（安全技术及工程专业论文）基于SVG的矿井风道系统可视化实现研究.pdf

s u b j e c t ：t h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no fv i s u a ls y s t e mo fm i n el a n e s i m u l a t i o nb a s e do ns v g s p e c i a l t y ：s a f e t yt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g n a m e：c h e nc h u n h u a ( s i g n a t u r e ) 幺曼1 3 幺衄z 山硼 i n s t r u c t o r ：c h a n gx i n t a n ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t 1 1 砖s y s t e mo f m i n el a n ei st h em a i nm e a s u r et oe n s u r ep r o d u c t i o no f m i n es a f e t ya n d p r e v e n t i o no fc o n f l a g r a t i o na n db l a s t 1 1 峙a n a l y s i sa n dd i s p l a y i n go f m i n el a n ep a r a m e t e r s p r o v i d e su s e f u li n f o r m a t i o nf o r t h em a n a g e m e n to f m i n es a f e t y 1 1 坼r e s e a r c hw o r ko f t h i sd i $ 湖 t a t i o ni sd i v i d e di n t ot w o g t i o n s t h ef i r s ts e c t i o ni s t h en 洛e 砌a n dr e a l i z a t i o no ft h et h e o r ya b o u tm i l l el a n es y s t e mv i s u a l i z a t i o n , t i f f ss y s t e m i sa b o u th o wt ou e x t e n d e dd a t aw r i t t e nw i t ho b i e c t a r xm a n a g e dw r a p p e rc l a s s e sa n d c 群n e tt od r a wl a n es y s t e m , c o n f i r mt h er e s e a r c ho b j e c t so fm i n el a n ep m m n c t e r 、l a n e b a s e dd a t a b a s ea n dl a n es y s t e mm a p ，b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f d e v e l o p m e n tt o o l s , t h i s a r t i c l ea l s oh a sad e e pa n ds y s t e m i cw s e a r c hi n t ot h ee s t a b l i s h m e n to f l a n es y s t e mm a pa n d t h es h a r ed a t ab e t w e e na t t r i b u t ea n ds p a c e ；1 1 地s e c o n ds e c t i o ni st h ei m p l e m e n to f t r a n s m i s s i o nm o d ea b o u tt h el a n es y s t e mw i t hs v gf o r m a to ni n t e m e t , r e s e a r c h e sc o m m o n m e t h o d sa b o u tt h ef o r m a to f g r a p h i cf i l ea n dt h ei s s u a n c eo f c a d g r a p h i ct h o u g h ti n t e m e t , f i n d st h eb e s tm e t h o d - - s v gf o r m a t , a n da n a l y z e st h ec r i t e r i o no fs v g 、c h a r a c t e r i s t i c s 、 t o o l so fd e v e l o p m