（采矿工程专业论文）煤矿井下供电设计系统的算法研究与实现.pdf

l ad i s s e r t a t i o nf o rt h e d e g r e eo fm e n g a l g o r i t h mr e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no f p o w e r s u p p l yd e s i g ns y s t e mi n u n d , g dc o a m i n , u n a e r g r o u n do a le c a n d i d a t e ：c h e n gh a i b i n g s u p e r v i s o r ：p r o f l i uy qg l r o t i uy i ： 1 s p e c i a l i t y ：m i n i n ge n g i n e e r i n g h e i l o n g ji a n gi n s t i t u t eo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y h a r b i n ，p r c h i n a ，150 0 2 7 j u n e2 0 1 0 黑龙江科技学院学位论文独创性声明 本人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取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得黑龙江科技学 院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 日期出皿矽 黑龙江科技学院学位论文使用授权声明 黑龙江科技学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权黑龙江科技学院研究生学院办理。 研姓签名耘新虢趁日 期： 黑龙江科技学院硕士学位论文 摘要 煤矿井下供电系统的设计与计算是矿井供电一项十分重要的工作，其中 煤矿供电系统图和机电设备布置图是矿井生产管理的重要图形文件，是保证 矿井煤矿供电网络设计及优化的基础资料。本文利用面向对象的程序设计方 法，以v i s u a lc + + 6 0 为系统开发工具，结合动态链接库技术，基于 l o n g r u a ng i s 平台，实现煤矿井下供电设计系统。本文详细介绍了煤矿 井下供电设计系统的功能模块和实现机理基于地理信息系统中空间数据模 型和数据结构的理论建立了煤矿供电网络矢量数据模型，构建煤矿供电网络 实体间的空间拓扑关系，依据空间实体数据特征，建立煤矿供电网络实体数 据结构。利用a d o 技术实现系统参数数据管理，设计了电缆长度计算模型、 供电网络遍历算法用以实现电缆长度计算、供电系统图的生成，同时依托 w o r d 可视化的集成环境及w o r d 对象模型、内嵌的c o m 接口，自动生成固 定机械及运输设备选型报告。最后，结合桃山煤矿三采区二水平7 2 层左三 片工作面的真实数据说明了系统相关功能。 关键词：煤矿供电；供电系统图；地理信息系统；数据模型；空间拓扑关系 黑龙江科技学院硕士学位论文 a b s t ra c t i nu n d e r g r o u n dd e s i g na n dc a l c u l a t i o no fc o a lm i n ep o w e rs y s t e mi sav e r y i m p o r t a n tw o r ko fc o a lm i n ep o w e rs u p p l y c o a lm i n ep o w e rs y s t e md i a g r a m ， e l e c t r i c a la n dm e c h a n i c a le q u i p m e n tl a y o u ti so n eo ft h ei m p o r t a n tg r a p h i c sf i l e s i nm i n ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n t i te n s u r e st h eb a s i cd a t ao fc o a lm i n ep o w e r s u p p l yn e t w o r kd e s i g na n do p t i m i z a t i o n b a s e do nl o n g r u a ng i sp l a t f o r m ， u s i n go fo b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gm e t h o d ，c o m b i n a t i o no fd y n a m i cl i n k l i b r a r yt e c h n o l o g y , t h i sp a p e r a c h i e v e s p o w e rs u p p l yd e s i g ns y s t e m i n u n d e r g r o u n dc o a lm i n e 、 ，i t hv i s u a lc + + d e v e l o p m e n tt o o l sf o rt h es y s t e m t 1 1 i s p a p e rd e s c r i b e sf u n c t i o nm o d u l e sa n dr e a l i z a t i o nm e c h a n i s mo f t h ep o w e rs u p p l y d e s i g ns y s t e m i n u n d e r g r o u n dc o a l m i n e b a s