基于ArcGIS的煤矿巷道三维可视化技术的研究

论文摘要

随着煤炭工业的迅猛发展,采矿企业的信息量也在急剧增加,而传统的信息管理手段与模式已经落后于生产力的要求,急需将先进的信息技术应用到矿山的管理之中。现今,越来越多的新技术开始应用到煤矿开采作业当中,特别是矿山地理信息系统(MGIS)的应用,它为矿山的管理、设计、规划等提供了可视化的和强有力的决策支持作用,MGIS也是“数字矿山”的重要组成部分。“数字矿山”要求整个系统具有三维特性,利用三维建模与可视化技术来为矿区的整体规划、生态复垦、可持续开采、矿井开拓设计、矿井生产管理和辅助减灾与救灾指挥等提供决策支持。在MGIS系统中,井下巷道是其主要的空间数据之一,也是整个系统的命脉,煤矿巷道是井下作业、运输、通风和排水的主要场所,也是煤矿生产系统的主要组成部分。本文对煤矿巷道三维可视化技术的相关国内外现状进行了研究,根据煤矿采掘工程图和相关资料提供的数据,设计出了合适的巷道建模算法,根据巷道中轴线和巷道的宽度计算出巷道两端的左右邦点的坐标,然后计算得出断面细化点的坐标,最后将巷道两端断面对应的点相连形成巷道的各个面,同时对巷道的交叉处也进行了建模,并附上了巷道的纹理信息,建立的三维巷道具有很强的真实感。本文对比分析了建立三维GIS的方法,提出了基于GIS平台开发巷道三维可视化系统的方法,最后采用了ArcGIS平台软件与三维建模软件结合的方法来建立煤矿巷道三维可视化系统,所生成的数据还能与现有的GIS系统兼容,便于了数据的共享和发布。同时也对巷道的内部进行了比较详细的实体建模,并开发出了三维漫游、动态模拟、距离量测、三维空间标注、设备模型的添加与删除、信息查询以及巷道网络分析与通风信息可视化等相关实用功能,为煤矿的巷道设计、设备管理、辅助救援决策和员工的培训提供一种可视化的平台,也为矿山三维信息系统的建设提供了一种可行的方法与思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 论文研究目标与内容
• 1.4.1 论文研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 论文组织
• 2 三维GIS的现状与实现方法
• 2.1 三维数据模型的研究现状
• 2.2 三维GIS系统建立方法
• 2.3 三维建模软件与三维GIS
• 3 MultiPatch数据模型概述
• 3.1 MultiPatch单元类型介绍
• 3.2 MultiPatch要素的创建途径
• 3.3 MultiPatch要素的创建方法
• 4 煤矿巷道三维可视化系统的关键技术研究
• 4.1 三维巷道的建模
• 4.1.1 三维巷道的数据来源
• 4.1.2 三维巷道的建模思路与实现
• 4.2 三维漫游与动态模拟
• 4.2.1 手动漫游
• 4.2.2 自动漫游
• 4.2.3 动态模拟
• 4.3 巷道内部实体的建模
• 4.4 巷道网络分析
• 4.4.1 网络分析的图论基础
• 4.4.2 最佳路径分析
• 4.4.3 巷道网络分析的实现
• 5 煤矿巷道三维可视化系统的实现
• 5.1 系统总体设计
• 5.1.1 系统开发平台
• 5.1.2 系统架构设计
• 5.1.3 功能设计
• 5.2 数据层设计
• 5.2.1 空间数据库设计
• 5.2.2 属性数据库设计
• 5.3 功能模块的实现
• 5.3.1 巷道生成功能
• 5.3.2 三维浏览功能
• 5.3.3 测量功能
• 5.3.4 信息查询功能
• 5.3.5 三维标注功能
• 5.3.6 视图书签功能
• 5.3.7 设备管理功能
• 5.3.8 虚拟漫游功能
• 5.3.9 网络分析功能
• 5.3.10 动态模拟功能
• 5.3.11 通风管理功能
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介