地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、進入21世紀，快速發(fā)展的計算機技術、自動控制技術、網(wǎng)絡與通訊技術、空間信息技術為古老的采礦業(yè)注入了新的活力，采礦業(yè)正在向著數(shù)字化、智能化甚至無人采礦的方向發(fā)展。自從上世紀末提出“數(shù)字礦山”的概念以來，其定義、內涵和框架不斷得到擴展和延伸。地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)是地下礦數(shù)字礦山建設的重要組成部分，是礦山平行系統(tǒng)、數(shù)字礦山、感知礦山的支撐軟件。我國地下礦山的信息化建設在取得很大成績的同時逐漸暴露出一些問題，通過構建管控系統(tǒng)提高地下礦的信息

2、化水平具有重要的現(xiàn)實意義。
　　地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)建立于3DGIS技術、虛擬現(xiàn)實與動畫技術、三維建模與可視化技術之上，涉及礦山眾多業(yè)務和各種生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)復雜，功能繁多，其功能還會隨著數(shù)字礦山建設的進程而不斷擴展。本文從當前礦山信息化建設的現(xiàn)狀和需求出發(fā)，以建立一個平臺性的地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)為目標，圍繞地下礦空間數(shù)據(jù)模型與組織方式、自動化建模技術、實時數(shù)據(jù)集成技術、工況可視化技術、漫游技術和軟件體系結構等關鍵技術展開研

3、究，主要內容和研究成果如下:
　　1)從構建礦山平行系統(tǒng)的角度論述了地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)的定義、目標、功能、主要支撐技術以及在礦山信息化建設中的地位。
　　2)討論了可視化管控系統(tǒng)對礦山空間數(shù)據(jù)模型的需求，提出了地下礦空間數(shù)據(jù)模型的總體設計思路，并設計了一種針對井巷工程和生產(chǎn)系統(tǒng)的參數(shù)化實體與網(wǎng)絡復合數(shù)據(jù)模型和一種針對地下礦所有要素的面向實體的多維混合時空數(shù)據(jù)模型。在空間數(shù)據(jù)模型的層次上解決了分析和可視化的統(tǒng)一性問題、多

4、維屬性的支持問題和空間對象行為建模的問題。
　　3)研究了地下礦空間數(shù)據(jù)組織技術。設計了一種覆蓋地下礦山所有要素的分類編碼體系，解決了地下礦空間要素的編碼問題。引入“視點”概念，提出了一種基于視點的空間數(shù)據(jù)組織方式，實現(xiàn)了三維場景的快速定位與顯示控制。
　　4)提出了基于參數(shù)化實體與網(wǎng)絡復合數(shù)據(jù)模型的自動化建模方案，實現(xiàn)了井巷工程與生產(chǎn)系統(tǒng)的快速建摸與更新。針對地下礦三維建模的需要，提出了一套建模流程和質量控制方法，對于規(guī)范

5、地下礦建模工作，提高建模效率和質量具有重要的指導意義。
　　5)研究了地下礦工況可視化技術和場景漫游技術。提出了一套可視化方案，包括基于紋理動畫的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術、基于骨骼動畫的設備行為仿真技術、基于三維地理網(wǎng)絡的人員位置仿真技術和多功能信息面板技術，解決了各生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)、設備行為、人員位置、環(huán)境監(jiān)測值和報警的可視化問題。提出了一種基于虛擬全路徑漫游網(wǎng)絡和有限狀態(tài)機的交互式井巷漫游方式，實現(xiàn)了快速而靈活的井巷漫游的功能。
　

6、　6)研究了礦山實時數(shù)據(jù)采集與集成技術，以及利用實時數(shù)據(jù)控制可視化效果的機制。設計了一種面向對象的層次式狀態(tài)傳遞機制和一種通用的數(shù)據(jù)驅動機制，通過關聯(lián)對象之間的狀態(tài)傳遞方式解決了從各種低層傳感器到高層系統(tǒng)的狀態(tài)傳遞問題，并以一種統(tǒng)一的方式實現(xiàn)了各種對象動畫的控制、信息面板的更新和人員行為和位置的更新。
　　7)對管控系統(tǒng)的體系結構進行了研究，提出了“層次式系統(tǒng)+功能插件+服務接口”的管控系統(tǒng)體系結構，奠定了管控系統(tǒng)作為數(shù)字礦山支撐