e n ta n db r o w s ew h i c hs u s t a i ns v gf i n a l l yu s 髂a c m e c a d c o n v e r t e rt o c o n v e r tc a dg r a p h i c s , a d 叩协s v g v i e w e r3 0d e v e l o p e db ya d o b et ob r o w s es v g g r a p h i c s 1 t 峙t h e s i sd e v e l o p st h e m 唧o nt h ea n a l y s eo ft h et h e o r y i nt h es y s t e mo f s o f t w a r e , t h ef u n c t i o no f d r a w i n g a n dt h ed a t ao f d i s p l a y i n g 、q u e r y i n ga n da m e n d i n gh a v e b e e nr e a l i z e d t os a f e t yp e r s o n n e la n dd e c i s i o n - m a k e ro ft h em i n e ，o b eo v e r a l l u n d e r s t a n d i n go fm i n ei n f o r m a t i o ni nt h ev e n t i l a t i o nn e t w o r kw i l lh e l pt oj u d g ea n dm a k e p o l i c ya n d a n s w e rf o r 缸a n e x p e c t e de v e n t k e yw o r d s ：l a n es y s t e mt o p o l o g yr e l a t i o n v i s u a l i z a t i o ne x t e n s i b l em a r k u p 西妻料技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 靴敝储鹕：聪猡飙伽7 以矽 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 躲儒名乞：芦以 年矽月勿日 l 绪论 l 绪论 能源作为国民生产的一个重要基础，它是保障国民经济快速发展的血液。我国能 源探明储量中，煤炭占9 4 ，石油占5 4 ，天然气占0 6 ，这种“富煤贫油少气”的 能源资源特点，决定了我国能源生产与消费以煤为主的格局将长期难以改变。与其它 石化能源相比，煤炭资源相对丰富，是目前最可靠、廉洁和可以洁净利用的能源，在 未来几十年内，煤炭在中国仍将占有重要的地位。表1 1 描述了世界一次性能源消费 结构，表1 2 描述了我国能源消费品种构成l l j 。 表1 1 世界一次性能源消费品种结构 1 1 煤矿安全现状 在国家的高度重视下，通过深化煤矿安全整治和贯彻执行先抽后采、监测监控、 以风定产”的1 2 字方针，各地区、各部门和煤炭企业提高了认识、强化了管理，随着 煤炭经济形势恢复性好转，安全投入也普遍有所增加，使煤矿在产量大幅度增长的情 况下，实现了安全生产状况的总体稳定。但煤炭仍然是我国工矿企业中事故发生最频 繁、安全生产形势最严峻的工业部门目前，我国煤炭工业的安全状况和世界先进产 煤国家相比差距很大。一项统计显示：近几年，中国煤矿工伤因公死亡人数均在六千 人左右，煤矿事故死亡人数是世界其他主要采煤国家死亡人数的四倍，中国百万吨煤 死亡率为美国的一百倍，印度的十倍。即使设备和条件都有一定基础的国有重点煤矿， 目前百万吨死亡率仍高达1 以上【2 j 。根据国家煤矿安全监察局2 0 0 6 年全国煤矿事故统 计表显示，2 0 0 6 年，全国煤炭发生伤亡事故2 9 4 5 起，死亡5 9 8 6 人，同比分别减少 3 6 1 起、l1 9 2 人，下降1 0 9 和2 0 1 。其中瓦斯事故3 2 7 起、1 3 1 9 人，分别减少8 7 起，下降2 1 和3 9 2 0 , 。百万吨死亡人数2 0 4 入，下降2 7 瞄，其中特大事故起数和 死亡人数同比分别上升1 6 7 和下降1 9 8 i j l 。 西安科技大学硕士学位论文 1 2 课题的提出以及研究的意义 煤矿现场的作业地点和相关重要位置是每个煤矿瓦斯监测的重点，每班均有瓦斯 数据测得和保存，因而煤矿现场积累的瓦斯数据是十分丰富的。而目前矿山所测得的 瓦斯数据进入安全技术管理的生命周期又是十分短，主要用来判断当时当地瓦斯是否 超过限度以决定是否允许正常作业生产，其后即被保存起来而很少使用，这样大量的 瓦斯数据所反映的矿井瓦斯涌出规律并末得到充分分析和利用。而煤矿中发生的许多 事故大多是由于通风不良所造成的，其中引起事故的主要又是瓦斯，由于煤矿安全通 风管理人员不能及时得到有关瓦斯危险源的信息，也就无法预知事故并做出事故预前 处理。