e do ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m st h e o r y , s p a t i a ld a t am o d e la n dd a t as t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c s ，i te s t a b l i s h e s t h ec o a lm i n ep o w e rs u p p l yn e t w o r kv e c t o rd a t am o d e la n dc o n s t r u c t ss p a t i a l t o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i po ft h ec o a lm i n ep o w e rs u p p l yn e t w o r kb e t w e e ne n t i t i e s a n db a s e do nc h a r a c t e r i s t i c so fs p a t i a le n t i t yd a t a , i tc r e a t e sd a t as t r u c t u r eo ft h e c o a lm i n ep o w e rs u p p l yn e t w o r ke n t i t y b a s e do nt h ea d ot e c h n o l o g yf o rd a t a m a n a g e m e n ts y s t e mp a r a m e t e r s ，t h i sp a p e rd e s i g nt h ec a b l el e n g t hc a l c u l a t i o n m o d e la n dp o w e rs u p p l yn e t w o r kt r a v e r s a l a l g o r i t h m f o rr e a l i z a t i o nt h e c a l c u l a t i o no fc a b l el e n g t ha n dg e n e r a t i o no fp o w e rs y s t e md i a g r a m r e l y i n go i l v i s u a l i z a t i o ni n t e g r a t e dt r a n s f o r m a t i o na n do b j e c tm o d e lo ft h ew o r d ，b u i l t i n c o mi n t e r f a c e ，t h i sp a p e ra c h i e v et oa u t o m a t i c a l l yg e n e r a t ef i x e dm a c h i n e r ya n d t r a n s p o r te q u i p m e n ts e l e c t i o nr e p o r t c o m b i n e ds p e c i f i cd a t ao fw o r kf a c eo f t h r e el e v e l so fm i n i n ga r e at w o7 2 一l a y e r sl e f tt h r e ei nt a o s h a nm i n e ，t h i sp a p e r d e s c r i b e st h es y s t e m - r e l a t e df u n c t i o n si nc o a lm i n eu n d e r g r o u n dp o w e rs u p p l y d e s i g nr e q u i r e m e n t s - d r i v e n k e yw o r d s ：c o a lm i n ep o w e rs u p p l y ；p o w e rs u p p l ys y s t e md i a g r a m ；g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ；d a t am o d e l ；s p a t i a lt o p o l o g i c a lr e l a t i o n s h i p 黑龙江科技学院硕士学位论文 口三罩- i = 1 刊k 摘要。i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 课题的背景及意义一1 1 1 1 课题的背景1 1 1 2 研究意义3 1 2 国内外发展概况4 l 。2 。l 国外煤矿地理信息系统的发展现状4 1 2 2 国内煤矿地理信息系统的发展现状5 1 3 研究目标和内容一6 1 3 1 研究目标6 1 3 2 研究内容7 1 4 本章小结7 第2 章系统的开发研究与设计8 2 1 系统开发平台介绍及技术分析8 2 1 1l o n g r u a ng i s 平台介绍8 2 1 2 动态链接库技术1 0 2 2 系统功能模块设计1 1 2 2 1 机电图例符号及图例编辑1 1 2 2 2 电缆长度计算1 4 2 2 3 自动生成供电系统图1 4 2 2 4 固定机械及运输设备选型计算15 2 2 5 生成机电设备( 图例) 参数信息表1 5 2 2 6 生成固定机械及运输设备选型报告1 6 2 3 基于g i s 的系统空间数据模型及数据结构设计1 6 i i i l i【； 黑龙江科技学院硕士学位论文 2 3 1 地理信息系统概况1 6 2 3 2 系统空间数据模型的建立1 7 2 3 3 空间拓扑关系及实体数据结构的建立1 9 2 4 本章小结2 4 第3 章系统关键技术及算法研究2 