具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供的矿井采空区空间体积的计算方法可以应用于平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。

请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的一种矿井采空区空间体积的计算方法的实现流程图，该方法包括如下步骤：

S101、终端设备获取矿井内采空区的多个点云数据。

在一实施例中，上述多个点云数据可以预先由工作人员通过空区探测系统对采空区进行扫描得到，而后，由空区探测系统将扫描到的多个点云数据上传至终端设备进行存储。也可以为终端设备实时从空区探测系统中，获取空区探测系统对采空区进行扫描的点云数据，对此不作限定。

在一实施例中，上述空区探测系统可以具体为三维激光扫描探测系统、激光雷达探测系统，对此不作限定。其中，以三维激光扫描探测系统为例进行说明，三维激光扫描探测系统通过三维激光对采空区进行扫描。具体的，工作人员可预先在采空区内部设置三维激光扫描探测系统的架设地点。之后，将三维激光旋转多圈，采集每圈的采空区的点云数据。其中，将三维激光旋转多圈时，每圈三维激光的发射角度与水平面之间的夹角均不相同。以此，使三维激光可完成对采空区整体空间结构的扫描。

在一实施例中，终端设备内部还需安装有读取并显示三维点云数据的显示软件。在本实施例中，该显示软件具体为OpenGL(开放图形库)软件。其中，OpenGL是一个开放的三维图形软件包，其独立于窗口系统和操作系统。另外，OpenGL图形库不仅可提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还可提供复杂的三维物体(球、锥、多面体、茶壶等)以及复杂曲线和曲面绘制函数。基于此，终端设备可通过OpenGL对三维点云数据进行处理。

S102、终端设备基于多个点云数据之间的空间拓扑关系，建立用于表示采空区形状的实体三角网模型；实体三角网模型由多个三角形区域组成，每个三角形区域的顶点分别为点云数据。

在一实施例中，上述空间拓扑关系是指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用点、线和面所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。基于此，终端设备可将点云数据作为点，基于空间拓扑关系中点与点的邻接关系，实现多个点云数据之间的相互连接。进而，终端设备可建立用于表示采空区形状的实体三角网模型。其中，实体三角网模型由多个三角形区域组成，每个三角形区域的顶点分别为点云数据。

可以理解的是，因需生成可用于表示采空区形状的实体三角网模型，因此，终端设备获取的点云数据的数量通常较多。在对点云数据进行后续处理时，因三角形可认为是最基本的平面图形，结构简单。因此，终端设备在获取大量的点云数据时，可以三角形的平面为基本单位对大量的点云数据进行处理，得到实体三角网模型。以此，可降低终端设备用其他边数太多的平面为基本单位对点云数据进行处理时的计算难度，减少所需的建模时间。

需要说明的是，对于三维激光扫描探测系统探测得到的点云数据，因其为原始数据，该原始数据的数据格式可能无法直接被OpenGL软件识别。因此，终端设备无法直接通过OpenGL软件对原始数据进行识别，以生成实体三角网模型。基于此，终端设备可预先对多个点云数据进行预处理，生成DXF文件格式的点云数据。而后，将DFX文件格式的点云数据发送至OpenGL软件进行处理。具体的，终端设备可预先通过已有的计算机辅助计算(ComputerAided Design，CAD)对原始数据进行处理，将原始数据的数据格式转换为DXF文件格式的数据进行存储。可以理解的是，因DXF文件格式为文本格式，而该文本格式是公开的，通用性好，可被多种制图软件识别。因此DXF文件格式的点云数据可被OpenGL软件进行识别并处理。

在一实施例中，因点云数据为空区探测系统对采空区进行扫描得到的点云数据，可认为点云数据为采空区各边界相对于空区探测系统的三维位置数据。因此，终端设备还需采用数字化工具识别工具，识别多个点云数据对应的三维位置数据，以生成三维可视化的实体三角模型。其中，数字化工具具体可为上述说明的CAD工具和OpenGL软件工具。具体的，CAD工具对三维激光扫描探测系统探测得到的点云数据进行处理，将该点云数据转化为DXF文件格式的点云数据。之后，将DXF格式的点云数据传输至OpEnGL软件，生成三维可视化的实体三角模型。

S103、终端设备分别将多个三角型区域投影至目标平面区域，得到多个投影三角形区域；目标平面区域为实体三角网模型内部空间中的平面区域。

在一实施例中，目标平面区域可以为实体三角模型内部空间中的任一平面区域，对此不作限定。然而，为了方便矿井顶部与底部的三角形区域均可以较好的投影在目标平面区域中，可设置上述目标平面区域为处于矿井顶部与底部中间的平面区域。

