CN112200908B - 一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法及系统。该方法包括获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；根据散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数；根据散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包；获取凸包在不同视角下的形状特征；根据凸包在不同视角下的形状特征确定凸包的加权平均值与视角差异指数；根据散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定散体顶煤颗粒对应的目标凸包；对目标凸包进行体素化和骨架化；根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒。本发明实现高精度、低数据量的颗粒重建。
Description
技术领域
本发明涉及散体顶煤颗粒重建领域，特别是涉及一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法及系统。
背景技术
目前关于放顶煤开采散体顶煤放出规律、放出体形态、顶煤放出率等方面的离散元模拟，通常是将散体顶煤颗粒简化成二维圆盘或者三维球体，这种简化与实际不规则的散体顶煤颗粒相比过于理想化，一定程度上会改变系统的力学性质，相比于不规则颗粒，圆盘或者球体更容易发生旋转，抗剪性能较差，散体顶煤颗粒流动规律也会发生变化。
使用还原度更高的不规则颗粒进行放顶煤工作面离散元模拟十分必要。目前的颗粒重建方法普遍存在颗粒仿真度差、数据量较大的问题。并且，目前的研究通常提取颗粒单一形状特征用于重建，特征选取单一，造成重建后的颗粒仿真度差；此外，目前常用的重建方法：基于体素点的重建、基于骨架点的重建，都需要用到较多的小球，这样在导入数值模拟软件后，进行大型数值计算时，运算速度会会慢，效率很低，对计算机的性能也要求较高，造成很多配置较低的电脑无法运算。
因此，亟需提供一种散体顶煤颗粒重建的方法或系统实现高精度、低数据量的颗粒重建。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法及系统，实现高精度、低数据量的颗粒重建。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法，包括：
获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；所述形状特征包括：轴向系数、长宽比、圆度系数、Blaschke系数、修正Blaschke系数、棱角性系数以及轮廓系数；
根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数；
根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包；
获取所述凸包在不同视角下的形状特征；
根据所述凸包在不同视角下的形状特征确定所述凸包的加权平均值与视角差异指数；
根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
对所述目标凸包进行体素化和骨架化；
根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒。
可选的，所述根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数，具体包括：
利用公式确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值；
利用公式确定所述散体顶煤颗粒的视角差异指数；
其中，n为视角的个数，Fi为视角i下的散体顶煤颗粒样本的形状特征，wi为权重，具体为散体顶煤颗粒在视角i下的面积或者周长与散体顶煤颗粒在各视角下面积或者周长之和的比值。
可选的，所述根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包，具体包括：
判断所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值是否均小于差异阈值；
若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值均小于差异阈值，则将所述散体顶煤颗粒对应的凸包确定为所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值不小于差异阈值，则返回根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包的步骤。
可选的，所述根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒，具体包括：
获取所述体素化和骨架化后的目标凸包中骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球；
判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部；
若所述最大内切球内的点位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部，则确定一次记录，并移除任意一个骨架点，得到更新后的目标凸包；
判断所述最大内切球内的点是否位于更新后的目标凸包内部；
所述最大内切球内的点位于更新后的目标凸包内部，则确定二次记录，并返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤，进行所述最大内切球内下一点的判断；
判断所述一次记录的数目是否与所述二次记录的数目相同；
若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目不相同，则返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤；
若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目相同，则完成骨架简化；
根据简化后的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径，利用PFC数值模拟软件，重建所述散体顶煤颗粒。
一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统，包括：
形状特征第一获取模块，用于获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；所述形状特征包括：轴向系数、长宽比、圆度系数、Blaschke系数、修正Blaschke系数、棱角性系数以及轮廓系数；
加权平均值与视角差异指数第一确定模块，用于根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数；
凸包生成模块，用于根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包；
形状特征第二获取模块，用于获取所述凸包在不同视角下的形状特征；
加权平均值与视角差异指数第二确定模块，用于根据所述凸包在不同视角下的形状特征确定所述凸包的加权平均值与视角差异指数；
目标凸包确定模块，用于根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
目标凸包处理模块，用于对所述目标凸包进行体素化和骨架化；
散体顶煤颗粒重建模块，用于根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒。
