今天小编在这给大家整理了煤堆测量工作中三维立体图生成法的运用研究论文，本文共2篇，我们一起来阅读吧!
篇1：煤堆测量工作中三维立体图生成法的运用研究论文
煤堆测量工作中三维立体图生成法的运用研究论文
国家统计局公布结果显示： 年我国煤炭消费量为 35.1 亿 t,占世界煤炭消费总量的 52%.其中用煤第一大户为电力行业，占 50%左右；钢铁、建材行业煤炭消费量分别为 15.9%和 14.9%.很多企业都设有自己的储煤场，例如：火力发电厂生产环节主要包括进煤、储煤、燃煤等，储煤作为“承上启下”的一环，牵制着发电厂的整个运行活动，准确地将储煤量报告给管理部门，对于保证企业的正常生产至关重要。三维立体技术作为一项简便、准确的煤堆测量技术，优势明显，目前正在被迅速推广和使用。
1 三维立体技术介绍
三维立体技术是利用先进的数码合成技术制作相应的三维立体图像。选择清晰的照片扫描到电脑里，之后利用电脑里的三维制图软件对其进行处理，得出一个和原物成比例的数字模型，其精确度超过 99%.目前在具体工程中，三维立体技术主要有以下 2 方面应用[1].
1.1 数字地形建模 （GIS）
数字地形建模的本质是将地形表面信息进行数字化表达，具有很强的空间位置和地形特征。该技术将地形放置在三维坐标系中，通过一系列的离散点来构建模型，目前在地理信息中应用广泛，和我们的关系也很密切，如 GPS、农业管理等。
1.2 虚拟现实
虚拟现实是利用计算机技术给人以逼真、自然的场景，属于一种大规模的场景建模技术，很多电影娱乐特效都是基于该技术创建的，在以后的工程模拟和灾害预测中必然会得到发展。
2 三维立体图生成法在煤堆测量工作中的应用
2.1 对矩形区域进行三角剖分
三角剖分是计算机图形和几何中的关键问题，其质量直接影响到计算的精确度，其中以 Delaunay三角剖分应用最为广泛。它的一个重要性质就是其外接圆不包括其他数据点，据此技术人员将煤场底面假定为矩形区域，之后进行散落点数据采集，最终建立煤堆三维立体图。
2.1.1 数据结构该算法的具体数据结构如下：①每个数据点都以链表的形式储存，且对应着各自的 x、y 坐标值和高度值；②边界点集由边界上的数据点构成，记录内容相同，不过随着剖分而作实时修改；③内点集由区域内的点坐标构成链表，也要进行实时修改；④三角形集是剖面形成的三角形链表，链上的每个节点都记录着三角形顶点指针，按照逆时针排列[2].三角剖分过程如图 1 所示。
2.1.2 算法的实现数据收集完成后，就要对其进行算法处理，具体步骤如下：
（1） 根据原始数据点的所在区域对其加入一定的矩形边界，之后按照扫描步长生成边界的点集和边集，将其作为原始数据点集的组成部分。
（2） 在边界的边集中选取 x 值最小的点 （即位于区域的最左端） 作为基边，之后在右侧搜索第三点，使 cos （∠P1P3P2）取得最大值。
（3） 检查第三点，对边界的边集进行修改，如图 2 所示，即在内点集不变的情况下删除原边界集中的边界边，增加新的边界点。
（4） 将三角形的顶点号依次记录下来，并认真更新边界的边数、点数。如果内点数为 0,则说明未完成的部分是一个具有边界点的多边形区域。
此时要以该多边形最小内角两条边和另外的两个顶点连接三角形，并对应地修改边界边数、点数、点集，记录三角形顶点号。如果内点数不为 0,而且边数大于 3,则继续从第二步开始；如果内点数为0,而且边数大于 3,则从第三步开始；如果都不是的话就结束三角剖分运算[3].