在一实施例中，在确定目标平面区域后，可认为实体三角网模型内部空间已被目标平面区域分割为两部分。每一部分空间中的三角形区域均可对应投影至目标平面区域上，依次得到投影三角形区域。具体的，以图2为例，图中三角形△ABC为多个三角形区域中的任意一个，平面II为目标平面区域，图中三角形△A1B1C1为三角形△ABC在目标平面区域(平面II)的投影。

S104、针对任一三角形区域和三角形区域对应的投影三角形区域，终端设备根据三角形投影体积算法，计算三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积。

S105、终端设备对多个目标体积进行加和得到采空区的空间体积。

在一实施例中，上述计算三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积可认为是：确定投影后的三角形区域与投影三角形区域之间形成的立体结构。之后，终端设备可计算立体结构的体积，即为目标体积。

具体的，以图2为例，将三角形△ABC和三角形△A1B1C1之间相对应的顶点分别进行连接。即将顶点A与A1进行连接，顶点B与B1进行连接，顶点C与C1进行连接，形成五面体。此时五面体的体积即为目标体积。对于五面体的体积计算，终端设备可将对五面体进行划分，得到3个四面体。示例性的，以A1作为四面体顶点为例进行说明，得到的3个四面体分别为A1B1BC1、A1C1BA、A1ABC，将3个四面体体积相加即为五面体的体积，如图2所示的①、②、③所表示的平面分别与顶点A1形成的四面体。可以理解的是，因每个的顶点均为三维的点云数据，因此，可基于该点云数据以及四面体计算公式进行体积计算。最后，将3个四面体进行加和得到目标体积。其中，对四面体的体积进行计算为已知的计算方式，对此不做详细说明。

在一实施例中，根据点云数据生成的上述三角形区域可能具有多个，因此，在计算每个三角形区域分别与投影三角形区域之间的目标体积后，还需对所有的目标体积进行加和，得到采空区的空间体体积。

在本实施例中，终端设备可基于获取到的多个点云数据之间的空间拓扑关系，以简单的三角形的平面为基本单位对大量的点云数据进行处理，建立可用于表示采空区形状的实体三角网模型。以此，可降低终端设备对大量的点云数据进行处理时的计算难度，减少对采空区进行建模的建模时间。之后，对实体三角网模型中的每个三角形区域进行投影，形成多面体结构，以方便终端设备对三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积进行精确计算。进而，终端设备可对每个目标体积进行加和，以准确的得到采空区的空间体积。

参照图3，在一实施例中，在通过空区探测系统对采空区进行扫描，得到多个点云数据中，具体包括如下子步骤S1011-S1012，详述如下：

S1011、终端设备分别调整空区探测系统的探测角度至多个目标预设角度；调整前的目标预设角度与调整后的目标预设角度不同。

在一实施例中，上述S101中已说明三维激光扫描探测系统可将三维激光旋转多圈，采集每圈采空区的点云数据。其中，将三维激光旋转多圈时，每圈三维激光的发射角度与水平面之间的夹角均不相同。以此，终端设备可使三维激光完成对采空区整体空间结构的扫描。基于此，可以理解的是，若三维激光旋转时与水平面的角度不变，则三维激光扫描的只有部分采空区的点云数据。

在一实施例中，上述多个目标预设角度可以由工作人员预先根据实际情况进行设置。其中，上述目标预设角度可以为三维激光每转一圈后，将三维激光在当前与水平面之间的夹角下，抬高或降低固定角度(例如1°或2°)后进行扫描。此时，每次抬高或降低固定角度后的三维激光与水平面之间的夹角即为目标预设角度。

在一实施例中，上述固定角度的数值可以由工作人员进行设置，对此不作限定。在本实施例中，上述固定角度的数值可以为2°，以减少空区探测系统调整探测角度的次数。

S1012、针对任一目标预设角度，终端设备将空区探测系统在目标预设角度下自转一周对采空区进行扫描，得到目标预设角度下采空区的一圈点云数据。

在一实施例中，上述目标预设角度具有多个，因此，空区探测系统可以得到多圈点云数据。可以理解的是，因三维激光旋转一圈的角度为360°，因此，空区探测系统在控制三维激光旋转时，可设置三维激光旋转一圈所采集的点云数据的数量为360个，以得到一圈完整的采空区的点云数据。即在旋转一圈的过程中，采集每个角度下的采空区的点云数据。

需要补充的是，上述将探测角度调整至目标预设角度为竖直方向上的调整；上述在目标预设角度下自转一周对采空区进行扫描为水平方向的旋转。

在本实施例中，通过每隔2°的调整方式，调整三维激光扫描探测系统的探测角度，且控制三维激光在每个目标预设角度下采集360个点云数据，以使三维激光扫描探测系统可在减少调整探测角度的次数的基础上，还可采集到可完整表示采空区形状的点云数据。