为使煤矿安全进一步得到保障，使决策人员提前预知事故危险源的存在，分析 并做出及时的决策，从而避免事故的发生，风道系统的可视化是必须的也是非常有意 义的。 风道系统可视化是在矿井通风的基础上进一步丰富、完善其功能，使通风安全管 理人员了解更全面的、动态的、及时的、准确的信息，可以查询、添加、修改风道系 统的不同信息，并根据所观测到的数据对具体情况进行分析，采取相应的对策，做到 现场与管理同步 近年来随着计算机网络技术的发展，s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 的出现为风 道系统运行可视化图形数据的w e b 发布提供了一种开放性的解决方案。s v g 是由 w 3 c 组织开发的一种开放标准的文本矢量图形描述语言，主要面向网络应用。它比 位图图像文件要小的多，可无级缩放，它可以对图形元素精确定位，文字在s v g 图 像中保留可搜索状态，也可以通过一定的交互方式进行编辑。s v g 图形文件是文本文 件，便于网上传输【4 j 。由于s v g 是一种基于x m l 的语言，它继承了x m l 的跨平台 性和可扩展性。将风道系统可视化的图形转换为s v g 格式，对于改变传统的图形文 件由于文件大而大大降低网络传输速率有很大的改观。这对于增加矿井日常通风安全 管理手段，实现矿井安全定量分析，改变煤矿安全状况将起到举足轻重的作用。 1 3 国内外研究动态 风道系统可视化是近年来国内外矿井通风专家和计算机图形图像处理专家关注 的焦点。 ( 1 ) 国外研究现状 美国开发的v e a l i l a t i o nd e s i g n 软件能够支持交互式设计能力，将强制通风与 自然通风网络以三维图形方式显示【5 】；h t m e 的v e n d i s 软件能以交互式图形显示方 式提供网络计算结果，用户可用键盘或鼠标以三维的方式输入深度、风阻、温度和节 点信息，解算结果可以图形方式显示出来，网络规模和观察点都可以交互改变。 2 l 绪论 i i 目i 一 美国m v c 股份有限公司开发的v 掰l p c 2 0 0 3 州可对d x f 格式文件支持，可以 由a m o c a d 图直接转换过来，并实现了通风系统中的进风、回风、用风巷道以不同 颜色区分显示，可以建立三维通风网络图。 澳大利亚开发的v e n t s i m 能够在交互绘图过程中直接输入相应的信息：可 以在列表中选择风机型号和风门的尺寸并直接放置在通风网络中：还可以模拟巷道的 瓦斯、粉尘等参数的浓度分布【”。 英国的rb m 博士和sb l u h m 博士等共同开发了v u m a ，可以创建二维和 三维通风网络图，可以模拟任意一条巷道的气流流动、温度、湿度和粉尘及瓦斯分布 并采用图形的方式直观显示模拟的结果i s 目前在国际上最具影响力的波兰科学院w d z i u r z y n s k 教授和他的研究小组 开发研制的真正的可视化粥t g r a p h 系统。波兰7 0 的矿井推广该系统。它包括： 文本文件编辑e d t x t ：火灾及逃生路线模拟e d e s c ；仿真可视化e d r y s ；稳态分 风温度烟雾等计算g r a s ：能表示节点压能的网络图绘制s c h e m a t ；个体巷道仿真 e k i ) g r a s ；温度仿真t h e r m ；防灭火及救护培训c s r q 监测监控系统e s c w 烈； 数据分析和仿真a d i s ：非定常状态下的火灾及逃生仿真p o z a r 和w y r z u t ；通风 网络与采空区一体化仿真i - z o p o z 等共1 2 个子系统【9 】【。 ( 2 ) 国内研究现状 西安科技大学开发的c f i r e 软件系统独有的快速插入模拟计算功能，使得建 立在严密数学推导基础上的计算机模拟计算首次具备了应用于准实战环境的能力【i 。 山东科技大学研制出了“矿井灾变处理系统”，可以二维图形方式显示矿井火 灾情况下最佳避灾路线。 北京龙软科技有限公司开发的 0 ，沿x 轴正向；c o ，沿y 轴正向；b o ，沿y 轴负向。 ( 4 ) 图形旋转变换的数学模型 变换矩阵为： t = ( = ：j ( 3 3 ) ( 3 4 ) g 卵。一e o 咖s o 口s i n o 。口 = c 工c o s p y 如口苫如日+ y c o s 口， = ( 工，)( 3 5 ) ( 5 ) 图形平移变换的数学模型 为了解决这个问题，将2 2 阶矩阵扩充为3 x 2 阶矩阵。 平移的变换矩阵为：t = 吲 对于二维行向量( x y ) 增加一个附加坐标使之成为三维向量心y ，1 ) ，其中用n + 1 维向 量表示n 维向量的方法称为齐次坐标表示法。 。 叫甜洲一， ( 3 6 ) 西安科技大学硕士学位论文 t = ( 6 ) 图形绕任意点转角变换数学模型 该变换可以通过上面的几种变换组合实现。 将旋转中心平移到原点，变换矩阵为： t = 使图形绕坐标原点旋转，变换矩阵为： t = 芦e o s o ：s i n o 口。