完整版顾桥三维可视化技术协议排版.docx

1、完整版顾桥三维可视化技术协议排版 淮南矿业集团顾桥矿矿井安全生产三维可视化系统技术协议 二零零六年七月由顾桥矿信息管理中心牵头，矿地质测量部门、上海宝信软件股份公司及北京富力通能源软件技术有限公司参与，在顾桥矿就三维可视化与综合自动化系统集成进行了充分协商，形成如下技术协议：1. 协议内容1. 地测信息系统作为三维可视化系统的有机组成部分和必需的数据来源，三维可视化系统与地测信息系统软件通过数据库表互相共享数据库，并开放数据表格供自动化集成平台及信息系统平台使用，矿地质测量部门通过北京富力通能源软件技术有限公司的演示，认为北京富力通能源软件技术有限公司在三维可视化系统中提供的地测信息系统达不到

2、专业化的地测信息系统的功能，建议北京富力通能源软件技术有限公司外购专业化的由北京龙软科技发展公司开发的地测信息管理系统，并负责有机的集成；北京龙软科技发展公司负责地测信息管理系统的功能实施、软件维护及系统升级，以满足顾桥矿地测部门日常地测信息管理的需求。2. 上海宝信软件股份公司承包的综合自动化系统与三维可视化系统的具体数据接口交换原则与系统调用原则：集成软件平台可以直接启动三维软件应用程序。三维显示、展示方案由三维软件负责完成，三维软件也可以独立运行；集成平台将采集的集成数据信息通过数据库的记录集（提供字段说明）共享给三维软件，三维软件负责在相应的子系统终端上显示对应的场景和数据。综合信息平

3、台保证发送给三维软件的消息的正确性和及时性，三维软件系统保证显示和定位的准确性和时效性。三维软件需要获取的实时监控数据，可以采用通过发送TCP/IP请求（数据包大小上限定为1024个数据）给集成平台获取数据（备选方案：三维软件需要显示实时参数时，采用分布式访问方式，直接从OPCServer中获取实时数据），数据显示和表达方式的组织工作由三维软件完成。3. 数据录入：三维可视化系统作为地测信息系统软件和集成化平台的数据使用者，应充分有效使用地测信息系统软件和集成化平台提供的数据，测量数据库与地测数据库建立的原始数据的录入由地测信息系统软件负责，有效避免用户单一数据多次录入，具体为： 三维可视化系

4、统负责以下数据录入:1) 主副井、风井、巷道、硐室的数字摄像资料。2) 井巷工程造价信息。3) 各种生产与安全设备的类型、功率、工艺参数等资料。4) 安全监测系统、自动控制系统的监测点的位置、类型、报警上下限、单位、状态、实时数据等（通过软件接口获取） 地测信息管理系统负责以下数据录入:1) 煤层边界数据、断层数据、陷落柱、熔岩侵入、古河床冲刷等煤层缺失数据。2) 回采工作面的资料。3) 主副井、风井、巷道、硐室的断面类型、参数等资料。4) 地质勘探的钻孔、测井资料、柱状图、各主副井、风井、巷道、硐室的测量资料。5) 工业广场布置图、水文地质图、井上下对照图、通风系统图等各种必须的图纸。6)

5、煤层煤质资料。7) 矿区地层资料、钻探资料、煤层综合成果台帐、勘探线资料、巷道测量资料。2. 三维可视化系统实现功能2.1. 矿井安全生产总体状态查询1) 当前或任意时期矿井采掘工程总体状态单键点击，可让用户快速从视窗中通过三维视图直观地了解当前或任意时期矿井采掘工程状态，即各井巷的位置、各回采工作面的位置、各掘进工作面的位置、煤层的开采情况、井上下位置关系等；2) 生产系统的查询可以选择“通风、运输、安全路线、排水、供电”等系统进行查询。选择某一系统后，显示出当前所选系统的运行线路布置状况，例如，通风系统的进风、回风方向及路线。还可动画演示显示生产系统的运行。2.2. 实时安全监测与自动化三

