三维巷道自动化建模方法的研究与实现

发布时间：2020-02-19 11:28

【摘要】：中国是煤炭消费大国,采矿业是能源采掘的重要行业。传统的生产技术和管理模式已经不能满足现代化的要求,解决这些问题的关键技术在于矿山信息管理的现代化。因此,人们提出了“数字矿山”的概念。数字矿山就是对真实矿山的数字化表达,实现矿山生产与安全管理的数字化和三维可视化,是地理信息系统在矿山领域的应用。其中,巷道与地层是数字矿山所要面对的两类主要空间对象。巷道是生产过程中采矿提升、输送工人的通道,以及井下作业、通风和排水等的主要场所。对整个矿山而言,巷道是其核心部分。因此,三维巷道模型是建立矿山地理信息系统的重要组成部分,也是构建数字矿山的基础。本文首先阐述了常用的三维数据模型和三维数据结构,分析了巷道数据来源及数据特点,采用面向对象的方法,设计了适合矿山三维巷道网络模型构建的三维数据模型及相应的三维数据结构。针对现有方法不能很好解决三维巷道模型圆滑处理以及模型无缝拼接等的问题,在分析巷道基本结构的基础上,提出分类建模的思想,根据巷道结构特征将巷道模型分为简单巷道体和复杂巷道体。针对不同巷道体模型提出不同构建算法,在巷道体模型构建完成的基础上,进而自动将各独立巷道体组合成巷道三维模型。针对复杂巷道体模型,提出加载过渡断面的方法,很好解决了巷道拐弯处、交岔点处、不同断面拼接模型的圆滑处理。针对模型的无缝拼接,提出了自动生成插入点的方法。该方法是根据结点属性优先在相应位置生成相应数量的插入点；再根据结点交点属性生成相应巷道体模型；最后在插入点处加载不同巷道体模型,完成模型无缝拼接。此外,探讨了组件技术在开发数字矿山系统中的优势,并以Windows7为操作系统,以ArcGIS Enginel0为开发平台,SQL Server作为后台数据库,通过C#语言,开发了三维巷道自动化建模系统。并以北辛窑煤矿井下巷道为例,对系统进行验证,实验证明,建模方法可行,系统运行正常。
【图文】：

局部平面,巷道,结构示意图,体模型

Fig4 Schematic diagram of tunnel structure由图4可知，可以将巷道网络模型分解成没有分支的直巷道体L、没有分支的拐角体T和有不同分支的巷道体F。本文将直巷道体L模型称作简单巷道体，将拐角体T和有分支的巷道体F统称为复杂巷道体。其中，没有分支的拐角体模型称为拐角巷道体，分支巷道体不管有多少条分支都可以看作是由相应数量的夹角拼接而成的模型，因此将分支巷道体模型统称为夹角巷道体。基于分类建模思想，将巷道模型分为简单巷道体和复杂巷道体模型，其中，复杂巷道体有分为拐角巷道体模型和夹角巷道体模型。21

几何对象

三维巷道自动建模方法的研究TriangleStrip几何对象是由一系列点定义的曲面片组成，而曲面片是由若干角形所组成，每一个新的三角形都是通过连接前一个三角形的两个顶点形成的。 5 中曲面可以通过（0，1，2)， (2, 1，3)，（2，3，4)，（4，3, 5)，，(4，5，6)点集来定义。TriangleFan几何对象是由一系列三维三角形组成的连形，第一个点定义为顶点或者起点，所有的三角形共享这个顶点，新的三角通过连接顶点、前一个三角形的点和该三角形的点组成的。图6中八分三角扇面通过（0, 1，2)，（0，2，3)，（0，3，4)等8个三角形点集来定义。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD67

【参考文献】