基于OpenGL和OPC技術(shù)的煤礦三維可視化信息系統(tǒng)的研究.pdf

1、煤炭作為一種常規(guī)的礦物能源，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著不可替代的重要作用。煤炭生產(chǎn)歷史悠久，但煤礦的安全生產(chǎn)一直是一個(gè)世界性難題。由于煤礦生產(chǎn)涉及到的系統(tǒng)繁多，數(shù)據(jù)量龐雜，且管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互分離，難以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，客觀上造成煤礦安全生產(chǎn)管理的諸多困難。近年來(lái)，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)煤礦生產(chǎn)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的程度不斷提高，但是受傳統(tǒng)生產(chǎn)模式和工藝的影響，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，信息可視化程度低，因此，構(gòu)建一個(gè)集成的三維可視化的信息管

2、理平臺(tái)，有著深遠(yuǎn)的意義。
　　 本文所研究的基于OpenGL(Open Graphics Library，開放圖形庫(kù))和OPC(OLE for Process Control，用于過(guò)程控制的OLE)技術(shù)的煤礦三維可視化信息系統(tǒng)，屬于煤礦安全生產(chǎn)綜合信息監(jiān)控研究領(lǐng)域，著重研究了三維可視化建模、基于OpenGL的三維可視化和基于OPC接口系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)。由于煤礦生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)是一個(gè)龐雜的系統(tǒng)，所以本文提出了分層設(shè)計(jì)的原則，將系統(tǒng)的

3、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)分為兩步：首先在系統(tǒng)集成、三維可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)三維的組態(tài)軟件平臺(tái)，然后在三維組態(tài)平臺(tái)之上，對(duì)煤礦各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行重新整合，進(jìn)行二次組態(tài)化開發(fā)，構(gòu)建三維可視化的綜合信息管理系統(tǒng)。利用圖形和動(dòng)畫易于表達(dá)復(fù)雜但精度要求不高的信息的特點(diǎn)，非常直觀地展示煤礦運(yùn)輸巷道與煤炭生產(chǎn)各個(gè)重要環(huán)節(jié)以及礦內(nèi)工作人員活動(dòng)情況。管理人員可以通過(guò)此可視化信息平臺(tái)，監(jiān)測(cè)井下的各個(gè)地點(diǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，分析安全生產(chǎn)形勢(shì)，在必要的時(shí)候做出控制或安

4、全生產(chǎn)調(diào)度，從而提高了生產(chǎn)效率、減少了生產(chǎn)事故。
　　 本文首先簡(jiǎn)述了開發(fā)煤礦生產(chǎn)信息系統(tǒng)的背景和意義，分析了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，總結(jié)了煤礦生產(chǎn)信息管理平臺(tái)存在的不足，提出了基于OpenGL和OPC技術(shù)的研究方案。
　　 其次，以煤礦生產(chǎn)三維空間實(shí)體為對(duì)象，對(duì)煤礦生產(chǎn)三維可視化建模的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵算法進(jìn)行綜合分析和深入的研究。針對(duì)煤礦場(chǎng)景三維建模的特點(diǎn)，采取了混合建模的方案和基于TIN(Triangulated Irregu

5、larNetwork，不規(guī)則三角網(wǎng))和ARTP(Analogical Right Triangular Prism，似直三棱柱)的地層、巷道三維集成數(shù)據(jù)模型，并在C++語(yǔ)言的平臺(tái)上對(duì)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；分析了基于OpenGL可視化實(shí)現(xiàn)的過(guò)程；針對(duì)煤礦企業(yè)信息孤島的現(xiàn)象，提出了基于OPC技術(shù)接口級(jí)系統(tǒng)集成的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦異構(gòu)系統(tǒng)無(wú)縫鏈接，深入分析了OPC技術(shù)的實(shí)質(zhì)和通信邏輯。
　　 第三，分析了組態(tài)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，在Vis

6、ual studio2008平臺(tái)上，結(jié)合OpenGL可視化技術(shù)、OPC接口技術(shù)、ActiveX控件開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于OPC的三維可視化組態(tài)平臺(tái)，著重介紹了三維繪圖控制模塊、基于OPC的通訊模塊的程序開發(fā)過(guò)程，并詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)過(guò)程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的程序代碼。
　　 最后，利用三維組態(tài)平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建煤礦生產(chǎn)三維可視化信息系統(tǒng)。介紹了煤礦生產(chǎn)三維可視化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的構(gòu)架和實(shí)施方案，以及系統(tǒng)的性能特點(diǎn)、可視化界面的設(shè)計(jì)風(fēng)格、界面