6、维可视化1) 任一监测站点报警时，可立即调出“安全监测站点综合信息”的监控面板，同时将该站点所在的位置及周围相关的三维工程视图自动移到当前视窗的中心，并且闪耀显示被报警的站点或三维动画显示监测设备的运行状态及其属性信息。2) “安全监测站点综合信息”面板实时显示报警站点的综合监测信息与相关的生产信息(设备、人员、供电等)，参照该站点周围的生产系统三维视图，利用三维可视化系统为矿井建立的数字化、信息化和可视化信息系统，以及提供的各种功能菜单，可以快速对矿井的各项工程、地质、生产系统等相关信息进行全面的查询。所查询的信息及三维视图与安全监测站点面板的综合监测信息显示在同一视窗中，为安全应急情况的处

7、理和决策提供了全面、综合、方便和快捷的信息资源。2.3. 三维视图工具2.3.1. 高级区域视图“区域工程视图”功能可实现对查寻不同区域视图的快速切换(如不同采区视图之间的切换)，从而得到局部清晰视图。“对象跟踪视图”功能可通过工程名称选择，使该工程视图立即显示在视窗的中心，极大方便视图对象的查询;工程透视与沿工程内部视察功能，可打开工程三维实体图的外表，查看工程内部。查询某段井巷时，可播发使用数码摄像机对工程内部进行的录象；可以在多个窗口中同时显示不同的三维视图，既可以显示不同观察点的透视图，也可以显示顶、底和各个侧面的正视图。可以对各种三维视图进行旋转、平移、缩放等操作。2.3.2. 剖切

8、体与透视可以对三维图形对象进行任意剖切，以立方体为剖切面时，可剖切出具有一定厚度的剖切体，这对表现局部工程的空间关系、对于工程布置、回采面过断层方案的制定有重要作用：其透视功能可打开工程三维实体图的外表，查看工程内部的结构。 2.3.3. 多切面及等高线制作可以对一个或多个三维图形对象进行单剖面或多剖面(任意等间距)图制作。当对煤层底板面进行等间距剖切时，便生成了煤层底板等高线。2.3.4. 显示工程名称可实现用单键标注所有的井巷工程名称，并且无论何种视角观察的视图，显示的工程名称都与用户视线垂直，名称的文字大小可调整。2.4回采工程三维可视化记录、查询或预测任意有记录一天工作面的推进距离，工

9、作面所在的位置，回采工作面在某一位置上的采高、煤层倾角、工作面已采储量及剩余储量和回收率。这些值根据生产地质条件计算，避免人为因素的影响：可自动生成采煤日、月、年报表。2.5掘进工程三维可视化查询和显示任意工程有记录一天的掘进施工位置、开挖方向、日进尺、累计进尺和剩余工程量等；自动生成掘进日、月、年报表。2.6工程结构与属性的设置和查询在完成的三维工程导线上加入工程断面，形成具有断面形状的三维实体图形，并且可以用于查询工程的有关技术参数和属性。1) 可以在一条工程导线上设置不同断面形状和断面大小的三维实体图，因此，可适应矿井各种工程断面的设置。2) 工程断面图形及其技术参数可按工程断面编号进行

10、保存，通过输入断面号码调用其图形和参数；可直接查询工程断面汇总表及断面施工图。3) 自动显示工程总长度、不同断面区段的长度、断面面积、单价、工程量及工程属性(用途)。2.7设备设置与管理对某些常用设备(如风机、风门、水棚和安全监测站等)进行图形自动生成。鼠标定位、设备安装与工作状态记录、特征光标显示等。方便了对常用设备的安装位置、性能、安装信息、工作状态进行查询和图形显示。2.8工程布置与修正该模块有四方面的功能:1) 根据井下地测结果，对工程设计图进行修正。2) 根据工程设计参数：工程段的方位角、长度、坡度，直接在视窗中生成三维工程导线布置图；3) 将工程平面布置导线，通过设置工程的变坡点的

11、标高和导线连接，使平面图形变为三维工程图；4) 对于已经完成设计工作的工程图形，可用该模块对各工程的布置信息(如方位、长度和坡度、变坡点的坐标)进行查询；2.9生产系统设置该模块的主要功能是为相关生产系统(通风、运输、安全路线、排水、供电)进行线路及流动方向设置，其目的是在视图中直观了解生产系统的总体状况，为在“工程总体状况”模块中实现各生产系统的查询和动画显示做好准备。“生产系统设置”模块即可以用于对生产系统进行视图设置，也可以对生产系统进行动画浏览，以便检查设置是否正确，对不正确的设置，可以进行修改。在系统中，生产系统的设置分以下儿步进行：1) 根据生产系统的路径，设置生产系统在各项工程中