0 1 一s i l l 目c o s 口i o j 使旋转中心回到原来的位置，变换矩阵为： t = l0o 、 olol i hy o 1 ) ：伍y 。，f c o 对s n o 口s 仪i n 硌o p l 而( 1 一e o s o ) + y o s i n o x os i n o + y o ( 1 一c o s o ) 3 2 可视化中的关键技术 3 2 1 科学计算可视化 矿山可视化是可视化技术在矿山中的应用，是随着虚拟现实和科学计算可视化及 可视化技术的出现而出现，并随着计算机图形学、图像生成和图像处理、网络技术、 计算机视觉、计算机硬件设备等技术的发展而发展，是矿山行业现场需求的结果，科 1 4 趴- _ 引叫 6 d 辨 口 f ， 、， o o 1 o l 一 l 0 一 3 风道系统可视化实现原理分析 | | _ i _ i i i _ - ；| i i i i | _ i l 学计算可视化是其关键技术之一 科学计算可视化( v i s u l i z a t i o ni ns c i e n t i f i cc o m p u t i n g ，缩写为v i s e ) 这一术语是在 1 9 8 7 年由b h m cc o r m i c k 等人根据美国科学基金会召开的“科学计算可视化研讨会” 的内容撰写的一份报告中正式提出的。它的基本含义是将科学计算中产生的大量非直 观的、抽象的、或者不可见的数据，借助计算机图形学和图像处理等技术，用几何图 形和色彩、纹理、透明度、对比度、及动画技术等手段，以图形图象信息的形式，直 观形象的表达出来，并进行交互处理。它涉及到处理、计算机辅助设计和图形交互技 术等相对独立的学科领域。 科学计算可视化是- - n 把计算机图形学与处理技术应用于计算科学( 所有应用计 算机从事计算的科学与工程学科) 的学科。科学计算可视化也包括工程计算可视化，如 风网解算可视化 3 2 2 可视化系统设计要点 可视化系统的设计必须要考虑：界面友好、交互操作直观方便；模块化设计；开放 式系统结构，可扩展性好；多种显示方式；数据管理等问题。 可视化系统设计可分为数据预处理模块、映射模块、绘制模块和显示模块。其中， 数据预处理模块的功能是将模拟计算或实验所产生的原始数据( 属性数据、几何数据、 图像数据) 作规范处理等操作，形成可用的应用数据。映射模块( 构模模块) 的功能是将 预处理后的应用数据转换为几何数据，即点、线、面、体特征的数据，是可视化技术 的核心。绘制模块的功能是将几何数据转换成图象数据，即确定每一图元的颜色、透 明性、纹理、阴影等。显示模块的功能是将绘图模块生成的图象数据，按用户的要求 ( 如指定何种输出设备、显示窗的大小与位置、存储格式等) 来进行输出。 3 3 风道系统中的拓扑关系 拓扑关系是不考虑度量和方向的实体之间的空间关系，空问关系包括距离、方位、 拓扑、相似这几种关系，拓扑关系是矿井风道系统中最重要的一种空间关系，表示拓 扑关系的数据是空间数据的重要组成部分，它的存在有助于空间分析和其他各种应 用。 3 3 1 拓扑的概念 在地理图形的连续变换中，它的某些性质发生了变化，如长度、角度和相对距离。 而另一些性质则保持不变，如邻接性、包含性、相交性和空间目标的几何类型( 点、 线、面特征类型) 等保持不变。这类在连续中保持不变的属性称为拓扑属性。 拓扑学是- f - j 新兴的几何学。作为几何学，它仍然是研究图形( 或形状) 的科学。 1 5 西安科技大学硕士学住论文 它之所以比较新，是因为它研究的是图形在连续变形下的不变的整体性质。与其它的 几何学相比，它更为灵活和更具可塑性，所以有时候又称为“橡皮板几何学”。 拓扑学和欧几里得几何学的不同之处在于它不涉及距离、方位或曲直等性质，即 不涉及图形的量度性质。例如，火车站的交通示意图、公共汽车站的路牌都可以看作 拓扑图形，因为这些图形在比例、形状或位置方面均有着极大的变形。 在欧几里得几何学中，只允许图形做刚体运动( 平移、旋转、反射) ，在这种运 动中，图形上任意两点间的距离保持不变，因此，这样的几何性质就是指那些在刚体 运动中保持不变的性质，因而欧几里得几何学科叫做“刚体几何学”。拓扑学中的运动 可称做“弹性运动”，对图形可以任意地伸张、扭曲、拉缩，但图形中不同的各点仍为 不同的点。不可能使不同的两点合并成一点。当且仅当一图形做弹性运动使其与另一 个图形重合，这时两个图形是“拓扑等价”的( 如图3 1 ) ，一个图形的拓扑性质是那些 与此图形等价的图形都具有的性质。因此，图形的拓扑性质就是那些在弹性运动中保 持不变的性质，图形几何弹性运动都丝毫不改变图形的拓扑性质，所以拓扑学也叫“弹 性几何学” 2 2 1 1 2 3 1 。 (a)(” 图3 1 拓扑等价图形 3 3 2 风道系统中的拓扑关系 由拓扑的概念可以看出，拓扑反映了空间实体之间不随实体的连续变形而改变的 与度量和方向无关的一种空间关系，这种空间关系叫做拓扑关系( t o p o l o g i c a l r e l a t i o n ) 。所谓空间关系是空间实体之间由空间实体的几何特性( 位置、形状) 所决 定的关系洲。