出巷道顶底面的特征点坐标值，公式(1)充分考虑了巷道宽度不一致的情况。为确定特征点坐标，首先计算顶面特征点，然后再按公式(4)确定底面巷道中心线的坐标。宽度取值有2种情况:①圆拱巷道取d₁=d₂=0.5w;②梯形巷道，顶面点计算取d₁=d₂=0.5w₁，底部为d₁=d₂=0.5w₂;

(4)圆拱顶面插值

圆拱巷道需要在顶部进行插值，设在半圆弧上插值的点数为n，半径为r,半圆两端点分别为l(x_l，y_l，z_l)和r(z_r，y_r,z_r)其坐标按照前面的公式己经计算出来了，插值则按下面的方法来进行插值点坐标的计算。由lr直线参数方程:

\{\begin{matrix} p (t) = p_{l} - (p_{r} - p_{l}) t \\ t = \frac{r + r \cos (n_{i} π / n)}{2 r} = \frac{1 + \cos (n_{i} π / n)}{r} \end{matrix} - - - (5)

则可以得到圆顶离散点坐标为:

\{\begin{matrix} x_{n_{i}} = x_{l} + (x_{r} - x_{l}) * (1 + \cos (n_{i} π / n)) / 2 \\ y_{n_{i}} = x_{l} + (x_{r} - x_{l}) * (1 + \cos (n_{i} π / n)) / 2 \\ z_{n_{i}} = z_{0} + r * \sin (n_{i} π / n) \\ n_{i} = {1,2, . . . . . . n} \end{matrix} - - - (6)

3.2巷道弯道的计算

巷道中心线上的顶点多于两个时，即巷道弧段至少有3个顶点时，则所述可能存在弯道。

3.2.1巷道宽度相同的弯道处理

巷道在弯道处相对于中心线的左右两侧平行线段，若一侧相交，则另外一侧一定不相交。对于相交的一侧则以交点作为边界特征点，对于不相交的一侧则以巷道中心线的第二个顶点为圆心，以巷道宽的1/2长度为半径，做一条圆弧使不相交的一侧的线段连接起来，以使巷道在弯道处光滑，然后运用插值算法计算弯道处的特征点坐标值;如图2(a)所示，巷道线o₁o₂o₃，巷道在o₂处存在弯道，相交一侧的两线段的端点分别为r₁，r₂,r₃，r₄，不相交一侧的两线段的端点为l₁，l₂，l₃，l₄，o₁o₂中心线的左平行线为l₁l₂，右平行线r₁r₂;相邻中心线段o₂o₃左平行线为l₃l₄，右平行线为r₃r₄。由图2(b)可知r₁r₂交r₃r₄于r₂₃，而l₁l₂和l₃l₄线段不相交，则以第二个中心点o₂为圆心，以0.5w为半径，构造一条过l₂和l₃的圆弧。

1)交点的计算方法

如图2(a)，相交一侧的两线段的端点r₁，r₂，r₃，r₄，用向量形式表示为:

\{\begin{matrix} R_{1} = [x_{r_{1}}, y_{r_{1}}, z_{r_{1}}] \\ R_{2} = [x_{r_{2}}, y_{r_{2}}, z_{r_{2}}] \\ R_{3} = [x_{r_{3}}, y_{r_{3}}, z_{r_{3}}] \\ R_{4} = [x_{r_{4}}, y_{r_{4}}, z_{r_{4}}] \\ R_{12} (t) = R_{1} + (R_{2} - R_{1}) t (0 \leq t \leq 1) \\ R_{34} (s) = R_{3} + (R_{4} - R_{3}) s (0 \leq s \leq 1) \end{matrix} - - - (7)

则

\{\begin{matrix} t = - \frac{(R_{3} \times (R_{4} - R_{3})) \cdot R_{1}}{(R_{3} \times (R_{4} - R_{3})) \cdot (R_{2} - R_{1})} \\ s = - \frac{(R_{1} \times (R_{2} - R_{1})) \cdot R_{3}}{(R_{1} \times (R_{2} - R_{1})) \cdot (R_{4} - R_{3})} \end{matrix} - - - (8)