12、的路线：2) 将各项工程中的生产系统路线连接，形成生产系统的总路线图：3) 对于有流动方向的生产系统，如通风、排水系统等，需要在系统路线上标注方向标识，以便在动态浏览生产系统时，可以展示系统的运行方向。对于不需标明方向的系统，如供电系统，可以不需进行方向标识设置，但在系统动态浏览时，将闪耀显示该系统的路线，以便了解系统的分布情况和路线布置。4) 动态浏览，检查系统设置的正确性。如发现问题，进行修改。5) 系统修改和更新。当发现生产系统设置有问题时或随着工程的进展，生产系统发生变化时，需要对原有生产系统线路进行修正和更新。2.10地面工业广场三维可视化可以建立地面工业广场的三维模型，并与井下模型

13、结合成一个完整的矿井模型。3. 地测信息管理系统实现功能地测空间管理信息系统主要是在完成地质、测量专业数据管理的基础上实现地测图形绘制、管理与三维动态管理。同时，随着网络技术与现代管理理念的提升，实现基于Internet技术远程管理地质、测量数据与信息成为一种趋势，远程管理也成为地测信息管理的重要部分。为此，地测空间管理信息系统主要由地质数据管理、测量数据管理、地测图形绘制与管理、远程管理以及三维动态管理等组成。3.1. 系统组成依据实际需求来看，地测空间管理信息系统总体讲主要从两个方面考虑：首先是属性数据管理，其次是图形数据管理。在专业上考虑是地质、测量专业应用，但是它们在数据上存在密切的联

14、系；基于地质、测量的远程管理也是地测空间管理信息系统的重要部分，系统间关系密切。整体数据流程如图21。3.1.1. 地质数据管理地质数据管理主要包括地层数据管理、勘探线数据管理、钻孔数据管理、煤层数据管理和断层数据管理等。地层数据管理：主要是矿区地层、标志层的基本信息管理。网络环境和网络软件地质基础数据测量基础数据水文基础数据其它基础数据基础图形处理系统基础属性数据库及管理系统基础图形生成和处理远程查询、管理专业用户一般用户系统用户图形动态修改和处理三维动态分析与管理报表处理管理图21地测空间管理信息系统数据流程勘探线数据管理：勘探线类别有两种，一是实测勘探线，二是虚构勘探线，在界面上它们将以

15、不同的颜色分别。在勘探线中，存在首钻孔与末钻孔坐标的输入，它们可以采用自然坐标方式或极坐标方式；并存在网格最大值与最小值、勘探线方位角、勘探线地层走向。钻孔数据管理：主要是对钻孔基础数据、钻探资料数据、测井资料数据以及测斜资料数据的管理，同时根据孔斜数据进行孔斜校正。煤层数据管理：主要是对煤层的钻孔数据管理。实现对过不同煤层的钻孔进行数据的管理，主要有钻孔煤层结构、顶底板岩性、灰份、CAO等参数的管理。断层数据管理：主要是对矿区断层进行数据管理。其中包括断层性质资料与控制断层位置数据的管理。控制断层位置数据管理是对控制当前断层的钻孔的相对位置数据。3.1.2. 测量数据管理测量数据管理主要有交

16、会定点数据管理与计算、导线测量数据管理与计算、导线成果数据管理、贯通误差预计、坐标正反算以及相关报表数据管理。定点交会数据管理：主要包括后方交会和方向交会。导线测量数据管理：主要包括支导线、闭合导线、附合导线、复测支导线、罗盘支导线等数据的管理与计算。能自动进行边长改正：钢尺与测距仪测距边长的各项改正；能自动计算观测数据；能够将观测数据（包括角度与边长）自动计算成导线计算的输入数据；导线计算台帐输出。导线成果数据管理：主要是各类导线测量数据的计算成果汇总。能够直接人工输入成果数据；能够从计算台帐中进行导线数据操作，从而自动实现导线数据由计算台帐直接转化为成果台帐。其他工具与管理：导入全站仪坐标