空间关系可以分为四类：距离关系、方位关系、拓扑关系和相似关系， 而拓扑关系及其应用是风道系统中研究较多的一类空间关系。 ( 1 ) 拓扑元素 风道系统中的拓扑元素较多，如节点、巷道、测点、通风构筑物和风流方向等。 ( 2 ) 基本拓扑关系 1 6 3 风道系统可视化实现原理分析 风道系统图在拓扑模型上是由几十条甚至上百条巷道连接而成的，风道系统图的 拓扑模型也就变成了求各个巷道之间的拓扑连接关系。我们在逻辑上把风道系统图视 为巷道在节点处连接而成的，每条巷道对应首尾两个节点，多条巷道可以共有一个节 点。如果两条巷道共有一个节点则表示这两条巷道在共有节点处连接。因此，使用巷 道和节点这两个对象，我们可以描述出风道系统图的拓扑模型。因此，在风道系统中 的基本拓扑关系可分别表示如下： 关联关系( c o n n e c t i o n ) 存在于不同类型拓扑元素之间的关联关系。例如节 点与相会于该处的所有弧的关联关系。 邻接关系( a d j a c e n c y ) 存在于同类拓扑元素之间的相邻关系。邻接关系需要 借助于不同类型的拓扑元素来描述，弧通过节点而邻接，节点通过弧邻接。 相离关系( d i s j o i n t i n gf r o m ) 指拓扑元素之间相分离的关系。没有公共点的两 条弧之间就是相离的关系。 3 3 3 风道系统中拓扑关系的特点 风道系统由巷道、测点、节点、通风构筑物构成，在对其可视化时，还要对巷道 风流方向进行可视化。下面就以上几类实体对象关系谈一下拓扑关系的特点： ( 1 ) 巷道与节点 巷道都具有始末两个节点，节点是连接巷道关节，节点与巷道的关联矩阵决定整 个系统的拓扑关系。一条巷道只和两个节点相关联，任何一个节点都不能孤立存在。 在系统图中删除一个节点，和其相关联的节点要解除与其关联关系，如果解除关联的 关系节点成为孤立节点，节点将要被删除。 ( 2 ) 巷道与测点、通风构筑物 测点、通风构筑物只能属于一条巷道，一个巷道中可以具有多个测点或通风构筑 物。测点、通风构筑物不能孤立存在，也就是说巷道被系统图中删除的时候，和其它 相关的测点、通风构筑物也要自动删除。删除测点、通风构筑物时。测点、通风构筑 物要解除与巷道的附属关系。 ( 3 ) 巷道与风流方向 风流方向表示巷道中风流流动方向，由巷道的始节点指向末节点。一个风流方向 只属于一条巷道，即巷道与风流方向两者是绑定关系。如果矿井一条巷道是一个角联 分支，风流方向随着系统发生改变而变化，巷道风流方向发生变化时，要求表示风流 方向的图形旋转1 8 0 度。这样，删除一个风流方向时，要求解除与之相对应的巷道之 间的绑定关系；删除巷道时，要求删除与之相对应风流方向。 1 7 西安科技大学硕士学位论文 3 3 4 拓扑关系的自动生成 根据风道系统图的特点，图形可分为以下几类对象：巷道、节点、测点、通风构 筑物和风流方向对象。对风道系统的拓扑关系实现机制如下； 、( 1 ) 巷道与节点 图3 2 中巷道对象e l 由始节点对象v l 指向节点对象v 2 ，假如巷道对象e l 是一 个采区上山，随着矿井开拓完成，要进行投产，需要在采区上山e l 掘一个顺槽e 3 ( 也 是巷道) 。巷道对象e l 和e 2 ，同时巷道的拓扑关系也发生了变化。这样巷道e l 与节 点对象、，2 解除拓扑关系，e l 向系统发送消息，要求建立节点对象v 3 ，并将其内存地 址返回给e l , e l 向v 3 发送消息，要求建立拓扑关系。e l 向v 3 发送消息要求解除拓扑 关系。巷道对象e 2 则向系统中发送消息要求到对象v 3 和、，2 的内存地址，系统将节 点对象v 3 和、，2 内存地址返回后，e 2 向v 3 和v 2 发送消息要求建立拓扑关系。 当对图3 2 中的第一个图中巷道对象e 1 进行删除时，e l 向节点对象v l 和v 2 发 送巷道被删除消息。节点对象接到消息后，解除与巷道的拓扑关系。若节点对象成为 孤立节点，也进行删除操作。 图3 2 巷道与节点的拓扑关系 ( 2 ) 巷道与测点、通风构筑物 在对测点、通风构筑物可视化时，对它们与巷道之间的拓扑关系的正确管理，也 是非常重要的。图3 3 为巷道与测点、通风构筑物的拓扑关系图。图中向巷道对象e 1 加一测点、通风构筑物对象s ，首先利用鼠标选中e 1 时，才能向e l 加入对象，s 向 e l 发送消息，要求e 1 与s 建立拓扑关系。对s 进行删除时，s 向e l 发送消息，要求 解除它们之问的拓扑关系。当进行删除e l 时，e l 向s 发送消息，要求s 进行删除操 作。 1 8 v 3 风道系统可视化实现原理分析 s r 叫- 一 固3 j 巷道与测点、通风构筑物的拓扑关系 ( 3 ) 巷道与风流方向 风流方向表示巷道的风流方向，在风道系统可视化软件中，风流方向是巷道的方 向，即由始节点指向末节点。图3 4 表示巷道与风流方向之间的拓扑关系，风流方向 d 表示巷道e l 的风流方向，在风道系统中，e l 可能是一角联风路，系统中的关联通 路发生了变化，可能导致解算后风流方向发生改变，整个拓扑关系就发生了改变。