[发明专利]基于三角剖分算法的煤层资源估算方法

权利要求书

1.基于三角剖分算法的煤层资源估算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：三角剖分算法：三角形TIN扩张生成算法

(1)在分散的所有点中随机选择一个点成为基线边的起点，接着寻找与起点最近的一个点成为边的终点，将两个点相连得到一条基线边，并存入BaseStack栈中，使用LineList数组用来存放边，生成的三角形存放在TriangleList；

(2)在BaseStack栈中选取一条基线边出栈，在分散的所有点中遍历寻找一个基线边右边的点可以让其与基线边形成的角最大；

(3)若有这种合适的点，就利用该点与基线边形成一个符合条件的三角形，第一条边是基线边，第二条边是将基线边的起点和这个点相连形成的边，第三条边是这个点和基线边终点相连形成，新的两条边作为新的基线边存放进BaseStack中，如果有重复的边就不再存放，随后依次将新边、三角形存入LineList和TriangleList，如果有重复就不再存放，如果没有这样特性的点，就不使用该基线边；

(4)重复步骤(2)、(3)，当BaseStack什么都没有了就停止，将得到的LineList和TriangleList保存；

S2：创力三种数据结构：

(1)点类：具有点名PointName、坐标值X、坐标值Y、煤层厚度T等属性、并拥有一个计算当前点与其他点之间距离的方法Cal_Distans()；

(2)边类：边的主要特征由起始点(BeginPoint)和终止点(EndPoint)两个点来进行限制，另外Belonging_Triangle列表属性是可以记录目前边的所属三角形和它属于的相邻三角形(这个属性在后续等值线的生长中将有很大的用处)，本文还运用判断运算符(＝＝)来判定边的方向与投影的方向是否相同；

(3)三角形类：在不断形成Delaunay三角形时候，作者使用的三角形类其实是一个个有向三角形，它由基线边、基线边起点与查询点的连线以及查询点和基线边的终点三条有向边构成，另外也重载了方向不同但投影是相同三角形的判断运算符(＝＝)用来判断三角形是否相等；

S3：建立插值算法模型并比较：将曲面样条函数插值方法引入煤矿的资源量估算，本文根据两个插值方法的定义，建立对应的数学模型，编出两种对应的计算插值的程序，并且对两个插值方法进行了比较：

(1)克里格插值：核心技术为克里格插值法,这种矿产资源量计算方法特点为：基本无偏的、最小偏差的，最大的用处是可以准确地估量资源量储备，基础为空间结构(空间相关)是矿化的，核心是区域化变量，基本工具是变异函数，加权因子是以见煤点的不同方位变差函数的参数为基准推算得到的，这个方案充分考虑了矿体形状的空间变动以及煤层厚度的空间变化特性,同时使用了无偏的、偏差小的数理统计方式推算样本的加权因子以及块段的煤层厚度，因而计算资源/资源量更加准确；

(2)曲面样条插值：根据前面章节的曲面样条插值原理，最重要的是首先要收集已知点的数据，将已知点和未知点分开；

(3)两个插值方法比较：选择的比较方法通过随机选取1^-2煤层10个点为预测点，用其余点构建克里格插值与曲面样条插值模型，并对待预测点的煤层厚度值进行预测，然后将两个插值结果和这10个点本来的值进行对比，对比的方法采用MSE、RMSE与MAE；

S4：资源量计算：根据算法分析，确定数据结构及插值算法比较，进行资源量计算：

(1)定义窗口及操作类：使用Python自带的TKinter模块，通过TK的Python程序接口,给出了简单快捷地建立图形用户界面应用程序的基本方式，其图像化编程的基本过程,一般分为：

1)导入tkinter模块

2)建立GUI根窗体

3)使用人机交互控件

4)编写相应的函数

5)在主事件发生的循环中等候用户触发事件反馈

(2)生成Delaunay三角形：点击生长Delaunay三角形按钮，触发drawTIN_shengzhang函数，能够将刚才的散点进行三角剖分，形成一个个互不相交的三角形；

(3)三角形加密：采用重心法进行三角形加密，这样加密后的三角形是比较均匀的，因为每个Delanunay三角形三个点的信息都可以得到，那么根据公式也非常容易算出其重心的坐标，将其在窗口中展示，三角形加密以及计算资源量均以1^-2煤层中的一个资源量块段(111b-采34)展示，点击进行插值触发interfirstpolation函数，显示出第一层重心点的效果；

(4)插值计算和保存：每次进行插值后，作者将每一层插值点进行编号，将其保存在Excel图表中，打开Excel能清晰的看清楚钻孔点的数据以及重心点的数据；

(5)计算资源量：对原始数据进行了处理及插值计算后，下面就可以进行资源量计算工作，首先建立一个子窗口，这样可以在子窗口显示资源量数据，根据数据计算所用资源量块段的面积和以及体积；

(6)验证块段资源量：根据资料中1^-2煤层中资源量块段的信息，将资源量块段的面积乘以平均厚度即得到了粗略估算的资源总量，将克里格插值方法以及曲面样条插值方法每次插值后计算的资源量结果做了一个对比，并且将结果做成折线图；

(7)验证采煤工作面资源量：根据采煤工作面12305的数据，计算统计3个数据：

使用编制好的程序利用克里格插值算法和曲面样条插值算法估算资源量，每次插值后统计一个结果，方便后续比较；

查看《上湾煤矿12305工作面验量》表中每隔一段时间的开采量，统计计算12305工作面的实际开采量；

最后使用地质块段法估算工作面资源量；

将以上三个数据进行比较，分析本次资源量计算的可靠性。