参照图4，在一实施例中，在S102基于多个点云数据之间的空间拓扑关系，建立用于表示采空区形状的实体三角网模型中，具体包括如下子步骤S1021-S1026，详述如下：

S1021、终端设备基于多个目标预设角度的先后调整顺序，确定调整前的目标预设角度对应扫描的多个第一点云数据，以及调整后的目标预设角度对应扫描的多个第二点云数据。

在一实施例中，上述S1011已说明是将三维激光扫描探测系统的探测角度调整至多个目标预设角度，因此，每个目标预设角度都应当具有先后的调整顺序。对应的，在每个目标预设角度对应扫描的多个点云数据也应当具有先后顺序。基于此，对于三维激光扫描探测系统在任意相邻的两个探测角度分别探测的两圈点云数据，可将调整前的目标预设角度对应扫描的多个点云数据作为第一点云数据，以及将调整后的目标预设角度对应扫描的多个点云数据作为第二点云数据。此时，需要理解的是，“第一”、“第二”仅用于对每个目标预设角度下对应扫描的多个点云数据进行区分描述。

S1022、终端设备将多个第一点云数据中，任意相邻的两个第一点云数据进行连接，得到多个底边。

在一实施例中，上述S1012中已说明是三维激光扫描探测系统在目标预设角度下自转一周对采空区进行扫描，因此，在自转一周的过程中扫描的点云数据也应当具有先后的时间关系。基于此，终端设备可确定相邻时刻下扫描到的两个点云数据，即为相邻的两个点云数据。以此，终端设备可将多个第一点云数据中，任意相邻的两个第一点云数据进行连接，得到多个底边。

S1023、针对任一底边，终端设备分别以多个第二点云数据为顶点，连接顶点与底边两端的两个第一点云数据，生成多个初始三角形区域。

S1024、终端设备根据多个初始三角形区域对应的三角周长，从多个三角周长中确定最小三角周长。

S1025、终端设备将最小三角周长对应的初始三角形区域，确定为最终的三角形区域，以此分别得到多个底边对应的三角形区域。

在一实施例中，对于任一底边，终端设备可依次以每个第二点云数据为顶点，将底边两段的两个第一点云数据根本与顶点相连，形成多个初始三角形区域。之后，基于每个初始三角形区域的各个顶点的具体点云数据值，计算三角形周长。最后，将最小三角周长对应的初始三角形区域，确定为最终的三角形区域。可以理解的是，一条底边最终与一个顶点(一个第二点云数据)形成三角形区域。

具体的，参照图5，图5中第n圈的多个点云数据为调整前的目标预设角度对应扫描的多个第一点云数据，第n+1圈的多个点云数据为调整后的目标预设角度对应扫描的多个第二点云数据。针对i和第i+1个第一点云数据，可先将该两个第一点云数据进行连接，作为底边。之后，以第j个第二点云数据和第j+1个第一点云数据为例进行说明。将底边分别与两个顶点相连，得到初始三角形区域△i/i+1/j，以及初始三角形区域△i/i+1/j+1。之后，对其余多个第二点云数据执行同样操作，得到多个初始三角形区域。而后，将最小三角周长对应的初始三角形区域，确定为最终的三角形区域。例如，将初始三角形区域△i/i+1/j+1作为最终的三角形区域。最后，终端设备可分别对其余底边执行上述处理过程，得到每个底边分别对应的三角形区域。

S1026、针对每个目标预设角度下对应的一圈点云数据，终端设备分别执行上述S1021至S1025的步骤，直至得到由多个三角形区域组成的实体三角网模型。

在一实施例中，基于上述S1021-S1025的执行步骤，终端设备可得到两圈点云数据形成的三角形区域。基于此，对于多圈点云数据，终端设备可依次对每圈点云数据均执行一次上述步骤，以得到由多个三角形区域组成的实体三角网模型。

在本实施例中，通过对调整前对应扫描的多个相邻的第一点云数据进行连接，从调整后对应扫描的多个相邻的第二点云数据中，确定最小三角周长对应的第二点云数据，以生成多个三角形区域。进而，可得到由多个三角形区域组成的实体三角网模型，可以更好的表达采空区中各边界的形状结构，使生成的实体三角网模型更接近于真实的采空区形状。

参照图6，在一实施例中，在S104针对任一三角形区域和三角形区域对应的投影三角形区域，根据三角形投影体积算法，计算三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积中，具体包括如下子步骤S1041-S1043，详述如下：

S1041、终端设备分别确定三角形区域的每个顶点，以及投影三角形区域的每个投影顶点。

S1042、终端设备将每个顶点分别与对应的投影顶点连接，形成五面体。

S1043、终端设备计算五面体的体积，并将五面体的体积作为三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积。