2.2 煤堆三维立体图的生成
对三维数据点进行三角剖分后，再经过图形变换，就可以将三维数据点集用三维图形表示出来，其拓扑结构和平面域内的一样。在三维立体图中，轴测图可以比较简单地进行绘制，一般也采用这种方法。轴测图是一种单面投影图，其在 1 个投影面上可以同时反映出 3 个坐标面的形状，接近人们的视觉习惯，一般在设计中用轴测图来帮助构思和想象物体，以此来补充正投影的`不足。
轴测图具有平行投影的所有特性：①物体上互相平行的线段在轴测图上仍然是平行的；②物体上两平行线段或同一直线上的两线段长度之比在轴测图上不变；③物体上平行轴测投影面的直线和平面等于轴测图上的实长和实形。
轴测图的主要画法如下：
2.2.1 坐标法根据物体的特点建立合适的坐标系，在坐标中画出各顶点的轴测投影，之后将各点连接组成其轴测图。具体步骤如下：①确定坐标的原点和坐标轴；②作轴测点，按照坐标次序将顶面各点的轴测投影连接；③过顶面各点做 OZ 轴的平行线，量取相应的高度，再连接起来即得到轴测图。
2.2.2 叠加法对于一些图形可以用叠加法来画出其各部分的轴测图，然后再进行整合。具体步骤如下：①将物体分为可叠加的几个部分；②定出原点位置，画出第一部分的轴测图，之后画出第二部分的轴测图；③分别将第一部分和第二部分开槽和整理，最终得到该物体的轴测图。
2.2.3 切割法切割法首先将物体看作一定形状，画出其轴测图，之后按照物体形成的过程对其进行切割，依次画出被切割后的形状[4].在煤堆三维立体图生成过程中，主要应用坐标法和相应的矩阵变换方法，最终形成数据点集的三维图形。
2.3 消隐处理
三维图形要有明确的意义和真实感，因此要对其不可见部分进行消隐处理。煤堆三维立体图一般由三角面片线框勾勒，消除隐藏线对于增加其真实感是很有必要的。在煤堆立体图中，每个三角面片都有其外法线，外法线和 y 轴夹角是判断该外法线所在平面可见性的重要标准。当该夹角 90°≤U≤180°且 cosU≤0 时，该外法线所在平面不可见；当 0°≤U≤90°且 cosU>0 时，该外法线所在平面可见。cosU 正负号的判断方法按式（1）进行，由公式可以看出 cosU 的符号由 B 决定[5].cosU=UN（1）N=Ai+Bj+Ck （2）式中：|N|为法向量 N 的模，恒为正值；U 为外法线与 y轴夹角；i、j、k 分别为 x、y、z 轴 3 个方向的单位向量；A、B、C 均为系数。
3 三维立体图生成法在煤堆测量工作中的效果分析
选取 1 个 200 m×80 m 区域的煤堆进行测量。
首先利用激光扫描仪将煤堆的三维非规则数据场以图形形式展示出来，提高其可视性；然后将采集到的数据放入到三维图形中，整个计算过程不超过 3s,即可得到三维网格状结构图，如图 3 所示。从布置仪器到得出结果，整个过程比传统方法用时少50%左右，而且其精度能达到小数点后五位（单位为 m3），比传统手段提高了 15%,完全满足了实际使用要求。
4 结 语
煤堆测量作为用煤大户的一项基础性工作，在指导生产、安排企业资金等环节中起着非常重要的作用，积极运用先进技术提高煤堆测量工作的方便性和准确性是目前煤堆测量工作的发展趋势。本文介绍的三维立体图生成法正是在计算机技术的基础上发展而来的，与传统煤堆测量方法相比，优势明显，为类似煤堆测量工作提供了参考。
参考文献：
[ 1 ] 马爱莉。 三维重建技术在数字化煤场中的应用研究[ D ]. 西安：西安工业大学，.