e l 始末节点发生变化，由图( a ) 变成图( b ) ，由原来的( v l ，v 2 ) 变成( v 2 , v 1 ) ，相应的风流方向d 旋转1 8 0 度。图( c ) 中，在e l 弧的v 3 节点上掘一巷道e 3 时，巷道e 1 被分成两段e 1 和c 2 ，风流方向d 不能表示e 1 风流方向，根据风流方向几何中心所在坐标，d 自动 表示e 3 风流方向。同样删除d 的时候，自动解除与它相关巷道的绑定关系；删除巷 道时，与其关联的风流方向将自动删除。 图3 4 第一个图形中巷道的风流方向从节点对象v l 指向节点对象v 2 ，在绘制的 时候或者由于通风网络改变，巷道的方向和实际风流方向不一致。经过网络解算后， 系统通知巷道对象e l 改变方向，即始节点变为v 2 ，末节点变为v l 。e l 向风流对象 d 发送消息要求旋转1 8 0 度。 删除巷道对象e l 时，巷道对象向风流方向对象d 发送消息要求进行删除操作； 删除d 时，d 向e l 发送消息要求解除拓扑关系。， e l d +p f _ r 1 2 f _ r 一2 讥 v 1 v 2v i v 2 ( q )( b ) 图3 a 巷道与风流方向的拓扑关系 1 9 2 西安科技大学硕士学位论文 3 4 风道系统可视化模型分析 3 4 1 风道系统图元的建立 在风道系统图中巷道可以直接使用a u r 【o c a d 的直线段图元。但对于风机、风门、 风窗等通风构筑物图块还要包含各自的属性数据。虽然a u t o c a d 本身也包含制作图 块的命令，但不方便也不可能由用户自己手工建立，这就要求使用程序自动建立起各 种图块。并在调用插入图块后自动给图块添加相应的属性数据。每一个通风构筑物图 块均需要两个参数：插入基点、初始方向。下面分别介绍调节风门和防爆门的形状和 参数。 调节风门的形状如图3 5 ( a ) 所示，其插入的基点为直线的中点，初始方向为水平 向右。 防爆门是由一条直线和一个半圆构成，如图3 5 所示，其插入的基点为直线的 中点，初始方向水平向右。 (a)(b) 图3 5 通风构筑物图块 绘制完成后，用a m o c a d 命令将调节风门、防爆门两个标准图形分别写入调节 冈, f - j d w g 、防爆门d w g 图形文件组成通风构筑物标准图库。其它的通风构筑物也以此 类方法将标准图形画好并写入相应的图形文件。在风道系统中绘制通风构筑物时，直 接调用已绘制好的图形，插入到所要插入的位置。 “ 3 4 2 风道系统类模型分析 ( 1 ) 巷道类 巷道是风道系统中的一个最基本的图元，它是通风网络解算、风量信息，测点位 置等计算的基础和载体。它包括长度、空间位置坐标等决定其几何形状的参数，还有 风量、瓦斯浓度、风阻等属性称作为性质属性，则抽象巷道的类应具有如图3 6 所示 的结构： 3 风道系统可视化实现原理分析 几何属性 巷道 性质属性 图3 6 巷道的类图 巷道的几何属性包括巷道的长度，巷道的坡度，段面积等信息。 巷道的性质属性包括巷道的编号、始末节点、风量、瓦斯浓度等，各属性的具体 类型及取值如表3 1 所示： 袁3 1 巷道的性质属性 ( 2 ) 节点类 节点采用一个圆和圆内放一个表示编号的文字来表示节点。它所包括的性质属性 如表3 - 2 所示： 表3 2 节点的性质属性 2 1 西安科技大学硕士擘住论文 ( 3 ) 测点类 测点是为了监测瓦斯浓度而在井下的巷道或工作面选取的点。在测点中一般包括 如下的信息，测点的编号、测点所在的巷道编号，测点距离巷道使节点的距离以及测 点处的瓦斯浓度等。各属性的具体类型及取值如表3 3 所示： 表3 3 测点的性质属性 ( 4 ) 通风构筑物类 各类通风构筑物在系统图中的图形表示各不相同，但它们都具有许多相近的性质 属性，如风门、风窗等。为此可以将所有的构筑的性质用一个类来封装，具体的构筑 物可以从基类中派生出来。它们的性质属性如表3 4 所示： 表3 4 通风构筑物的性质属性 3 5a d o n e t 数据存取是现代软件开发中的一项主要工作，无疑它在n e t 框架中也占有很重 要的地位。a d o n e t 是m i 锄硌曲在n e t 中对数据存取问题的解决方案，也是n e t 开发平台的核心服务之一 3 5 1a d o n e t 概述 a d o n e t 是对m i c r o s o f t a c t i v e ) d a t ao b j e c t s ( a d o ) 一个跨时代的改进，它提 3 风道系统可视化实现原理分析 供了平台互用性和可伸缩性的数据访阃。由于传送的数据都是以x m l 格式的，因此 任何能够读取m 格式的应用程序都可以进行数据处理。事实上，接受数据的组件 不一定要是a d o n e t 组件，它可以是一个基于m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o 的解决方案， 也可以是任何运行在其他平台上的任何的应用程序口习。 首先，a d o n e t 提供了对x m l 强大支持，这也是a d o n e t 的一个主要设计目 标。