对于公式(8)如果

且

则说明两直线相交，代t或s入公式(7)的R₁₂(t)或R₃₄(s)则计算出直线的交点r₂₃，否则说明两直线不交。

2)圆弧

当巷道中心线同侧的两个线段不相交则需要插值，图2(b)所示，设插值个数为n，以o₂为圆心，0.5w为半径，过l₁和l₂的圆弧插值点计算过程如下:

①计算向量夹角

②确定插值起始向量

由于插值时是在xoy投影面上，旋转时是绕Z轴旋转，以右手规则确定旋转角度的正方向。设需插值点为p₁、p₂……p_n，旋转起始向量为o₂p₀，记Corss.z为公式(10)中Cross向量的z分量，若Corss.z≥0，则说明旋转时应从o₂l₃转向o₂l₂，则

反之

③插值点坐标计算

3.2.1巷道宽度不相同的弯道处理

对于两段巷道相交的一侧则以交点作为边界特征点，对于两段巷道不相交的一侧，则延长使其相交于一点，然后取该点与两段巷道不相交的一侧的两线段的位于弯道处的端点之间的中间点，这两个中间点和不相交一侧的两线段位于弯道处的端点构造出三次贝兹曲线的四个控制点，然后做三次贝兹光滑曲线，运用插值算法计算弯道处的特征点坐标值。如图3(a)，巷道线o₁o₂o₃,其中o₁o₂的宽度与o₂o₃宽度不等，分别为w₁和w₂，其两侧平行线的同侧平行线段为l₂l₃，如果不相交，则需要在端点l₂和l₃间插值光滑，如图3(b)，构建三次贝兹曲线的方法如图4所示，假设l₁l₂和l₃l₄延长线相交于l₂₃，记m₂为l₂l₂₃中点，m₃为l₂₃l₄中点，这样就构造出了三次贝兹曲线的四个控制点l₂、m₂、m₃和l₃。曲线插值点p₁、p₂……p_n计算过程如下:

①按公式(7)～(8)计算延长线交点l₂₃，以向量表示则有中点m₂和m₃坐标向量

p_{m_{2}} = (p_{l_{2}} + p_{l_{23}}) / 2, p_{m_{3}} = (p_{l_{23}} + p_{l_{3}}) / 2 - - - (12)

②确定曲线插值起点，按公式(10)计算Cross向量，若Cross.z≥0则插值点由l₃、p₁，p₂……p_n、l₁组成，否则反之。设插入点的个数为n+1，则p₀、p₁、p₂……p_n插值点坐标计算公式(13)如下:

\{\begin{matrix} p_{i} = [\begin{matrix} t_{i}^{3} & t_{i}^{2} & t_{i} & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} - 1 & 3 & - 3 & 1 \\ 3 & - 6 & 3 & 0 \\ - 3 & 3 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{l_{3}} \\ p_{m_{2}} \\ p_{m_{1}} \\ p_{l_{2}} \end{matrix}] \\ t_{i} = {0, \frac{1}{n}, \frac{2}{n} . . . . . . 1} \end{matrix} - - - (13)

步骤四、根据巷道的特征点坐标值进行巷道体各个表面三角网的构建以建立整个巷道体三维表面模型;

4.1独立巷道模型

4.1.1巷道断面形状为矩形巷道时，其左帮面、右帮面、底面、顶面、前断面、后断面是由特征点组成的四边形，从四边形的对角线处分割成两个三角形。

4.1.2巷道断面形状为圆拱巷道时，其左帮面、右帮面、底面、前断面、后断面是由特征点组成的四边形，从四边形的对角线处分割成两个三角形，左帮面由两个三角形组成，即△l₁l₁'l₂和△l₁'l₂'l₂;右帮面两个三角形为△r₁r₁'r₂和△r₁'r₂'r₂;底面为△r₁'l₂'l₁'和△r₁'r₂'l₂';前断面为△l₁'r₁l₁和△l₁'r₁'r₁;后断面为△l₂'r₂l₂和△l₂'r₂'r₂。而对于圆拱巷道顶面三角形的构成，如图5所示设前断面圆拱插值点为p₀、p₁……p_i-1、p_i…p_n，后断面插值点为p₀'、p₁'……p_i-1'、p_i'…p_n'，则前后断面组成的顶面三角网格TriNet为:

TriNet = \cup_{i = 0}^{n} (Δ p_{i - 1} p_{i - 1}^{'} p_{i}^{'} \cup Δ p_{i - 1} p_{i}^{'} p_{i}) - - - (14)

4.1.3巷道断面形状为矩形巷道，且巷道有弯道时，巷道中心线上的每两个顶点组成一条直线巷道，则所述巷道的底面或顶面三角格网分为两部分:直线部分和曲线部分，其三角格网的构建方法为

步骤一、在弯道处相对于中心线的左右两侧平行线段，对于相交的一侧以交点作为边界特征点，以交点对特征边界线进行分割，得到底面或顶面直线部分的三角格网，也构造出巷道左右帮面的直平面三角格网，如图2(b)所示，以交点r₂₃对特征边界线进行分割，即以r₂₃l₂代替r₂l₂，r₁r₂₃代替r₁r₂;r₂₃l₄代替r₃r₄;r₂₃l₃代替l₃，由直线巷道的构建方法得到底面的或顶面直线部分的三角格网。

步骤二、补充缺失的三角形，以巷道线的位于弯道处的顶点为公共点，按照逆时针方向分别连接巷道弯道处光滑曲线上的各个插值点，组成底面或顶面弯道处的三角形格网，由此可以构造出巷道左帮面或右帮面弯道部分的三角格网光滑曲面。由图2(b)和图4所示，以o₂为公共点，按照逆时针方向分别连接各个插值点，组成新的三角形:

TriNet_Add = U_{i = 0}^{n} {Vo}_{2} p_{i - 1} p_{i} U {Vo}_{2} l_{2} r_{23} U {Vo}_{2} l_{3} r_{23} - - - (15)

4.1.4巷道断面形状为圆拱巷道，且巷道有弯道时，圆拱巷道的顶面构建方法为:

步骤一、确定顶面的边界，弯道处前面的直线巷道为第一巷道，弯道处后面的直线巷道为第二巷道，延伸第一巷道边界线段相交一侧的线段至第二巷道中心线得到交点，然后根据此交点延伸第一巷道的不相交的一侧的线段，使巷道两边的平行线段同步延长;第二巷道的边界线段相交一侧的线段延长至第一巷道的不相交一侧的线段，得到一个交点，据此交点延长第二巷道的不相交一侧的线段，使巷道两边的平行线段同步延长，得到新的巷道边界特征点，则可以得到具有弯道的巷道三维图，如图6(b)所示，首先延长边界线段r₁r₂交o₂o₃于点r₁₂，同理，o₁o₂的另外一侧平行线段l₁l₂延长至l₂';o₂o₃的平行线r₄r₃延长至l₁l₂得交点r₄₃，同理，o₂o₃另外一侧的平行线l₄l₃延长至l₄₃。这样就得到了新的巷道边界特征点。

步骤二、利用图形集合并运算处理圆拱贯通，两直线圆拱巷道顶部在其内部出现交叉，利用图形集合并运算保留两直线圆拱巷道的外部图形，删除两直线圆拱巷道内部的圆拱面;如图6(b)和图7，设o₁o₂、o₂o₃段圆拱顶部插值点的个数分别为m+1、n+1，o₁o₂段前后断面的圆拱边界点为p_i和p_i'(i=0，1，……m)，o₂o₃段前后断面的圆拱边界点q_j和q_j'(j=0，1，....n)。为求得两圆拱的交线，以其中一段圆拱的插值线求出它与另外一段圆拱面的交点，然后把所有的交点有序连接起来即得到两直线圆拱的交线。如图7所示，o₁o₂段直线巷道的圆拱插值空间直线段p_ip_i'交o₂o₃圆拱曲面于点c_i。设c_i在平面片q_j-1q_j-1'q_jq_j'(记为χq_j-1q_j-1'q_jq_j')上，令p_i的向量表示为