17、成果、陀螺定向观测、四等及碎部水准测量、坐标正反算、高斯投影下反算、坐标换带计算、导线查询管理。数据查询：主要针对基础数据，采用导航检索方式来查询数据。系统管理：主要有数据导入、导出，用户管理，系统设置和数据提取等。3.1.3. 地质图形绘制与管理主要包括地质平面图、剖面图和素描图的自动或半自动绘制。地质平面图：主要有各类等高线或等值线图的绘制与编辑、煤层储量图的绘制与储量自动计算等、地形地质图的绘制与编辑、水文地质图的绘制与编辑、充水性图等专业图件的自动或半自动绘制和编辑。地质剖面图：主要有勘探线剖面图生成、任意预想剖面图生成、水文地质剖面图生成和切割数据生成剖面图以及平面与剖面数据的相互利

18、用等。地质素描图：依据实测数据自动形成素描图并可以编辑巷道素描。3.1.4. 测量图形绘制与管理主要是结合测量实测数据或计算成果自动或半自动绘制采掘工程平面图，并依据相关数据编辑相关信息；基于采掘工程平面图实现其他专业图件的绘制。3.1.5. 三维动态分析与管理针对目前平面图形的可视效果不足，非专业人员很难看懂，结合煤矿的特点，利用最新的计算机图形学研究理论和计算机面向对象编程技术，龙软公司推出一套面向煤矿应用三维地理信息系统。系统首次实现了二维GIS与三维GIS的集成应用，动态构建三维模型，包括钻孔、地层、巷道、回采工程、掘进工程、工作面、监测点以及生产系统的三维管理与分析；在国内首次实现煤

19、矿专用三维可视化系统的实用化，如满足生产要求的任意剖面图形的绘制；实现3D-WebGIS的远程监测监控应用。3.1.6. 地测远程管理主要是基于Internet技术实现地质、测量等相关基础数据与图形信息的远程管理以达到远程管理与分析解决相关问题。3.1.7. 地表沉陷预计采用最先进的地表变形预计理论和编程技术研发而成，对村庄下采煤、铁路下采煤等形成的地表移动变化以及建筑物的破坏等级和破坏范围具有可靠的预测预报作用。3.2. 系统架构系统的架构是按照煤矿地质、测量管理工作的业务流程（即工作流）来实现，同时是基于数据驱动的过程。即数据获取后依据相关子系统输入进入数据库服务器，其次根据实际需要对数据

20、进行处理产生不同的结果信息；同时将基础数据与处理的结果数据在Internet网上发布以实现地测数据或信息的远程管理；同时基于淮南矿业集团顾桥矿的网络与相关生产专业系统实现共享应用，并实现三维的应用，如图22。3.3. 系统功能设计地测空间管理信息系统主要由图形数据库系统、属性数据库系统与三维动态分析与管理三大部分组成，其中图形数据库系统主要包括平（剖）面图系统、素描图系统、测量图系统和图例库系统，而属性数据库系统主要包括地质数据库系统与测量数据库系统，三维动态分析与管理主要基于二维图形系统与属性数据库系统实现矿井生产专业三维动态分析与应用，比如运输系统、通风系统与回采工程动态管理等。图形系统主

21、要完成图形的编辑、绘制、修改等功能，属性数据库系统主要是实现数据的动态管理。图形与属性之间基于ADO、ODBC实现图形与属性数据的双向管理，同时，基于图形系统与数据库系统实现远程管理、三维动态分析与管理。可视化选取空间查询条件动态修改数据WEB浏览器/客户端/插件集团公司用户矿井生产用户地测空间管理信息系统三维应用其他外部数据标准HTML文本流用户提交的空间查询请求Java/JavascriptHtml/Img Map等查询结果集Java等技术可视化表达联机分析处理兄弟矿井上级主管部门远程管理信息系统地测属性库系统数据接口1地测图形库系统数据接口2接口驱动程序1接口驱动程序2空间SQL查询应用