在a d o n e t 中，通过x m l r e a d e r ，x m l w r i t e r ，x m l n a v i g a t o r ，x m l d o c u m e n t 等可以方便地创建和使用x m l 数据，并且支持w 3 c 的x s l t 等标准。a d o n e t 对 x m l 的支持为x m l 成为m i c r o s o f t n e t 中的数据交换的统一格式提供了基础。 另外，a d 0 n e t 中还引入了一些新的对象，例如d a t a r e a d e r 可以用来高效率的 读取数据，产生一个只读的记录集等。简言之，a d o n e t 具有一系列的对象和编程 模型，并与x m l 紧密结合，使得在m i c r o s o f i n e t 中的数据操作十分方便和高效。 ( 1 ) a d 0 n e t 对象模型 为研究a d o n e t ，有必要先介绍a d o n e t 对象模型。图3 7 展示了a d o n e t 对象模型中的主要对象网。 图3 7 a d o n e t 对象模型 a d o n e t 由两大部分组成：数据提供程序( d a t a p r o v i e r , 有时也叫托管提供程序) 和数据集( d a t a s e t ) 。数据提供程序负责与物理数据源的连接，它所提供的应用程序 编程接口( a p i ) ，可以轻松地访问各种数据源的数据。数据集代表实际的数据。使用 数据集能以特别的方式为对象提供数据，例如组合来自多个源的数据，或来自远程用 户的数据。数据集对象还可独立于n e t 数据提供程序。并管理应用程序的本地连接 数据和源自x m l 的数据。a d o n e t 这两个部分都可以和数据使用程序通信，如w e b 窗体和w i n d o w s 窗体。图3 8 说明了a d o n e t 的体系结构【2 7 1 西安科技大学硕士擘住论文 x m l d 批” 圈3 8a d o n e t 的体系结构 。 ( 2 ) a d o n e t 中数据提供程序( d a t ap r o v i d e r ) a d 0 n e t 依靠n e t 数据提供程序的服务，而此服务是由d a t a p r o v i d e r 包含的四 个对象来实现的，它们是：c o n n e c t i o n ，c o m m a n d ，d a t a r e a d e r 以及d a t a a d a p e r 。 c o n n e c t i o n 对象用于连接到数据库。 c o m m a n d 对象表示s q l 语句或者存储过程的调用，然后可以使用某个适当的连 接对象运行它。 d a t a r e a d e r 对象读取s q ls e r v e r 、o l e d b 支持或o d b c 支持的数据库中检索到 的行。 d a t a a d a p t e r 对象是用于在d a t e s e t 对象和s q ls e r v e r 、o l e d b 支持或o d b c 支 持的数据库之间移动行，保持本地存储信息与数据库的同步。 ( 3 ) d a t a s c t 对象 a d o 施t 引入了一种全新处理数据的方式：d a t a s e t ( 数据集) 。d a t a s e t 是一个 分离的、用于表示数据集合的独立实体。它不使用连接方式，而使用一种新的类似于 消息的机制阴。d a t a s c t 负责把数据读入本地缓存，然后把数据丢弃或同步送回数据 源，这样就可以使连接更早地被释放。因此d a t a s e t 是完全脱机的。它屏蔽了底层数 据源的细节，不知道任何有关数据源的内容。与数据源的所有通信都是通过数据提供 程序来完成的，而这些数据源可能用于对其进行填充。 3 风道系统可视化实现原理分析 d a t a s e t 提供对x m l 的支持，可以描述更健壮的数据类型，因c o m 调度带来的 低效率也被消除。同时，它也可作为x m l 数据流序列化，可以很容易被看作一个x m l 文档。d a t a s e t 的这种x m l 基础，表明它可以通过超越m 1 p 协议来通过防火墙，或 者被集成到w e bs e r v i c e s 中。因而非常适用于不同类型平台间的数据传输。 3 5 2x m l 数据源访问 ( 1 ) 龇概念 可扩展标识语言( e x t e n s i b l em a r k u pi m g u a g e x m l ) ，与超文本标识语言( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，h t m l ) 类似，是一种显示数据的标记语言，它能使数据通过 网络无障碍地进行传输，并显示在用户的浏览器上f 拥。x m l 是一套定义语义标记的 规则，这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标记。它也是元标记语言，即 定义了用于定义其他特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。 ( 2 ) x m l 支持 x m l 是一个极具生命力的新技术，它代表未来网络发展方向，必将成为未来网 络的主流技术。 在a d o n e t 中内置对x m l 较多的支持，容许通过命令直接把x m l 文档与记 录集对象相互转存。这样a d o n e t 用于访问数据库，x m l 用于传输数据来完成数据 服务的任务。 j 娓t 框架提供了操作x m l 文档和数据的一组完整的类。例如：x m l r e a d e r 和 x m l w r i t e r 对象以及这两个对象的派生类提供了读取x m l 和验证x m l 的能力。 x m l d o c u m e n t 和x m l s c h e m a 对象及其相关类代表了x m l 本身等。不过如果需要使 用关系操作( 如排序、过滤或检索相关行) ， a d o n e t 提供了一个更简便的机制 2 9 1 1 3 0 l 。 a d o n e t 数据集对读写x m l 数据和架构提供直接支持，而且x m l d a t a d o c u m e n t 提供同步x m l 数据和关系a d o n e t 数据集的能力，这样就可以用x m l 和关系工具 对数据的单个集合进行操作。 ( 3 ) 数据访问 以x m l 形式保存d a t a s e t d a t a s e t 使得处理关系数据以及执行各种类型的操作变得非常简单。然而，许多 应用程序要求d a t a s e t 内部的数据转换成x m l ，使得它可以被传递给一个x m l 可感 知的应用程序，以便它可以用于任何平台上和任何语言之中。 d m a s e t 包含一个称为w r i t e r x m l 的方法，它带有一个s t r e a m 变元。通过它把数 据作为x m l 写到一个文本文件，或者在一个字符串中存储它，以备后用。下面的代 码用来将d a t a s e t 的x m l 数据和s c h e m a 写入一个文件。 。d a t a s e td 铲= 1 砖wd a t a s e t 0 ； 西安科技大学硕士学位论文 d s w r i t e r x m l ( s e r v e r m a p p a t h ( l a n e x m l ，) ， d s w r i t e r x m e l s e h e n m ( s e r v e r m a p p a t h ( “l a n e x 订； 使用x m l 装载d a t a s e t d a t a s e t 也可以使用x m l 数据而被装载。因为它使编程变得更容易。例如，可以 用来自一个x m l 的数据装载一个d a t a s e t ，然后将其邦定到d a t a c r r i d 控件上。这样 做简化了开发，因为数据的遍历和操作都由服务器控件来完成了。使用以x m l 标记 的数据来装载d a t a s e t 的能力还允许来自各种应用程序或者设备的数据更容易更新到 一个数据库中。 ” 通过使用d a t a s e t 的r e a d e r x m l ( ) 方法，可以将x m l 文档或流中的数据装到 d a t a s e t 中。 d a t a s e td s - - - n e wd a t a s e t 0 ； f s = n e wf i l e s t r e a m ( l a n e x m r , f i l e m o d e o p e n , f i l e a c c e s s r e a d ) ： r e a d e l f l 艟ws t r e a m r e a d e r ( f s ) ； d s l o a d x m l ( r e a d e r ) ； r e a d e r c l o s e 0 ； d a t a g r i d l d a t a s o 删t a b l e s o 】d e f a u l t v i e w ； d a t a g r i d l d a t a b i n d o ； 上面的代码展示了如何使用这个方法从一个流中读取数据。要想只读取与x m l 相关的s c h e m a ，在使用d a t a s c t 时可以使用r e a d x m l s c h e m a ( ) 方法。 x m l d a t a d o e t t m e n t 对象 虽然关系数据模型很有效，但有时候使用x m l 提供的工具( 如x s l t 、x p a t h ) 操作一组数据会更方便。x m l d a t a d o c u m e n t 允许数据集作为x m l 结构的数据来操作 x m l d a t a d o e u m e n t 使用文档对象模型( d o m ) 提供的一种处理数据的方法【3 1 1 这是 一种非常强大的功能，因为它意味着你可以直接对从一个数据源中接收到的数据执行 ) 【p a l l l 查询