则交点c_i按以下公式(16)～(18)方法计算:

i)求χq_j-1q_j-1'q_jq_j'参数方程P(u,w)由于χq_j-1q_j-1'q_jq_j'过点q_j-1、q_j-1'、q_j和q_j'(向量)，则有公式:

\{\begin{matrix} P (u, w) = A + uB + wC (u, w &Element; [0,1]) \\ A = q_{j - 1} \\ B = {q_{j - 1}}^{'} - q_{j - 1} \\ c = q_{j} - q_{j - 1} \end{matrix} - - - (16)

ii)线段p_ip_i'参数方程:

Q(t)=p_i+(p_i'-p_i)t(t∈[0，1]) (17)

iii)交点:c_i=P(u，w)=Q(t)，即

A + uB + wC = p_{i} + (p_{i} - {p_{i}}^{'}) t

&DoubleRightArrow; \{\begin{matrix} t = \frac{(B \times C) \cdot A - (B \times C) \cdot p_{i}}{(B \times C) \cdot ({p_{i}}^{'} - p_{i})} \\ u = \frac{(C \times (p_{i} - {p_{i}}^{'})) \cdot pi - (C \times (p_{i} - {p_{i}}^{'})) \cdot A}{(C \times (p_{i} - {p_{i}}^{'})) \cdot B} \\ w = \frac{(B \times (p_{i} - {p_{i}}^{'})) \cdot pi - (B \times (p_{i} - {p_{i}}^{'})) \cdot A}{(B \times (p_{i} - {p_{i}}^{'})) \cdot C} \end{matrix} - - - (18)

o₁o₂段的圆顶线段p_ip_i'需要遍历o₂o₃段的所有圆顶曲面片χq_j-1q_j-1'q_jq_j'进行求交，一旦发现有交点c_i，则判断o₁o₂下一个直线段p_i+1P_i+1'与圆顶曲面片χq_j-1q_j-1'q_jq_j'的交点情况，最后得到交点的一个有序C如公式(20)所示。

由公式(14)o₁o₂段的相应的圆拱曲面三角格网为:

TiNet = \cup_{i = 0}^{n} (Δ p_{i} {c_{i}}^{'} {c_{i - 1}}^{'} \cup Δ p_{i - 1} {c_{i - 1}}^{'} p_{i}) - - - (21)

其算法伪码描述如下:

按照以上算法处理后得到的交线如图7中的曲线段按照图形并运算，它属于体的内部，是冗余元素，必须舍弃。据图8，其算法如下:

i)从有序的交点集合C中取出z坐标最大的一点c_{i_max_z}，这样交点集合被分成两部分CL和CR，即:

CL = U_{i = 0}^{i_\max_z} {cl}_{i}, CR = U_{j = i_\max_z}^{m} {cl}_{j} - - - (22)

ii)设过c_{i_max_z}点的o₂o₃段的圆拱插值线段为q_zq_z'，若q_zq_z'不存在，则插入到q_jq_j'组成的集合中去。显然，q_zq_z'把o₂o₃段的圆拱插值线段也分为左右两部分，即:

\{\begin{matrix} QR = \cup_{i = 0}^{z} q_{i} {q_{i}}^{'} \\ QL = \cup_{j = z}^{n} q_{j} {q_{j}}^{'} \end{matrix} - - - (23)

显然，QL部分的插值线段被保留，亦即这部分的三角面被保留，而QR部分则舍弃，图中的虚线部分表示需要删除的插值线段，对删除的部分需要重新插值构建三角面。

iii)由公式(22)可知，需在CL和CR两集合内分别构建新的三角面片元。对CL的元素取cl_i，过cl_i做平行于q_zq_z'的平行线交o₂o₃前断面圆拱边界为qr_i，得到插值线段cl_iqr_i，同理有cl_i+1qr_i+1插值线，相邻两条线段形成两个三角形△qr_icl_iqr_i+1和△cl_icl_i+1qr_i+1。对CR内的元素做同样的处理，可以得到右边的三角格网片元。因此，整个圆拱部分的三角网TfiNn_ALL由三部分组成，即QR、CL、CR区间的三角格网，其公式为(24)。

