地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)、空間信息技術(shù)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(jì)末提出“數(shù)字礦山”的概念以來，其定義、內(nèi)涵和框架不斷得到擴(kuò)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(shè)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(shè)在取得很大成績的同時逐漸暴露出一些問題，通過構(gòu)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(shí)意義。
　　地下礦生產(chǎn)可視化管控系統(tǒng)建立于3DGIS技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)與動畫技術(shù)、三維建模與可視化技術(shù)之上，涉及礦山眾多業(yè)務(wù)和各種生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，功能繁多，其功能還會隨著數(shù)字礦山建設(shè)的進(jìn)程而不斷擴(kuò)展。本文從當(dāng)前礦山信息化建設(shè)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(biāo)，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(shù)、實(shí)時數(shù)據(jù)集成技術(shù)、工況可視化技術(shù)、漫游技術(shù)和軟件體系結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)展開研

3、究，主要內(nèi)容和研究成果如下:
　　1)從構(gòu)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(biāo)、功能、主要支撐技術(shù)以及在礦山信息化建設(shè)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(shè)計(jì)思路，并設(shè)計(jì)了一種針對井巷工程和生產(chǎn)系統(tǒng)的參數(shù)化實(shí)體與網(wǎng)絡(luò)復(fù)合數(shù)據(jù)模型和一種針對地下礦所有要素的面向?qū)嶓w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(shù)。設(shè)計(jì)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(diǎn)”概念，提出了一種基于視點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)組織方式，實(shí)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(shí)體與網(wǎng)絡(luò)復(fù)合數(shù)據(jù)模型的自動化建模方案，實(shí)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(zhì)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(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。
　　5)研究了地下礦工況可視化技術(shù)和場景漫游技術(shù)。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(shù)、基于骨骼動畫的設(shè)備行為仿真技術(shù)、基于三維地理網(wǎng)絡(luò)的人員位置仿真技術(shù)和多功能信息面板技術(shù)，解決了各生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)、設(shè)備行為、人員位置、環(huán)境監(jiān)測值和報(bào)警的可視化問題。提出了一種基于虛擬全路徑漫游網(wǎng)絡(luò)和有限狀態(tài)機(jī)的交互式井巷漫游方式，實(shí)現(xiàn)了快速而靈活的井巷漫游的功能。
　

6、　6)研究了礦山實(shí)時數(shù)據(jù)采集與集成技術(shù)，以及利用實(shí)時數(shù)據(jù)控制可視化效果的機(jī)制。設(shè)計(jì)了一種面向?qū)ο蟮膶哟问綘顟B(tài)傳遞機(jī)制和一種通用的數(shù)據(jù)驅(qū)動機(jī)制，通過關(guān)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(shí)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了“層次式系統(tǒng)+功能插件+服務(wù)接口”的管控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，奠定了管控系統(tǒng)作為數(shù)字礦山支撐