露天爆破体三维边界的识别与重构研究

摘要

针对三维数字化露天爆破设计中，爆破体模型存在边界模糊、倒角过渡、形状不规则，且边界确定严重依赖人工经验的问题，基于爆破体自身的几何特征，提出一种层次化的边界识别与重构框架:首先采用多特征加权融合策略进行顶面识别，综合考虑法向量朝上性、坡度、圆形度与水平度四个几何特征，通过特征间的协同验证提升识别精度;然后基于法向量一致性与空间连通性原理，设计两阶段分离算法，将侧面划分为轮廓面与自由面;最终结合最小二乘法、Alpha Shape算法与弧长参数化技术，重构并优化定义了爆破体轮廓的坡顶线、坡底线等关键边界线。在上述研究基础上开发了边界识别系统，实现了对三维爆破体模型的边界识别与重构。使用长崃矿区实际模型进行测试，系统运行稳定，识别效果良好，与人工识别结果相比，顶面识别面积误差为1.70%，空间重叠率达98%，坡顶线长度误差为1.94%，相对均方根误差为0.56%，验证了方法的有效性与工程适用性。本研究为露天爆破设计的数字化提供了新的技术支撑。

关键词

露天爆破 / 三维边界识别 / 多特征加权融合 / Alpha Shape算法 / 边界重构

基金资助

国家自然科学基金企业创新发展联合基金(雅砻江流域水电开发有限公司)资助(U24B20110)