\{\begin{matrix} TriNet_CL = \cup_{i = 1}^{m} (Δ {qr}_{i} {cl}_{i} {qr}_{i + 1} \cup Δ {cl}_{i} {cl}_{i + 1} {qr}_{i + 1}) \\ TriNet_CR = \cup_{j = 1}^{n} (Δ {qr}_{j + 1}^{'} {cr}_{j} {cr}_{j + 1} \cup Δ {qr}_{j + 1}^{'} {cr}_{j + 1} {qr}_{j}^{'}) \\ TriNet_QR = \cup_{i = 1}^{z} (Δ q_{i - 1} {q_{i}}^{'} {q_{i - 1}}^{'} \cup Δ q_{i - 1} {q_{i - 1}}^{'} q_{i}) \\ TriNet_ALL = TriNet_CL \cup TriNet_CR \cup TriNet_QR \end{matrix} - - - (24)

通过上面三个步骤，我们就可以得到具有弯道圆拱顶部的三角格网构成的面域，并且在顶部是贯通的。

设l₂l₃的插值点个数为m'+1，l₂r₄₃直线段上插值个数为n'+1，则插值点矢量坐标按公式(25)计算:

p_{s_{i}} (t_{j}) = r_{43} + (r_{43} - l_{2}) t_{i} (t_{i} = 0, \frac{1}{n}, \frac{2}{n}, \cdot \cdot \cdot 1) - - - (25)

令弯道边界点的矢量集合为V，则其个数为m'+n'+2。构造过V中各元素的垂直面P，设垂直高度为H，则V中矢量点的坐标加上H(H≥max(w₁，w₂))，而x，y值不变，即为V'各矢量点的坐标，垂直面P由下面公式确定:

此时圆拱顶部的交线实际上就是o₂o₃的插值线段与公式(26)中的垂直面P的相交线。据图9可知，o₂o₃的插值线段经过贯通处理后，只有一部分线段所构成的面域与P面存在相交，即公式(24)中的TriNet_QR和TriNet_CL与P存在相交。TriNet_QR集合中的三角格网来源于集合QR中的线段;TriNet_CL中的三角格网来源于集合CL，插值线为cl_iqr_i和QR。设交点集合为CV，则求交过程如下:

i)QR区域的求交

中的元素个数为z，见公式(23)

ii)TriNet_CL区域的求交

TriNet_CL区域的矢量线段是

如图9和图10所示，因此，在这个区域的交点计算应该是求

与P的交点，其方法与上面i)QR区域的求交过程一样，但需要把

置换成

iii)切割面的组成

通过i)和ii)步骤后，交叉处的圆拱被再一次分割，cv_i是通过圆拱的插值线与垂直面P求交得到的圆顶离散点，侧边的面可以根据求出的cv_i来实现重构。尽管侧边的底边界线可由公式(26)的V得到，但cv_i与V中的元素v_i的不是一一对应的，直接构面不易实现且较为复杂。为此，我们采用求cv_i在其所在面的的底边的垂足点cv_i'来建立侧边上、下面的对应关系，这样就可以构建出无缝的侧面。cv_i'按定比分点公式计算，如下:

\{\begin{matrix} λ = \frac{x_{v_{i}} - x_{{cv}_{i}}}{x_{{cv}_{i}} - x_{v_{i + 1}}} \\ {cv}_{i}^{'} = \frac{v_{i} + v_{i + 1} λ}{1 + λ} \end{matrix} - - - (27)

至此，巷道圆拱全部处理完毕，最后给出具有弯道巷道顶部的三角形面域的集合表达式:

\{\begin{matrix} TriNet_{CL}^{'} = \cup_{i = 1}^{m} (Δ {cv}_{i} {cl}_{i} {cv}_{i + 1} \cup Δ {cl}_{i} {cl}_{i + 1} {cv}_{i + 1}) \\ TriNet_{CR}^{'} = TriNet_CR \\ TriNet_{QR}^{'} = \cup_{i = 1}^{z} (Δ {cv}_{i - 1} {q_{i}}^{'} {q_{i - 1}}^{'} \cup Δ {cv}_{i - 1} {q_{i - 1}}^{'} {cv}_{i}) \\ TriNet_SIDE = \cup_{i = 1}^{z} (Δ {cv}_{i}^{'} {cv}_{i} {cv}_{i + 1}^{'} \cup Δ {cv}_{i + 1} {cv}_{i + 1}^{'} {cv}_{i}^{'}) \\ TriNet_ALL = TriNet_C L^{'} \cup TriNet_{CR}^{'} \cup TriNet_{QR}^{'} \cup TriNet_SIDE \end{matrix} - - - (28)

公式(28)表明了巷道体的圆拱部分由四部分组成，比较公式(24)，不难发现第二次体的分割的TriNet_CR未发生变化，TriNet_CL'和TriNet_QR'以新的交点cv_i代替了原先的qr_i和q_i，qr_i和q_i正好位于体的外部，按照图形集合交运算，予以舍弃。此外公式中的TriNet_SIDE表示巷道的侧边。

4.2交叉巷道模型

任意条交叉巷道体的贯通处理方法为

步骤一、在多条独立巷道交汇点计算方位角，以使能够快速确定巷道边界的相交;如图11(a)所示，6条独立巷道交汇于O点，显然巷道内部未贯通，巷道相邻的帮边界两两相交。在xoy投影面上以节点O为起点，分别连接各个独立巷道的左右平行线的另外一个断面的特征点，如图中连接后形成的有向矢量线段设O点矢量坐标为(x₀，y₀，z₀)，矢量线段另外一点坐标设为(x_i，y_i，z_i)，则方位角按下式计算:

对所求得α_i进行角度逆时针排序(升序)，则得到节点O处排序的巷道顺序，图11(a)图的巷道排序是Oo₃、Oo₂、Oo₁、Oo₆、Oo₅、Oo₄，这个排序应该理解为它是一个环形排序，对于排序队列首尾两个序号的前后点的判断时应按环形队列来应用，如Oo₃的前一个排序应该是Oo₄，Oo₄的后一个序号是Oo₃。

步骤二、构建底面的三维面，实施方式为当前巷道的左帮与下一条巷道的右帮相交，当前的右帮与前一条巷道的左帮相交，依次可以得出其他边的相交，经过求交处理后巷道的底面不再相互交错，最后根据巷道的参数，计算三维特征点，实现巷道在节点处的贯通，交处理后在底面会出现空洞的区域，缺失三角网，以节点为中心，沿逆时针方向构建三角格网，这样即可构建底面的三角格网；在xoy投影图上，对相对于节点的排序巷道，即可判断出巷道帮边界的相交情况，其规律是当前巷道的左帮与下一条巷道的右帮相交，当前的右帮与前一条巷道的左帮相交。图中Oo₃的左边Oe与Oo₂的右边Od相交，Oo₃的右边与Oo₄的左边相交，同理，可得到其他边的相交情况。求交后分别得到交点n、m、s、r、q、p，如图11(b)图所示，显然经过求交处理后巷道的底面不再相互交错，最后根据巷道的参数，计算三维特征点，即可实现巷道在节点处的贯通。在图11(b)中，可以看到交处理后在底面会出现空洞的区域，即存在三角网缺失，为此，在节点处还必须补上这些缺失的三角形，以O为中心，沿逆时针方向构建三角网，即有△Opn、△Onm、△Oms、△Opn、△Osr、△Orq和Oqp，其缺失三角形的个数为节点O的度，本例中节点的度deg(O)=6。

步骤三、构建节点处顶部曲面，先得出曲面的相交边界线，然后根据边界线再次生成三角格网，通过在节点处选取两条巷道视为具有弯道的独立巷道来实现顶部的曲面构建。下面给出其算法:

根据以上算法，如图12，以巷道Oo₆为例，它首先与Oo₃顶部曲面相交后得到切割线段r't，Oo₆形成新的插值线后，再与Oo₃段相交得到曲线tu，以tu修改Oo₆插值线，新的插值线曲面与Oo₂切割曲线为uO'，再次修改Oo₆插值曲线，最后与Oo₄段巷道得切割曲线O'q'，Oo₆经过上述求交后得到的三维面。顶部曲面和左、右帮面合成后得到节点处的三维贯通、光滑巷道，

步骤五、所有巷道三维模型建立后，提取巷道的表面三角形作为地质体的限定面，以限定面重新修改地质四面体模型，舍弃巷道体内的地质四面体。

(1)地层TIN边界限定

当巷道穿越地层表面时，无缝的地层表面被巷道体分割，形成一个空洞，空洞把表面分为洞内和洞外，洞外的Delauny三角网保留，洞内的三角形予以删除。

(2)四面体约束面限制，其实现步骤是:

①根据地层离散点建立TIN模型，并封边，形成无缝的封闭三维体;

②判断巷道是穿越地层还是包含于地层，若是穿越地层，则需TIN与巷道做交运算，即TIN三角形与巷道体三角形求空间交，交点作为地层的离散点参与TIN局部构建三角网，对交点连线构成一个闭合的空间多边形，并把TIN分成内外两部分，形成一个空洞，由于空洞区域是巷道体的面，故其内的三角形被舍弃;

③把巷道体表面模型的三角形作为四面体的限定面，对原有的四面体进行二次分割。剖分后的四面体需要判断是否在巷道体内部，若在内部则删除此四面体，否则保留。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，包括下列步骤:

步骤二、从数据库读取所采集到的巷道顶部中心线上点的三维坐标值即顶点三维坐标值；巷道被其它巷道分成两段或多段的线段为弧段，弧段的两端点为节点，根据多条巷道的顶点三维坐标值可以得出交叉巷道的节点、弧段之间的关系；

步骤三、根据巷道断面形状参数、节点和弧段之间的关系以巷道顶底中心线为基准，来计算由前断面、后断面、右帮面、左帮面、底面和顶面组成的巷道体三维表面模型的特征点坐标值；所述巷道体三维表面模型特征点坐标值的计算，分为两部分来计算：直线巷道部分和多条巷道交汇处部分；所述多条巷道交汇处部分特征点坐标值的计算首先确定每条巷道左帮面和右帮面与相邻巷道体的帮边界的相交点，然后再通过巷道断面形状参数及巷道中心线上的三维坐标值来计算相交点处的三维坐标值，以实现交叉巷道在节点处的贯通；

2.如权利要求1所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，检查弧段的端点和终点，所述弧段端点和终点的度即与该节点相关联的弧段数均为1时，巷道为独立巷道。

3.如权利要求2所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形且巷道为直线巷道时，根据巷道顶部中心线上的三维坐标值和巷道断面形状参数宽w、高h计算出巷道顶底中心线左右两侧平行线端点的三维坐标值。

4.如权利要求3所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形态为圆拱巷道且巷道为直线巷道时，所述圆拱巷道分为两部分：矩形部分和拱形部分，矩形部分采用矩形巷道计算特征点坐标值的方法，拱形部分采用插值算法进行拱形断面顶部的圆拱坐标值计算，得到圆顶离散点坐标值。

5.如权利要求3所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形且巷道有弯道时，巷道分为两部分：直线巷道部分和弯道巷道部分，直线巷道部分采用直线巷道计算特征点坐标值的方法，弯道巷道部分所采用的方法为：弯道处前后两段巷道宽度相同时，在弯道处相对于中心线的左右两侧的帮边界平行线段，对于帮边界相交的一侧则以交点作为边界特征点，对于帮边界不相交的一侧则以巷道中心线的第二个顶点为圆心，以巷道宽的1/2长度为半径，做一条圆弧使帮边界不相交的一侧的线段连接起来，以使巷道在弯道处光滑，然后运用插值算法计算弯道处的特征点坐标值。