在一实施例中，根据上述三角形区域和投影三角形区域生成五面体，以及计算五面体的体积均已在上述S105中进行说明，对此不再进行解释。

请参阅图7，图7是本申请实施例提供的一种矿井采空区空间体积的计算装置的结构框图。本实施例中矿井采空区空间体积的计算装置包括的各模块用于执行图1、图3、图4、图6对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图1、图3、图4、图6以及图1、图3、图4、图6所对应的实施例中的相关描述。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。参见图7，矿井采空区空间体积的计算装置700包括：获取模块710、建立模块720、投影模块730、第一计算模块740以及第二计算模块750，其中：

获取模块710，用于获取矿井内采空区的多个点云数据。

建立模块720，用于基于多个点云数据之间的空间拓扑关系，建立用于表示采空区形状的实体三角网模型；实体三角网模型由多个三角形区域组成，每个三角形区域的顶点分别为点云数据。

投影模块730，用于分别将多个三角型区域投影至目标平面区域，得到多个投影三角形区域；目标平面区域为实体三角网模型内部空间中的平面区域。

第一计算模块740，用于针对任一三角形区域和三角形区域对应的投影三角形区域，根据三角形投影体积算法，计算三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积。

第二计算模块750，用于对多个目标体积进行加和得到采空区的空间体积。

在一实施例中，获取模块710还用于：

通过空区探测系统对采空区进行扫描，得到多个点云数据。

在一实施例中，矿井采空区空间体积的计算装置700还包括

存储模块，用于将多个点云数据以DXF文件格式存储至终端设备内部。

在一实施例中，获取模块710还用于：

分别调整空区探测系统的探测角度至多个目标预设角度；调整前的目标预设角度与调整后的目标预设角度不同；针对任一目标预设角度，将空区探测系统在目标预设角度下自转一周对采空区进行扫描，得到目标预设角度下采空区的一圈点云数据。

在一实施例中，建立模块720还用于：

S1、基于多个目标预设角度的先后调整顺序，确定调整前的目标预设角度对应扫描的多个第一点云数据，以及调整后的目标预设角度对应扫描的多个第二点云数据；S2、将多个第一点云数据中，任意相邻的两个第一点云数据进行连接，得到多个底边；S3、针对任一底边，分别以多个第二点云数据为顶点，连接顶点与底边两端的两个第一点云数据，生成多个初始三角形区域；S4、根据多个初始三角形区域对应的三角周长，从多个三角周长中确定最小三角周长；S5、将最小三角周长对应的初始三角形区域，确定为最终的三角形区域，以此分别得到多个底边对应的三角形区域；S6、针对每个目标预设角度下对应的一圈点云数据，分别执行S1至S5的步骤，直至得到由多个三角形区域组成的实体三角网模型。

在一实施例中，第一计算模块740，还用于：

分别确定三角形区域的每个顶点，以及投影三角形区域的每个投影顶点；将每个顶点分别与对应的投影顶点连接，形成五面体；计算五面体的体积，并将五面体的体积作为三角形区域与投影三角形区域之间的目标体积。

当理解的是，图7示出的矿井采空区空间体积的计算装置的结构框图中，各单元/模块用于执行图1、图3、图4、图6对应的实施例中的各步骤，而对于图1、图3、图4、图6对应的实施例中的各步骤已在上述实施例中进行详细解释，具体请参阅图图1、图3、图4、图6以及图1、图3、图4、图6所对应的实施例中的相关描述，此处不再赘述。

图8是本申请另一实施例提供的一种终端设备的结构框图。如图8所示，该实施例的终端设备800包括：处理器810、存储器820以及存储在存储器820中并可在处理器810运行的计算机程序830，例如矿井采空区空间体积的计算方法的程序。处理器810执行计算机程序830时实现上述各个矿井采空区空间体积的计算方法各实施例中的步骤，例如图1所示的S101至S105。或者，处理器810执行计算机程序830时实现上述图7对应的实施例中各模块的功能，例如，图7所示的模块710至750的功能，具体请参阅图7对应的实施例中的相关描述。

示例性的，计算机程序830可以被分割成一个或多个单元，一个或者多个单元被存储在存储器820中，并由处理器810执行，以完成本申请。一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序830在终端设备800中的执行过程。

终端设备可包括，但不仅限于，处理器810、存储器820。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是终端设备800的示例，并不构成对终端设备800的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器810可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器820可以是终端设备800的内部存储单元，例如终端设备800的硬盘或内存。存储器820也可以是终端设备800的外部存储设备，例如终端设备800上配备的插接式硬盘，智能存储卡，闪存卡等。进一步地，存储器820还可以既包括终端设备800的内部存储单元也包括外部存储设备。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。