井下巷道三维显示与无缝拼接技术的分析与实现

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1、西安科技大学硕士学位论文对时空位置和关系”。吴立新教授对数字地球、数字中国与数字矿区、数字矿山进行了深入研究，并指出21世纪的矿山将是集数字地球科学技术与现代智能技术于一体的数字矿山，并就建立数字矿山的任务与意义、数字矿区的信息分类与管理、数字矿山与矿山地理信息系统（MGIS）进行了研究；郭达志教授则从数字地球与三维地理信息系统的角度出发对建立数字矿区中有关三维数据模型与数据结构、三维可视化的问题进行了深入的探讨。普遍观点认为，在数字矿山的实施过程中，针对矿山信息的“五性四多”（复杂性、海量性、异质性、不确定性和动态性，多源、多精度、多时相和多尺度

2、)特点，需要构建一个统一的综合信息系统平台，以实现矿山数据的可视化集成，真正实现矿山信息共享和互操作，为采矿勘探和生产提供决策支持。作为表达三维地质现象的三维地学模拟（Three-dimensionalGeologicalModeling,3DGM)来说，主要考虑的地质现象为地层（包含褶皱)、断裂（包含断层、节理)和矿体[4]。作为人为地质现象，主要考虑巷道。巷道，地下采矿时，为采矿提升、运输、通风、排水、动力供应等而掘进的通道。以矿山为研究对象，我们可忽略巷道的内部特征将其抽象为空间直线段，因为我们关心的只是巷道间的空间关系；而我们以巷道为研究对

3、象时，其内部特征如断面形状、用处、岩性、内部设备、与其它巷道是否相同等将是我我们的研究重点。本研究课题寻求一种既能反映空间位置又能表现内部特征的巷道三维空间数据模型，从而实现井下巷道的可视化。巷道的可视化不仅要包括巷道的拓扑关系和三维显示，更重要的是实现不同巷道间的无缝拼接，从而实现真正意义上的巷道仿真。巷道的仿真使矿山的开采数字化、可视化，并及时、精确的记录和反映井下巷道的掘进，反映其与所在煤层的空间关系。最重要的是还可以反映巷道间的联通关系以及内部结构。这对矿山的开采设计和工程实施有重要意义，另外，还可以为井下通风管理、紧急救援等提供决策支持。

4、本课题来自西安集灵信息技术有限公司的煤矿空间信息系统VRMine，它是国内第一个实用的煤矿三维软件，实现了空间实体查看、地质曲面和地质构造分析定案，二维三维的实时一键切换、三维实体直接生成二维平面图、三维模型动态编辑等功能。它可以实现地面和井下各种对象的三维显示，用户可以清楚地看到煤层、巷道、钻孔以及与地面物体之间的相互关系。它可以实现地面和井下各种对象的三维显示，用户可以清楚地看到煤层、巷道、钻孔以及与地面物体之间的相互关系。可以真实显示地质体的空间层位关系，实现矿山多源数据的可视化集成，真正实现地下信息共享和互操作，对复杂的地质条件做以理解和判

5、别，是用户作辅助决策提供直观分析的基础。从这一实际背景出发，本文主要研究井下巷道模型的建立、以及巷道间的无缝拼接技术。本文针对井下巷道的数据源来源及特点，以及井下巷道断面的多样性展开研究，进而提出一种适合巷道三维显示及无缝拼接的技术路线及方法，并进行原型系统的设计及开发。21绪论1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状美国、法国、英国、加拿大等发达采矿国家在矿山信息化和可视化方面的研究起步[5]-[8]较早，已迈出了坚实的步伐，推出了成功的三维建模软件产品并应用于世界的生产管理中。（1）Medsystem/MineSight美国Mintec公司的

6、软件系统主要是由Medsystem和MineSight两部分组成。它包含软件的大部分功能，即矿山原始数据及生产信息的管理、相关统计分析、组合采样计算、建立地质资源模型、储量计算、开采境界优化和长期规划制作及短期生产计划的编制；而MineSight则是真三维图形系统，实现了对Medsystem的数据结果的图形显示，建立三维实体模型以及对模型进行修改，其它功能有开挖填方量计算、任意切割剖面、面积量算、矿量计算、贫损管理、储量管理和不同等高距地形图成图。可以说Medsystem/MineSight系统功能丰富，用户界面好，三维图形处理功能强大，系统与其它

7、的软件（Datamine、Surpac等）都有接口，在数据处理上，采用Text、DXF等多种格式进行转换，兼容性极好，而且可跨平台。（2）MicroMine产品MICROMINE软件是一套成熟的矿业专业软件，一个能处理勘探和采矿数据的强大工具，采用模块化结构，主要包括：核心模块、勘探模块、资源评估模块、线框模块、采矿模块、测量模块、绘图模块、露天境界优化模块等。全模块的MICROMINE系统是一套集成的软件系统，而非互为独立的应用系统的集合，基于模块的软件结构便于用户根据工程项目的需求定制所需的功能。它能帮助用户进行勘探数据解译，构建3D模型，资源

8、评估和采矿设计。（3）GOCAD法国Naney理工大学开发的GOCAD，（GeologicalObjectComputer