[ 2 ] 杨耀权，于希宁，施 仁。 煤场存煤量测量中煤堆三维立体图生成方法研究[J ]. 动力工程，,19 （2）：76 - 78.
[ 3 ] 文 伟。 大型三维非规则数据场的显示及应用[ D ]. 保定：华北电力大学，.
[ 4 ] 仇林庆，赵 君，卢中山，等。 煤堆体积自动测量装置的研制[J ]. 东北电力学院学报， （4）：71 - 73.
[ 5 ] 张健雄，蒋金豹，张建霞。 数字测量在煤堆储量测定中的应用[J ].中州煤炭， （6）：30 - 31.
篇2：数字化测量仪器在考古测量工作中的运用研究论文
数字化测量仪器在考古测量工作中的运用研究论文
考古测量是田野考古工作中记录遗存信息的重要手段之一，主要包括对考古遗存所处地形地貌的实地勘测和对考古工作中所见遗迹、遗物三维坐标（X、Y、Z 三个轴向）的测量。考古测量数据是分析各类遗存之间的空间分布关系、探究人类活动与地理环境之间的联系，进而理解和阐释古代人类行为方式不可或缺的重要资料。随着现代测量技术的飞速发展，RTK、全站仪等高精度数字化测量仪器被日益频繁的应用于考古测量工作中，高精度的测量工作不仅对科学合理的开展田野考古工作大有裨益，同时对于客观真实的记录遗存信息，深入研究遗存的空间分布形态意义显着。在复杂多样的田野考古环境中如何科学合理的选择各类测量仪器值得我们探索和思考。
一、建立遗址三维测绘坐标系统的意义。
为满足考古测量工作的精度要求，在对遗址进行测量时必须首先建立起三维测绘坐标系统，即在遗址上设立一个或多个永久性测量控制点，并通过控制测量获取各控制点的三维坐标，建立起有效的测量控制网①。基于统一的三维测绘坐标系统的考古测量工作不仅能够保障测量精度，同时对于科学的开展田野考古工作亦具有十分重要的意义。
首先，通过对考古发掘区域的精确测量，能够准确记录考古发掘区域在地理空间中的三维坐标，即以北坐标、东坐标、高程三个数值替代了诸如“村西约 200 米”、“县城以南约 1 公里”等含混不清的描述方式。在实际考古工作中，对于工作年限较长的遗址，往往因遗址周边地貌环境发生改变，参加考古工作的人员不断变更等诸多因素造成了难以确定遗址准确位置的情况。而获取了考古工作区域的三维坐标即可确保在长时段的考古工作中随时准确定位历年考古工作区域，为持续开展考古工作和划定文化遗产保护范围提供极大便利。
其次，基于统一坐标系统的考古测量工作，能够确保考古人员在布设探方（沟）时，探方（沟）方向完全统一。而在以往的田野工作中，因利用罗盘、皮尺等工具布设探方（沟），难以建立起遗址统一的测量坐标系统，故而极易造成相邻探方（沟）在距离和方向上出现一定的偏差。尤其是对于发掘年限较长或发掘区域较大的遗址，长时间、大区域在方向和距离上的误差积累，易造成相邻探方（沟）之间出现交叠、错位等问题，此类问题会造成实际发掘区域与图上规划区域不一致，不利于考古人员对发掘区域进行准确规划和对遗址整体布局进行综合判断。同时，相邻探方出现错位等问题亦干扰了准确记录各类遗存的空间信息。
再次，精确测量遗迹的三维坐标，能够让考古人员明确不同遗迹之间准确的平面距离和垂直高差，例如通过比对三维坐标即可知晓同一处遗址中居址和墓地之间的平面距离和高度落差。而对于城墙、环壕等大型遗迹，精确测量能够获取该类遗迹准确的平面形制图，便于考古人员分析遗迹走向和比对东墙与西墙、南壕与北壕等方面的长度差异和高程落差。对于古代城址、寺院等平面布局相对复杂的遗址，精确测量能够准确记录各处遗迹的三维坐标，这为记录复杂遗迹之间的空间位置关系提供极大便利，遗迹的三维坐标数据也将成为考古工作结束后复原古代城址、寺院等遗址平面形态的关键资料。
