适合煤矿救援机器人的矿山地理信息系统研究

论文摘要

区别于以往的矿井管理系统,该矿山GIS系统主要是面向煤矿救援机器人。建立井下巷道空间数据库,实现图形与属性信息双向查询;建立巷道三维可视化模型,实现井下巷道三维场景模拟,研究空间信息三维可视化管理和分析方法;构建井下巷道的几何网络分析模型,实现巷道网络节点信息查询和机器人运行最佳路径分析。该矿山GIS系统主要用来指导煤矿机器人在救援过程中的定位导航,并实时对路径进行规划。文中重点分析以下几个关键技术:(1)井下巷道空间数据库建立:实现多源数据入库,显示一个多层结构的地图、地图的放大和缩小等基本浏览功能,进行图形数据和属性数据的交互查询,用于实时地图定位。并可根据机器人实时采集数据绘制图形元素如点、线、文字等功能。数据库以巷道为基础数据,并导入巷道导线点、工业广场、井筒、井田边界等与巷道密切相关的数据作为辅助信息,为井下巷道的路线选择提供充足的数据准备。(2)巷道几何网络分析模型构建:构建几何网络是井下巷道GIS系统的核心工作。重点在于网络结构的设计,本文中把巷道之间的分叉点作为网络节点,通过网络上连接要素建立网络规则。(3)三维可视化模型模拟与分析:由井下巷道空间数据库提供巷道导线点高程,建立井下各层面巷道体TIN表面。在三维空间中设置巷道基准高程时选择由表面获取要素图层的高程,即可快速建立三维巷道在三维场景中显示。(4)救援线路的分析与追踪:是基于井下巷道的几何网络特征和属性,针对煤矿机器人定位导航的路径规划条件进行分析并用于机器人实时救援。主要涉及与救援机器人定位相关的管理信息,并实现点击显示具体的位置信息,在调用已有数据库查询和分析时,获取当前位置事故现场场景以及瓦斯、粉尘浓度、温度、湿度等参数信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 本课题相关技术的国内外研究现状
• 1.2.1 机器人及其定位导航技术
• 1.2.2 矿山地理信息系统
• 1.2.3 机器人在煤矿救援中的应用
• 1.3 矿井事故救援存在的问题和解决的途径
• 2 主要研究内容
• 2.1 系统软件与开发方法选择
• 2.1.1 平台选择
• 2.1.2 煤矿救援机器人GIS 系统基于平台的优势分析
• 2.1.3 辅助软件的选择
• 2.1.4 开发方法的选择
• 2.1.5 系统运行环境
• 2.2 系统总体设计
• 2.3 空间数据库设计
• 2.4 系统功能模块设计
• 2.4.1 数据采集与编辑
• 2.4.2 数据浏览与查询
• 2.4.3 井下巷道的三维可视化
• 2.4.4 矿井巷道的网络分析
• 2.4.5 救援机器人定位导航与追踪分析
• 3 研究的方法
• 3.1 系统开发的技术路线
• 3.2 系统关键技术的实现
• 3.2.1 巷道空间数据库建立
• 3.2.2 网络分析模型
• 3.2.3 巷道三维数据模型
• 3.2.4 三维巷道环境下的空间分析
• 3.2.5 巷道连通与追踪分析
• 3.2.6 ArcGIS Engine 开发过程
• 4 结论
• 4.1 论文总结
• 4.2 主要创新点
• 4.3 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录