6.如权利要求3所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，步骤三中计算巷道体三维表面模型的特征点坐标值时，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形且巷道有弯道时，巷道分为两部分：直线巷道部分和弯道巷道部分，直线巷道部分采用直线巷道计算特征点坐标值的方法，弯道巷道部分所采用的方法为：弯道处前后两段巷道宽度不同时，对于两段巷道帮边界相交的一侧则以交点作为边界特征点，对于两段巷道帮边界不相交的一侧，则延长使其相交于一点，然后取该点与两段巷道帮边界不相交的一侧的两线段的位于弯道处的端点之间的中间点，这两个中间点和帮边界不相交一侧的两线段位于弯道处的端点构造出三次贝兹曲线的四个控制点，然后做三次贝塞尔曲线，运用插值算法计算弯道处的特征点坐标值。

7.如权利要求2所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形巷道时，其左帮面、右帮面、底面、顶面、前断面、后断面是由巷道体三维表面模型的特征点组成的四边形，从四边形的对角线处分割成两个三角形。

8.如权利要求2所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为圆拱巷道时，其左帮面、右帮面、底面、前断面、后断面是由巷道体三维表面模型的特征点组成的四边形，从四边形的对角线处分割成两个三角形，而对于圆拱巷道顶面三角形的构成，设前断面圆拱插值点为p₀、p₁……p_i-1、p_i…p_n，后断面插值点为p₀′、p₁′……p_i-1′、p_i′…p_n′，则前后断面组成的顶面三角网格TriNet为：

。

9.如权利要求7所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为矩形巷道，且巷道有弯道时，所述巷道的底面或顶面三角格网分为两部分：直线部分和曲线部分，其三角格网的构建方法为

步骤一、在弯道处相对于巷道顶底中心线的左右两侧平行线段，对于巷道帮边界相交的一侧以交点作为边界特征点，以交点对特征边界线进行分割，得到底面或顶面直线部分的三角格网，也构造出巷道左右帮面的直平面三角格网；

10.如权利要求9所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，所述巷道为独立巷道，巷道断面形状为圆拱巷道，且巷道有弯道时，巷道体表面的三角格网构建分为两部分:矩形部分和圆拱部分，矩形部分底面和左帮面、右帮面的三角格网的构建方法采用矩形巷道三角格网的构建方法，圆拱部分顶面三角格网的构建方法为：

步骤一、确定顶面的边界，弯道处前面的直线巷道为第一巷道，弯道处后面的直线巷道为第二巷道，延伸第一巷道帮边界线段相交一侧的线段至第二巷道中心线得到交点，然后根据此交点延伸第一巷道的帮边界不相交一侧的线段，使巷道中心线两侧的平行线段同步延长；第二巷道的帮边界线段相交一侧的线段延长至第一巷道的帮边界不相交一侧的线段，得到一个交点，据此交点延长第二巷道的帮边界不相交一侧的线段，使巷道两边的平行线段同步延长，得到新的巷道边界特征点，则可以得到具有弯道的巷道三维图；

步骤二、利用图形集合并运算处理圆拱贯通，两直线圆拱巷道顶部在其内部出现交叉，利用图形集合并运算保留两直线圆拱巷道的外部图形，删除两直线圆拱巷道内部的圆拱面；

11.如权利要求1所述的基于空间数据结构体系的三维地质巷道建模方法，其特征在于，所述巷道为交叉巷道，巷道的断面形状为圆拱形状时，任意条交叉巷道体的贯通处理方法为：

步骤一、在多条独立巷道交汇点计算方位角，以使能够快速确定巷道帮边界的相交；

步骤二、构建交叉巷道底面的三角格网，实施方式为当前巷道的左帮面与下一条巷道的右帮面相交，当前的右帮面与前一条巷道的左帮面相交，依次可以得出其它帮边界的相交，确定了每条巷道左帮面和右帮面与相邻巷道体的帮边界的相交点，经过求交处理后巷道的底面不再相互交错，然后再通过巷道断面形状参数及巷道中心线上的三维坐标值来计算相交点处的三维坐标值，实现巷道在节点处的贯通，交处理后在交叉巷道交汇点处的底面会出现空洞的区域，缺失三角网，以节点为中心，沿逆时针方向构建三角格网，这样即可构建底面的三角格网；