由此可见，基于统一的三维测绘坐标系统的考古测量工作，对于科学的开展田野考古工作、客观准确的记录考古资料进而提升考古学研究水平具有重要意义。
二、数字化测量仪器的优势。
传统的考古测量工作多以基线、皮尺、罗盘、平板仪等为主要工具②，存在着误差较大、效率低下等问题，难以客观记录遗存空间信息。而要建立遗址的三维测绘坐标系统必须借助于 RTK、全站仪等高精度数字化测量仪器，数字化测量仪器的引入不仅确保了测量精度提高了工作效率，亦能提升考古测量数据的利用价值。
具体而言，数字化测量仪器的引入，将传统考古测量手段所获取的纸质资料转变为以计算机为载体的电子资料，便于考古测量数据在不同媒介之间进行共享和交流。与此同时，数字化测量仪器所测得的三维坐标数据在计算机成图软件的辅助下，能够便捷地生成遗迹、遗物及地形、地貌的电子三维图像，较之于传统测量方法所绘制的纸质二维图像，三维图像更加真实、准确和直观，有助于对考古遗存开展深入研究和进行生动展示。
然而 RTK 与全站仪作为两种不同类型的数字化测量仪器③，在田野考古实践的各个环节中展现出了不尽相同的工作效能，依据各类遗址的具体情况选择合适的测量仪器方能最大限度的发挥不同仪器的优势，提高考古测量工作的效率。
三、遗址地形的测量。
对遗址地形的测量是为了获取反映遗址环境地貌特征的地形图，以体现遗址微地貌特征和所处区域的自然、人文景观。在建立起遗址的三维测绘坐标系统后，便可借助测量仪器对遗址地形进行测量。RTK（图一）与全站仪（图二）作为两类不同的测量仪器在对遗址地形进行测量时，呈现出了明显差异。
（一） RTK.
RTK 技术是在高精度的 GPS 基础上使用的实时动态定位技术，通过移动站能够实时测算出任意点的三维坐标，精度可达厘米级④。在测量时移动站与基准站之间无需通视，由单人操控移动站及手簿即可完成测量。
在对大型遗址，如大型聚落、城址、墓葬群等进行考古测量时，其遗址面积通常较大，遗存散布于多个地点且相互之间难以通视，针对这一特点 RTK 显示出了明显优于全站仪的工作性能。若运用全站仪对大型遗址的地形进行测量，则需 2~3 人频繁搬动仪器以保障通视效果，工作效率低下。
此外，部分大型遗址地表植被茂密，地形较为复杂，近距离通视效果亦较差。因此，运用全站仪对遗存分布零散或地表植被密集的遗址地形进行时测量效率低下且难度较大。而运用 RTK 进行对遗址地形进行测量时，RTK 的信号覆盖范围可达 5 公里左右，且测量点与基准站之间无需通视，单人即可完成测量，每个测量点观测时间仅需 3~5 秒，其工作性能和效率俱佳。由此可见，在地形复杂、遗存分布零散、植被覆盖密集等通视条件不佳的遗址进行测量时，RTK 的工作性能明显优于全站仪。
（二） 全站仪。
全站仪通过发射、接收红外射线自动读取、计算坐标数据，精度亦可达厘米级⑤。在测量时全站仪与棱镜需要保持通视，由 2~3 人配合可完成测量。
