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北大李梅副教授:基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究

IM智能矿业 | 科技赋能矿业,让采矿酷起来! 2022/09/23 22:06
新知达人, 北大李梅副教授:基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究

©煤炭科学技术

本文创新点

 1. 提出的GIS+BIM的煤矿巷道三维数据模型,该模型保留了巷道网络GIS拓扑关系,充分展现巷道形态BIM的各种细节,同时记录了安全生产中与巷道分析相关的支护、通风、地质、避灾等各类参数,实现了透明地质保障系统中的巷道信息查询、带巷道的地质剖面生成、巷道避灾路线分析等专业应用;

 2. 采用布尔运算技术,较好地解决了硐室、巷道拐弯和巷道交岔点等巷道建模问题。与线框和曲面建模方法相比,布尔运算方法能够自动化处理任意形态和任意角度的巷道交岔点,模型结构更合理,没有产生模型漏面和不连通等现象;

 3. 为了拓展智能矿山应用,应继续开展巷道三维模型的数据标准化研究,为各类专业应用提供基于Web的三维可视化集成、数据更新、路径导航、避灾路径分析、通风网络解算等专业服务,从而提高智能矿山的管理水平及工作效率。

作者简介


新知达人, 北大李梅副教授:基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究

新知达人, 北大李梅副教授:基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究

李梅

副教授

硕士生导师

 李梅(1 978 —) ,陕西岐山人,理学博士,副教授,硕士生导师。现就职于北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所,担任教学科研工作。长期从事矿井三维虚拟环境系统关键技术、油气应急响应管理关键技术、实时GIS与时空大数据等研究工作。主讲地学信息可视化原理与技术研究生课程,以及地图学、地理学概论、数字地球导论和城市与区域科学等本科生课程。曾赴美国乔治梅森大学开展访学研究。担任《煤炭科学技术》青年学术委员会委员、《煤炭经济研究》青年委员会委员、《矿业研究与开发》理事会理事、中国地理信息产业协会教育与科普工作委员会委员等职务。

负责自然科学基金“基于关系语义的空间场景信息理解(41471315)”,国家“十三五”重点研发计划 “一体化综合减灾智能服务系统”子课题。参与了国家“十三五”重点研发计划“掘进工作面高精度智能感知与数字孪生系统研究”、“煤矿重大灾害紧急逃生与引导系统及装置”、“地理信息系统和设备定位技术与装置研制”、国家十二五863项目“时空过程模拟与实时GIS系统”、国家“十二五”重大专项“大型油气田及其煤层气的开发”等课题主要技术研究工作。负责主持开发了大海则煤矿透明矿井地质信息系统研究、川东北天然气管道应急管理二三维一体化GIS系统、陕煤化集团数字化煤矿地测信息工作技术规范、黄玉川煤矿数字矿山三维可视化系统、中煤华晋王家岭高精度地质模型关键技术、虚拟矿井可视化平台核心研发等应用类课题的主要研发工作。

研究方向

三维地学建模与可视化技术、智能地质保障技术、大气扩散模型模拟。


主要成果

 一直从事煤矿三维地学建模与可视化技术关键技术研究,实现了面向智能矿井的三维全地层建模、面向智能工作面的透明工作面地质建模、三维巷道建模、BIM+GIS三维模型轻量化技术等,与团队成员一起研发出智能地质保障系统,并广泛应用于煤矿企业;开展了面向智能油气田的高含硫气田毒害性气体灾害模拟和应急响应系统,分别实现了复杂地形扩散模型、扩散模型并行计算以及风洞试验模型验证等工作。先后主持或参与完成863、国家科技重大专项、国家重点研发计划等10余项科研项目,获得省部级科技进步奖一等奖4项;出版专著2部,发表论文40余篇。其中,SCI/EI篇,培养硕士研究生14人。论文入选2017年度领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文。并荣获北京大学方正奖教金、北京大学龙软奖教金、兴证全球基金奖教金和全国高校青年教师GIS教学研修班微课比赛特等奖等荣誉。


 题 目

基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究


作 者

李  梅 1 ,康济童 1 , 刘  晖 1 ,李兆阳 2 ,刘  曦 2 ,朱  青 3 ,肖彬虎 4


 单 位

1.北京大学 遥感与地理信息系统研究所;

2.中煤能源研究院有限责任公司;

3.北京龙软科技股份有限公司;

4.中煤陕西榆林能源化工有限公司大海则煤矿



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摘   要

巷道三维BIM建模具有数据结构复杂、细节信息量大等特点,在几何和语义上与GIS巷道三维模型相差很大,因此难以进行直接数据集成。为更好地利用GIS的空间分析功能和BIM的精细化建模功能,提出了基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术。首先设计了考虑BIM层次细节和GIS空间拓扑的巷道三维数据模型和数据结构,包括了结点、中间点、巷道弧段、巷道中线和三角网等多类型几何数据,能够管理巷道相关的地质素描、巷道设计、通风网络、避灾线路的各类专业参数;其次,提出了三维巷道网络拓扑关系处理方法,通过GIS的空间拓扑编辑功能构建标准化巷道中线网络数据集;最后,提出了参数化BIM巷道三维建模流程,即读取巷道中线数据集及参数,构建基本巷道BIM模型,利用布尔运算技术处理巷道硐室、拐弯和交岔点等复杂情况,生成的BIM模型可以充分展现巷道形态、支护等细节,也保留了GIS巷道网络拓扑关系,提高了数据的可集成性。采用布尔运算算法与常见的线框建模算法进行比对后,发现布尔方法在不同断面类型的巷道交岔点处理效果更佳。研究成果已经在大海则煤矿透明地质保障系统中得到应用,支持udatasmith、obj、fbx等多类型标准化三维数据格式,生成的三维巷道模型能够为煤矿避灾路线生成、通风网络解算、路径导航、智能地质保障等提供可视化与网络分析服务。

新知达人, 北大李梅副教授:基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究


引用格式

李 梅,康济童,刘 晖,等.基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究[J].煤炭科学技术,2022,50(7):25-35



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