可选的，所述加权平均值与视角差异指数第一确定模块具体包括：
加权平均值确定单元，用于利用公式确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值；
视角差异指数确定单元，用于利用公式确定所述散体顶煤颗粒的视角差异指数；
其中，n为视角的个数，Fi为视角i下的散体顶煤颗粒样本的形状特征，wi为权重，具体为散体顶煤颗粒在视角i下的面积或者周长与散体顶煤颗粒在各视角下面积或者周长之和的比值。
可选的所述目标凸包确定模块具体包括：
第一判断单元，用于判断所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值是否均小于差异阈值；
目标凸包确定单元，用于若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值均小于差异阈值，则将所述散体顶煤颗粒对应的凸包确定为所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
凸包重新生产单元，用于若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值不小于差异阈值，则返回根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包的步骤。
可选的，所述散体顶煤颗粒重建模块具体包括：
骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球确定单元，用于获取所述体素化和骨架化后的目标凸包中骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球；
第二判断单元，用于判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部；
目标凸包更新单元，用于若所述最大内切球内的点位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部，则确定一次记录，并移除任意一个骨架点，得到更新后的目标凸包；
第三判断单元，用于判断所述最大内切球内的点是否位于更新后的目标凸包内部；
第三判断单元结果确定单元，用于所述最大内切球内的点位于更新后的目标凸包内部，则确定二次记录，并返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤，进行所述最大内切球内下一点的判断；
第四判断单元，用于判断所述一次记录的数目是否与所述二次记录的数目相同；
判断更新单元，用于若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目不相同，则返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤；
骨架简化完成单元，用于若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目相同，则完成骨架简化；
散体顶煤颗粒重建单元，用于根据简化后的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径，利用PFC数值模拟软件，重建所述散体顶煤颗粒。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法及系统，通过提取颗粒在不同视角下的形状特征，并计算这些形状特征的加权平均值和视角差异指数，将这两个指标共同作为判据用于颗粒形状表征及重建，另外，针对目前颗粒重建方法数据量大的问题，本发明对目标凸包进行体素化和骨架化；根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒，即通过一种骨架简化方法，可以大大降低颗粒重建的数据量，可以加快数值模拟运算速度，提高运算效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法流程示意图；
图2为本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法原理示意图；
图3为本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法及系统，实现高精度、低数据量的颗粒重建。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法流程示意图，如图1所述，本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法，包括：
S101，获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；所述形状特征包括：轴向系数、长宽比、圆度系数、Blaschke系数、修正Blaschke系数、棱角性系数以及轮廓系数。进一步的，形状特征选取其中2～4个即可。视角为选取三个相互垂直视角。
S102，根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数。
S102具体包括：
利用公式确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值。
利用公式确定所述散体顶煤颗粒的视角差异指数。
其中，n为视角的个数，Fi为视角i下的散体顶煤颗粒样本的形状特征，wi为权重，具体为散体顶煤颗粒在视角i下的面积或者周长与散体顶煤颗粒在各视角下面积或者周长之和的比值。
S103，根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包。根据散体顶煤颗粒的粒径，生成球体，在球体上生成若干随机点，将随机点连接，形成凸包。优选的，随机点个数与散体顶煤颗粒的形状有关，对于外观圆润的散体顶煤颗粒，随机点数可以选为20～30个，对于外观非圆润的散体顶煤颗粒，随机点数可以选为10～20个。
S104，获取所述凸包在不同视角下的形状特征。采用与提取散体顶煤颗粒的形状特征时相同的视角。
S105，根据所述凸包在不同视角下的形状特征确定所述凸包的加权平均值与视角差异指数。
S106，根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包。
S106具体包括：
判断所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值是否均小于差异阈值。
若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值均小于差异阈值，则将所述散体顶煤颗粒对应的凸包确定为所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包。
若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值不小于差异阈值，则返回根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包的步骤。
S107，对所述目标凸包进行体素化和骨架化。采用Polygon2Voxel算法进行目标凸包的外部体素化。采用充填的方法实现目标凸包的内部体素化。
S108，根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒。
S108具体包括：
获取所述体素化和骨架化后的目标凸包中骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球。
判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部。
