复杂地下巷道场景三维点云两阶段去噪方法

作     者：任助理 袁瑞甫 王李管 邓浩坤 王文 张金龙 

作者机构：河南理工大学能源科学与工程学院 河南理工大学河南省矿产资源绿色高效开采与综合利用重点实验室 中南大学资源与安全工程学院 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 080901[工学-物理电子学] 0819[工学-矿业工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年资助项目(52204168) 河南省重点研发与推广专项(科技攻关)资助项目(222102220027) 河南省矿产资源绿色高效开采与综合利用实验室重点资助项目(KCF2201) 

主　　题：地下矿山 智能矿山 巷道 三维激光 点云去噪 

摘      要：矿山智能化进程持续推进，三维激光扫描技术为感知矿山提供了基础，为高质量获取矿山三维点云数据，提出了一种鲁棒性的复杂地下巷道场景三维点云两阶段去噪方法。首先，利用三维激光扫描技术获取井下巷道场景的3D点云信息，并分析巷道点云中不同噪声特点；其次，设计两阶段巷道去噪模型，在第一阶段，通过计算点云法向量，同时构建巷道轴线，探明点云法向与巷道轴线夹角关系对噪声的影响并去除；在第二阶段，优化巷道点云，通过分析巷道待优化点云和噪声点云的距离变化，将距离相近的点整合回第一阶段的去噪后点云中，最终得到去噪后的完整点云，该方法基于开源软件Cloud Compare进行二次开发实现；最后，以某地下矿山主运大巷和回风巷道为具体案例，详细分析了点云去噪过程中各阶段的处理时间、角度阈值、去噪数量、点云法线计算，以及邻近点选择等，系统验证了该方法的有效性。研究结果表明，设计的地下巷道场景三维点云去噪方法能够实现对噪声的有效去除，当角度阈值小于1°时，可以获得最佳的去噪效果，并通过二阶段优化算法，实现对巷道表面孔洞的有效修复。该研究为井下巷道点云去噪的实际应用提供了有力的指导，展示了在提高数据质量和可靠性方面的潜力，可实际应用于矿山智能化、地质勘探以及安全监测等领域。