22、服务器、WEB服务器数据库服务器图22 地测空间管理信息系统架构3.3.1. 属性数据库数据库系统（这里指属性数据库）的设计是地测空间管理信息系统开发和建设的重要组成部分。数据库系统的设计首先充分分析用户需求，然后进行合理的逻辑结构设计和有效的物理结构设计，构建较优的数据库模式，最终建立数据库及其应用系统，满足用户的各种应用需求。数据库系统中数据结构的研究与设计在系统的开发中尤为重要，数据结构设计的合理与否将直接关系到数据库系统数据的录入、保存、更新、容错性及一致性等，同时也将影响到计算机的空间分配等问题。数据库管理系统的数据主要包括各种基础的数据，如地层数据、导线计算数据、煤层数据等的管理。

23、由于在实体间存在相同的数据项，这样数据项的属性可能相同，它的域的设置就应该相同。具体确定时依据数据项本身的属性特征确定数据项的结构。属性数据库管理系统是在充分分析矿山各种工作的过程和矿山数据的来源及其流程的基础上设计而成的。本系统旨在通过计算机对地质、测量基础数据进行管理，同时为图形自动生成提供数据，主要包括地质数据库系统与测量数据库系统。3.3.1.1. 地质数据库系统功能设计地质数据库系统是根据矿山地质数据的基本特点及矿井生产特点，采用模块化层次型结构系统设计，其中包括文件操作、数据管理、报表和台帐管理、数据初始化、用户管理及帮助等。数据初始化：依据集团与矿井的特点，将其分为地层磁偏角初始

24、化，地层初始化、岩石名称初始化，矿井名称初始化以及工业牌号初始化。另外还有煤层容重初始化，这主要考虑到同一矿业集团不同矿井间可能存在煤层容重差别，若相同则在地层初始化中可初始化全集团容重。数据管理：包括勘探线数据管理、地震勘探线数据管理、钻孔数据管理、煤层管理和断层数据管理，同时还为图形软件提供数据获取的剖面数据提取，煤岩层对比图数据提取、钻孔综合柱状图数据提取、层间距数据提取以及钻孔的查询。其中基础数据管理均包括数据的录入、定位查询、追加、插入、删除及返回等命令按扭，如图24。图23 地质数据库系统数据管理模块地震勘探管理钻孔数据管理煤层数据管理断层数据管理剖面数据提取岩层对此图数据钻孔综合

25、柱状图数据勘探线管理层间距数据提取孔斜资料管理钻孔查询钻孔追加钻孔插入钻孔删除测井资料管理钻探资料管理钻孔录入图24 数据管理模块结构图地质勘探线管理主要是对地质勘探线数据的基本管理。勘探线类别有两种，一是实测勘探线，二是虚构勘探线，在界面上它们将以不同的颜色分别。在勘探线中，存在首钻孔与末钻孔坐标的输入，它们可以采用自然坐标方式或极坐标方式；并存在网格最大值与最小值、勘探线方位角、勘探线地层走向。为了作图数据的完整性与可靠性，还特设计了勘探线剖面上的实际钻孔与相关钻孔的管理，若要将勘探线的相关钻孔参与剖面图的绘制。地震勘探线管理主要是对地震勘探线的数据管理。包括勘探线名称、网格最大值与最小值

26、以及勘探线坐标的录入、插入、追加、删除。钻孔数据管理主要是对钻孔基础数据、钻探资料数据、测井资料数据以及测斜资料数据的管理，同时根据孔斜数据进行孔斜校正。煤层数据管理主要是对煤层的钻孔数据管理。实现对过不同煤层的钻孔进行数据的管理，主要有钻孔煤层结构、顶底板岩性、灰份、CAO等参数的管理，如图25。图25煤层综合成果数据管理断层数据管理主要是对矿区断层进行数据管理。其中包括断层性质资料与控制断层位置数据的管理。控制断层位置数据管理是对控制当前断层的钻孔的相对位置数据。剖面数据提取主要是对不同勘探线进行对不同地层的数据提取。剖面图系统根据所提取的数据自动生成勘探线剖面。煤岩层对比图数据提取主要是