相较于大型遗址而言，在田野考古实践中更为常见的是面积较小的小型遗址，此类遗址往往遗存分布相对集中，运用全站仪即可快捷的完成对其遗址地形的测量。同时，对于地势平坦开阔，通视效果良好的遗址，即使其面积较大运用全站仪亦能高效便捷的完成测量工作。且全站仪作为光学测量仪器，不受电磁信号干扰的影响，在 RTK 难以正常工作的区域和时段，如高压线、大型建筑附近和信号异常的时段，仍然能够正常工作。因此，在对面积相对较小或其他通视效果良好的遗址进行测量时，全站仪依旧发挥着难以替代的作用。
四、发掘过程中的测量。
（一） 布设探方（沟）。
布设探方是目前国内十分常见的田野考古发掘方式，运用全站仪布方，即通过全站仪的放样功能在实地确定出布方点位，一般要放样出一个设计的点位，往往需要来回多次移动棱镜，搜寻目标点，且需要 2~3 人配合操作方可完成。对于发掘地点较为集中的遗址，用全站仪布方尚可，而对于存在多个发掘地点且发掘区互不通视的遗址，运用全站仪布方则效率低下。
若采用 RTK 布方，仅需将预设的布方点位坐标输入到电子手簿中，由单人携带移动站和手簿，RTK 手簿则会自动指引测量员移动到目标点上，无需来回移动搜寻，直至完成布方。无论是对于发掘区域集中还是发掘地点散布多处的遗址，利用 RTK 布方均高效便捷，明显优于全站仪。
由此可见，在对各类遗址布设探方时，RTK 展现出了明显优于全站仪的工作性能。
（二） 对考古遗迹的测量。
在对田野考古发掘中常见的灰坑、房址、墓葬、窑址等遗迹进行测量时，运用 RTK 或全站仪均可便捷的开展测量工作。且全站仪不受电磁信号干扰等因素的影响，在 RTK无法正常工作的`地点，全站仪仍然能够照常工作，对环境的适应性优于 RTK.但在实际考古工作中存在着测量难度相对较大的部分特殊遗迹，在对其测量时需要采用相应的技术手段方能顺利完成测量工作。依据遗迹的形制本文将其分为洞穴类遗迹和崖壁类遗迹。
1. 洞穴类遗迹。
洞穴类遗迹包括古人活动的洞穴、砖（石）室墓、洞式墓及古代矿井等类似洞穴式的遗迹。在对此类遗迹进行考古测量时，因其多处于一个相对封闭的空间，RTK 无法接收来自卫星和基准站的差分信号，故而无法正常工作。而全站仪则无需接受电磁信号，在相对封闭的环境中依然能够正常对遗迹的三维坐标及进行精确测量。
2. 崖壁类遗迹。
此类遗迹包括悬棺、崖墓、摩崖石刻等，多分布于陡峭崖壁的一类遗迹。因地形所限，此类遗迹所处的空间往往十分狭窄险峻，没有足够的空间架设全站仪全套设备，且将全站仪搬运至遗迹所在地也存在诸多不便。若运用 RTK 对此类遗迹进行测量，则仅需将 RTK 基准站在附近区域开阔地带架设完毕，由单人携带移动站到达指定地点即可开始测量，RTK 操作起来十分便捷，不受空间狭窄、难以架设仪器的限制。
由此可见，对于大多数较为常见的考古遗迹，运用 RTK或全站仪均可顺利完成遗迹的测量工作，而对于测量难度较大的遗迹，应针对遗迹所处环境和其自身的特点，选择合理的测量仪器方能较好的完成测量工作。
五、总 结。
与专业大地测量不同，考古测量其目的在于获取和记录遗存的空间信息。而更加便捷的开展田野考古工作和更加精准全面的采集遗存空间信息是考古测量技术手段不断革新的根本动力。在充分了解各类测量仪器性能和熟练掌握仪器操作的前提下，针对不同遗址的特点搭配使用相应测量仪器或许能够最大限度地发挥各类测量仪器的优势，以便于更加全面精准地采集遗存信息，深入地分析和研究考古遗存，进而不断提升考古学研究水平。
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