若所述最大内切球内的点位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部，则确定一次记录，并移除任意一个骨架点，得到更新后的目标凸包。
判断所述最大内切球内的点是否位于更新后的目标凸包内部。
所述最大内切球内的点位于更新后的目标凸包内部，则确定二次记录，并返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤，进行所述最大内切球内下一点的判断。
判断所述一次记录的数目是否与所述二次记录的数目相同。
若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目不相同，则返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤。
若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目相同，则完成骨架简化。
根据简化后的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径，利用PFC数值模拟软件，重建所述散体顶煤颗粒。
图2为本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法原理示意图，如图2所示，重建所述散体顶煤颗粒的过程具体为：
1)对目标凸包进行骨架化。优选的，在每一个骨架化获得的骨架点处放置最大内切球。
2)判断空间内任意一点P是否属于目标凸包内部。优选的，通过点P与每一个骨架点距离与该骨架点出最大内切球的半径做差值，如果每一个差值都大于0，说明点P不属于目标凸包内部，则记录n＝0，如果存在一个差值小于0，说明点P属于目标凸包内部，则记录n＝1。
3)移除任意一个骨架点。优选的，可以从最大内切球半径最小的骨架点开始移除。
4)再一次判断空间内任意一点P是否属于目标凸包内部。优选的，通过点P与剩余的每一个骨架点距离与该骨架点出最大内切球的半径做差值，如果每一个差值都大于0，说明点P不属于目标凸包内部，则记录m＝0，如果存在一个差值小于0，说明点P属于目标凸包内部，则记录m＝1。
5)判断是否已经遍历空间内所有点P，如果已经遍历空间内所有点P，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(2)～(4)。
6)对计算所得的所有n，m进行记录，组成数据集N，M。
7)判断N，M是否相等，如果相等，执行步骤(8)，否则，执行步骤(2)～(6)。
8)完成骨架简化。优选的，获得了简化后剩下的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径。
9)将简化后剩下的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径导入PFC数值模拟软件，完成颗粒重建工作。
本发明提取颗粒样本在不同视角下的形状特征。计算颗粒样本形状特征的加权平均值与视角差异指数，将这两个指标共同作为判据用于颗粒形状表征及重建。通过判断骨架点移除前后，空间内任意一点与随机凸包的位置关系是否发生变化，来确定该骨架点是否可以移除。
图3为本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统结构示意图，如图3所示，本发明所提供的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统，包括：
形状特征第一获取模块301，用于获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；所述形状特征包括：轴向系数、长宽比、圆度系数、Blaschke系数、修正Blaschke系数、棱角性系数以及轮廓系数。
加权平均值与视角差异指数第一确定模块302，用于根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数。
凸包生成模块303，用于根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包。
形状特征第二获取模块304，用于获取所述凸包在不同视角下的形状特征。
加权平均值与视角差异指数第二确定模块305，用于根据所述凸包在不同视角下的形状特征确定所述凸包的加权平均值与视角差异指数。
目标凸包确定模块306，用于根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包。
目标凸包处理模块307，用于对所述目标凸包进行体素化和骨架化。
散体顶煤颗粒重建模块308，用于根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒。
所述加权平均值与视角差异指数第一确定模块302具体包括：
加权平均值确定单元，用于利用公式确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值。
视角差异指数确定单元，用于利用公式确定所述散体顶煤颗粒的视角差异指数。
其中，n为视角的个数，Fi为视角i下的散体顶煤颗粒样本的形状特征，wi为权重，具体为散体顶煤颗粒在视角i下的面积或者周长与散体顶煤颗粒在各视角下面积或者周长之和的比值。
所述目标凸包确定模块306具体包括：
第一判断单元，用于判断所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值是否均小于差异阈值。
目标凸包确定单元，用于若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值均小于差异阈值，则将所述散体顶煤颗粒对应的凸包确定为所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包。
凸包重新生产单元，用于若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值不小于差异阈值，则返回根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包的步骤。
所述散体顶煤颗粒重建模块308具体包括：
骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球确定单元，用于获取所述体素化和骨架化后的目标凸包中骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球。
第二判断单元，用于判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部。
目标凸包更新单元，用于若所述最大内切球内的点位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部，则确定一次记录，并移除任意一个骨架点，得到更新后的目标凸包。
第三判断单元，用于判断所述最大内切球内的点是否位于更新后的目标凸包内部。
第三判断单元结果确定单元，用于所述最大内切球内的点位于更新后的目标凸包内部，则确定二次记录，并返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤，进行所述最大内切球内下一点的判断。
第四判断单元，用于判断所述一次记录的数目是否与所述二次记录的数目相同。
判断更新单元，用于若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目不相同，则返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤。
骨架简化完成单元，用于若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目相同，则完成骨架简化.