27、对作煤岩层对比图而提供钻孔地层数据。平面图系统根据所得数据自动生成煤岩层对比图，如图26。图26煤岩层对比图数据获取柱状图数据提取主要是提取工作面钻孔数据，同时用户可以根据实际情况修改工作面钻孔柱状数据。素描图系统根据工作面钻孔数据自动生成钻孔柱状图。层间距数据提取主要是提取任意两层的层间距，这样用户可以在平面图系统生成层间距等值线图。数据查询：主要是考虑数据搜索方便，分别设置按孔号、按煤层、按标志层等查询，如图27。用户管理：考虑到数据管理的安全性、可靠性设置用户管理菜单，实行非管理员身份登录的用户只能查询数据、提取数据与备份数据，同时不能管理用户。文件操作：主要设计打印设置、数据导入与数据

28、导出。其中数据导入与导出是为重要数据的备份与恢复而设置。帮助：为了简化系统的培训并更好地让地质工作人员使用地质数据库子系统，我们将开发相应的帮助系统。图27 数据查询3.3.1.2. 测量数据库系统功能设计测量数据管理主要有交会定点数据管理与计算、导线测量数据管理与计算、导线成果数据管理、贯通误差预计、坐标正反算以及相关报表数据管理。定点交会数据管理：主要包括后方交会和方向交会。导线测量数据管理：主要包括支导线、闭合导线、附合导线、复测支导线、罗盘支导线等数据的管理与计算。能自动进行边长改正：钢尺与测距仪测距边长的各项改正；能自动计算观测数据；能够将观测数据（包括角度与边长）自动计算成导线计算

29、的输入数据；导线计算台帐输出。导线成果数据管理：主要是各类导线测量数据的计算成果汇总。能够直接人工输入成果数据；能够从计算台帐中进行导线数据操作，从而自动实现导线数据由计算台帐直接转化为成果台帐。如图28。图28 测量数据库贯通误差预计：根据图上量取的实际坐标系的坐标以及贯通水平重要方向（假定坐标系）与真坐标系的夹角（假定坐标系相对于真坐标系的旋转角），预计贯通水平重要方向上的误差。改变不同的夹角，可预计不同方向上的误差。同时，改变贯通方案，只需改变旋转角。数据导入与导出：数据导入主要是将全站仪数据直接导入成果台帐，同时为采掘工程平面图的动态绘制提供数据。其他工具与管理：导入全站仪坐标成果、陀

30、螺定向观测、四等及碎部水准测量、坐标正反算、高斯投影下反算、坐标换带计算、导线查询管理。数据查询：主要针对基础数据，采用导航检索方式来查询数据，如图29，形成成果表如图210。系统管理：主要有数据导入、导出，用户管理，系统设置和数据提取等。图29 数据查询图210导线成果台帐3.3.2. 图形数据库完成地质、测量、水文等图形的输入、自动生成、处理和输出。系统不仅可以根据原始底图数字化输入图形数据，而且还可以利用属性数据库的原始数据自动生成专业图件，如剖面图、储量计算图、采掘工程平面图等等。3.3.2.1. 系统基本功能（1）命令行支持系统提供命令行支持，所有操作均可以通过命令行完成，且同时支持

31、中英文命令。（2）基本绘图提供点、直线、折线、曲线、矩形、多边形、圆弧、注记、椭圆、椭圆弧等的绘制。在绘制过程中，均提供鼠标、键盘输入方式，且命令可以嵌套，操作方便、快捷。（3）视图操作放大、缩小、自由缩放、平移、显示全图，提供滚轮缩放、鼠标中键平移、键盘平移等快捷操作方式。（4）光栅图像操作可以调入光栅图像，在图像上进行矢量化工作，图像浏览速度快。（5）捕捉功能系统提供了强大的捕捉功能。具有结点、离散点、圆心、节点、交点、边界点、垂足、中点、切点、象限点等10种捕捉方式，且捕捉参数（包括捕捉半径、捕捉标记大小、捕捉标记颜色、捕捉等待时间等）可以灵活设置。（6）图形参数匹配功能类似于Word的格式刷功能，可以方便地编辑、修改实体的基本信息。（7）方便的实体编辑、修改功能删除、复制、移动、旋转、镜像、偏移、修剪、延伸、打断、圆角、倒角、注记编辑、线上移点、线上加点、线上删点、联结线、改变线方向、统改实体（8）标注功能线性标注、对齐标注、角度标注、半径标注、直径标注、引线标注、坐标标注、标高标注，所有