煤矿井下测量数据处理软件设计

张正源

煤矿井下测量数据处理软件设计

张正源

本文根据煤矿井下测量需求，以MATLAB软件作为开发工具设计了一款针对井下测量数据处理的软件，利用该软件提高了测量数据计算效率及计算精度，取得了良好的应用效果，在应用中节省了工作时间并避免了人工计算所产生的误差率。

MATLAB；测量数据处理；测量数据数字化存储；三维成像

1 研究背景与目的

测量数据解算是一项需要实际工作经验作为指导并需要认真谨慎的工作态度对待的工作。在井下准确测量的基础上，更需要科学高效的数据处理方式与之匹配使用，协助测量工程技术人员进行日常解算以及数据对算，实现对井下巷道的数字化监控和管理。基于以上形式和需要，本文设计了一款井下数据处理系统，功能包括数据的录入、存储、计算和应用等。完成了对井下采集测量数据的数字化存储，以及计算处理过程的智能化，最终以更为直观的方式给出计算测量结果，方便后续分析和应用。

煤矿井下测量数据具有计算量大，要求精度高，由于测量任务的多样性，往往需要设计有针对性的数据处理软件。而现有的处理软件大多是针对大地测量，路桥测量和海洋测量的，煤矿生产测量方面的适用性差，而比较流行的几款软件都是由一些测量工作者结合自己的工作经验编写的，可视化和可维护性差，后期调整修改困难。本文基于作者对煤矿测量的理解以及工作经验设计了一款针对井下测量数据的处理软件，以计算机功能替代人工计算过程，减少工作量，提高工作精度。

2 数据解算及处理流程

2.1 解算原理煤矿井下日常测量任务以掘进巷道导线控制点测量为主，本文以巷道导线点的边长Sa、坐标X、Y为例进行了计算过程模拟分析。

首先对采集的边长进行均值计算：

式中：Sa—边长均值;

Sb—第一次测量采集边长;

Sc—第二次测量采集边长。然后根据边长求得

两站高程差，如式（2）

式中：△H—两站高程差;

∠a—两站间垂直角；

hy—上对准仪器高；

hce—测点距顶板距离。

根据公式（2）和已知点的高程可以求解待测点的高程。根据已求边长结合方位角求X，Y坐标值。

式中：X，Y—待测点坐标；

x，y—已知点坐标；

∠b—两点连线的方位角。

2.2 数据处理流程

数据处理流程如图1所示。

首先获取起始数据。井下数据由MATLAB编写的GUI界面录入，将井下采集的后视垂直角，后视斜距，前视垂直角，前视斜距，仪器高，转角，后点高，前点高输入到MATLAB软件数据录入界面，在计算中作为已知量使用。

图1 软件设计流程图

由MATLAB软件来代替人工完成复杂计算公式的解算，在后台进行中间变量的运算，直接得出需求数据完成两个计算步骤。

⑴用后视数据进行仪器点数据的对算，完成仪器点点位数据的更新。

⑵利用前视数据进行前控制点数据的解算，得到新控制点的点位数据。

在每次计算结束时将得到的结果重新写入到保存文件中，作为日常控制点使用。并在下次数据更新时作为起始数据录入。同时保存中间变量以便后期检查和计算使用。

3 应用效果

以往测量数据的计算往往是人工计算，我们将软件计算结果与人工计算结果进行比对。本文采取了白洞煤业公司某巷道的部分测量数据进行了比较，根据仪器站点更新数据以及界面测量输入原始数据，计算求解最新点数据时，使用本次设计软件进行数据计算保存结果如图2所示。

人工计算结果如表1所示。

表1 人工计算结果

软件测算与人工测算结果对比的误差结果如表2所示。

表2 软件测算与人工测算误差对比

综合比较人工计算结果和软件计算结果发现1#点X坐标完全相同，Y坐标相差0.001 m，H高程结果完全相同，2#点X坐标相差0.001 m，Y坐标相差0.001 m，H高程结果完全相同，3#点X坐标相差0.002米，Y坐标相差0.001 m，H高程结果完全相同。本次采用的人工计算结果是经过验证正确的结果作为实验参考的，可以看出本设计的计算结果有较高的可靠性和正确性，两次计算结果末位的不一致是由于人工计算时的数值舍进规则不同导致的，使用软件设计的计算过程可以统一舍进规则，使结果更准确。软件计算结果经验证完全可以取代人工计算结果作为最终数据。将所有测点信息绘制三维空间图像以及由MATLAB自动填充巷道，如图3、图4，便于后续分析应用，使得数据更为可视化，直观化。

图3 三维数据成图

图4 巷道填充拟合图像

从图中可以看出，由系统绘制的三维图像可以直观地反映巷道的走向和高程信息，对于巷道起伏变化较大的位置可以进行更精确的定位。

3 结语

综上所述，本设计使用MATLAB作为编程软件，以计算机软件代替了人工数据计算过程，软件设计成果采用白洞煤业公司某巷道已有控制点数据以及相应原始数据进行软件测试。测试结果达到预期目标，误差在允许范围内，能够满足日常计算的要求。

[1]施阳,李俊,MATLAB 5.X语言工具箱-Toolbox实用指南,西安,西北工业大学出版社,1998.

[2]徐昕,李涛,伯晓晨,MATLAB工具箱应用指南---控制工程篇,北京,电子工业出版社,1999.

[3]楼顺天,施阳,基于MATLAB的系统分析与设;西安电子科技,2001.

声明

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《同煤科技》编辑部

Software design of measurement data processing of coal mine

ZHANG Zheng-yuan

According to the measurement requirements of coal mines,the MATLAB software as a development tool is used to design a measurement data processing software for coal mine,the calculation efficiency and calculation accura⁃cy of the measurement data are improved by using the software,the good application effect is achieved,the working time is saved and the error rate of the artificial calculation is avoided in the application.

MATLAB;Measurement data processing;Digital storage of measurement data;3D imaging

TD175

B

1000-4866(2016)06-0029-03

10.19413/j.cnki.14-1117.2016.06.008

2016-11-6

张正源，男，1988年12月14日出生，2011年吉林大学毕业，大同煤矿集团白洞煤业公司工作，助理工程师。