散体顶煤颗粒重建单元，用于根据简化后的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径，利用PFC数值模拟软件，重建所述散体顶煤颗粒。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法，其特征在于，包括：
获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；所述形状特征包括：轴向系数、长宽比、圆度系数、Blaschke系数、修正Blaschke系数、棱角性系数以及轮廓系数；
根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数；
根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包；
获取所述凸包在不同视角下的形状特征；
根据所述凸包在不同视角下的形状特征确定所述凸包的加权平均值与视角差异指数；
根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
对所述目标凸包进行体素化和骨架化；
根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒；
所述根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数，具体包括：
利用公式确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值；
利用公式确定所述散体顶煤颗粒的视角差异指数；
其中，n为视角的个数，Fi为视角i下的散体顶煤颗粒样本的形状特征，wi为权重，具体为散体顶煤颗粒在视角i下的面积或者周长与散体顶煤颗粒在各视角下面积或者周长之和的比值。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法，其特征在于，所述根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包，具体包括：
判断所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值是否均小于差异阈值；
若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值均小于差异阈值，则将所述散体顶煤颗粒对应的凸包确定为所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值不小于差异阈值，则返回根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包的步骤。
3.根据权利要求1所述的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建方法，其特征在于，所述根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒，具体包括：
获取所述体素化和骨架化后的目标凸包中骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球；
判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部；
若所述最大内切球内的点位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部，则确定一次记录，并移除任意一个骨架点，得到更新后的目标凸包；
判断所述最大内切球内的点是否位于更新后的目标凸包内部；
所述最大内切球内的点位于更新后的目标凸包内部，则确定二次记录，并返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤，进行所述最大内切球内下一点的判断；
判断所述一次记录的数目是否与所述二次记录的数目相同；
若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目不相同，则返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤；
若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目相同，则完成骨架简化；
根据简化后的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径，利用PFC数值模拟软件，重建所述散体顶煤颗粒。
4.一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统，其特征在于，包括：
形状特征第一获取模块，用于获取散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征；所述形状特征包括：轴向系数、长宽比、圆度系数、Blaschke系数、修正Blaschke系数、棱角性系数以及轮廓系数；
加权平均值与视角差异指数第一确定模块，用于根据所述散体顶煤颗粒在不同视角下的形状特征确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数；
凸包生成模块，用于根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包；
形状特征第二获取模块，用于获取所述凸包在不同视角下的形状特征；
加权平均值与视角差异指数第二确定模块，用于根据所述凸包在不同视角下的形状特征确定所述凸包的加权平均值与视角差异指数；
目标凸包确定模块，用于根据所述散体顶煤颗粒的加权平均值与视角差异指数以及所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值与视角差异指数确定所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
目标凸包处理模块，用于对所述目标凸包进行体素化和骨架化；
散体顶煤颗粒重建模块，用于根据体素化和骨架化后的目标凸包重建所述散体顶煤颗粒；
所述加权平均值与视角差异指数第一确定模块具体包括：
加权平均值确定单元，用于利用公式确定所述散体顶煤颗粒的加权平均值；
视角差异指数确定单元，用于利用公式确定所述散体顶煤颗粒的视角差异指数；
其中，n为视角的个数，Fi为视角i下的散体顶煤颗粒样本的形状特征，wi为权重，具体为散体顶煤颗粒在视角i下的面积或者周长与散体顶煤颗粒在各视角下面积或者周长之和的比值。
5.根据权利要求4所述的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统，其特征在于，所述目标凸包确定模块具体包括：
第一判断单元，用于判断所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值是否均小于差异阈值；
目标凸包确定单元，用于若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值均小于差异阈值，则将所述散体顶煤颗粒对应的凸包确定为所述散体顶煤颗粒对应的目标凸包；
凸包重新生产单元，用于若所述散体顶煤颗粒的加权平均值与所述散体顶煤颗粒对应的凸包的加权平均值的差值以及所述散体顶煤颗粒的视角差异指数与所述散体顶煤颗粒对应的视角差异指数的差值不小于差异阈值，则返回根据所述散体顶煤颗粒的粒径生成对应的凸包的步骤。
6.根据权利要求4所述的一种用于智能放煤的散体顶煤颗粒三维重建系统，其特征在于，所述散体顶煤颗粒重建模块具体包括：
骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球确定单元，用于获取所述体素化和骨架化后的目标凸包中骨架点以及所述骨架点对应的最大内切球；
第二判断单元，用于判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部；
目标凸包更新单元，用于若所述最大内切球内的点位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部，则确定一次记录，并移除任意一个骨架点，得到更新后的目标凸包；
第三判断单元，用于判断所述最大内切球内的点是否位于更新后的目标凸包内部；
第三判断单元结果确定单元，用于所述最大内切球内的点位于更新后的目标凸包内部，则确定二次记录，并返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤，进行所述最大内切球内下一点的判断；
第四判断单元，用于判断所述一次记录的数目是否与所述二次记录的数目相同；
判断更新单元，用于若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目不相同，则返回所述判断所述最大内切球内的点是否位于所述体素化和骨架化后的目标凸包内部的步骤；
骨架简化完成单元，用于若所述一次记录的数目与所述二次记录的数目相同，则完成骨架简化；
散体顶煤颗粒重建单元，用于根据简化后的骨架点空间坐标和相应最大内切球的半径，利用PFC数值模拟软件，重建所述散体顶煤颗粒。
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Also Published As
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