5 3 1 煤矿供电网络设备参数管理2 5 3 1 1a d o 技术2 5 3 1 2 系统参数数据管理2 8 3 2 电缆长度计算模型3 3 3 2 1 电缆高程值的采集3 3 3 2 2 电缆长度的计算3 4 3 3 机电设备布置图生成供电系统图3 5 3 3 1 生成供电系统图的方法3 5 3 3 2 树的基本概念3 6 3 3 3 供电网络遍历算法3 6 3 3 4 生成供电系统图的实现3 8 3 4 生成机电设备( 图例) 参数信息表4 0 3 5 固定机械及运输设备选型报告的生成4 0 3 5 1a u t o m a t i o n 技术4 0 3 5 2w o r d 对象4 1 3 5 3 自动生成选型报告4 2 3 6 本章小结4 4 第4 章煤矿井下供电设计系统的实现4 5 4 1 系统的介绍4 5 4 2 系统的功能介绍及实例4 5 4 2 1 矿井概述4 6 4 2 2 系统的功能介绍4 6 4 3 本章小结5 3 i v l i 黑龙江科技学院硕士学位论文 第5 章结论与展望5 4 5 1 结论5 4 5 2 展望5 4 致谢5 6 参考文献5 8 作者简介6 1 v l l ，0 k k 黑龙江科技学院硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 1 1 1 课题的背景 第1 章绪论 近年来，随着“数字地球”和“数字城市”等名词的提出以及计算机技 术的发展，数字煤矿( d i g i t a lm i n e ，d m ) 迎来了一个快速发展的时代，进 一步加快了煤矿信息化的步伐。“数字煤矿”是以计算机技术、多媒体技术 和数据库技术为基础，以网络技术为纽带，运用3 s ( r e m o t es e n e s c i n g 、 g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 、g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 技术和虚拟现实 等技术实现多源煤矿信息的采集、输入、存储、检索、查询与空间分析，并 实现空间信息的多方式输出和联机决策分析处理n 删。其主要任务是在矿业信 息数据仓库基础上，充分利用现代空间分析、数据采集、知识挖掘、虚拟现 实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术，为矿产资源评估、矿山规划、 开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平 台和强大工具。 煤矿井下供电是煤矿安全生产的重要环节，是确保采煤设备、掘进设备、 运输传送设备、通风安全设备、照明通信设备在煤矿生产过程中能否安全、 稳定工作的基础。因此，国内外煤矿供电设计软件的发展必然推进了我国数 字化矿山进程，成为“数字煤矿中的一个重要环节。近年来，伴随电子计 算机技术在煤矿领域的推广，不仅推动了煤矿供电设计软件系统的发展，同 时在部分矿务局、生产矿井和机电管理部门也得到了广泛应用。 1 1 1 1 煤矿井下供电设计的研究现状 近年来，煤矿井下供电设计逐步地实现了信息化，手工计算电气参数逐 渐地被计算机所代替，通过供电设计软件实现供电系统的设计。但相对其他 煤炭生产部门而言，其信息化的步伐太慢，实现难度较大，实际应用于煤炭 生产的较少。目前，煤矿井下供电设计的相关研究工作包括： ( 1 ) 针对煤矿供电网络最优化设计，提出了基于灰色理论、神经网络模 k k 黑龙江科技学院硕士学位论文 型、可视化潮流分析模型等选择最优煤矿供电设计方案。7 3 。 ( 2 ) 以目前煤矿井下供电设计软件的特点为基础，提出了基于a u t o c a d 的煤矿供电设计与管理系统1 。 ( 3 ) 从煤矿井下供电管理现状和供电管理软件的设计目标出发，提出了 煤矿井下供电系统软件的设计模型n 羽。 ( 4 ) 针对煤矿井下低压供电设计、矿井供电网络保护整定设计等提出了 具体的软件实现方案n p l 6 l 。 ( 5 ) 根据煤矿地理信息系统的特点，提出了基于g i s 理论的煤矿供电设 计与计算系统研究、三维地理网络的井下供电自动设计、矿井机电设备管理 信息系统研究、g i s 在煤矿供电系统综合自动化的应用等，实现了绘制供电 系统图、供电计算、机电设备管理等功能n 7 侧。 ( 6 ) 基于煤矿供电设计的实际需求，发挥n e t 的技术优势，实现煤矿 井下供电设备参数的计算、校验等心。 除此之外，还有一些软件公司针对煤矿井下供电其独有的特点，开发了 针对煤矿供电的应用软件，具有代表性的包括：山东蓝光软件公司的“蓝光 输配电辅助系统 ，合肥明信软件技术有限公司的煤矿供电计算、绘图与管理 软件等。 1 1 1 2 煤矿井下供电设计存在的问题 目前部分煤矿井下供电系统是基于a u t o c a d 软件平台，针对煤矿井下供 电设计的特点，对a u t o c a d 进行二次开发实现供电设计与计算的功能，其主 要存在的问题包括： ( 1 ) 无法建立机电设备实体间的空间拓扑关系。由于目前煤矿供电系统 软件大部分都是基于a u t o c a d 开发实现的，在供电设计系统中无法建立空间 数据库模型，机电设备实体间不能建立空间拓扑关系。 ( 2 ) 没有完善、开放的图例库。由于一些研究人员主要研究集中在如何 实现煤矿井下供电系统图的绘制上，忽略了生成供电系统图过程中需要用户 自定义的图例符号，对图例库缺少统一的管理，进而增加了设计人员的操作 难度，降低了设计人员的工作效率。 ( 3 ) 系统无法连接数据库。大部分的供电设计系统都是在a u t o c a d 设 计平台上对供电专业计算功能进行的二次开发，因此，系统无法连接数据库， 对供电计算参数缺乏统一的管理。 2 l l l 黑龙江科技学院硕士学位论文 ( 4 ) 无法查阅设备实体的属性信息。无法对已经选择的机电设备实体和 电缆的详细信息进行查询，都是通过图形中的设备图例附近标注文字的形式 呈现，当设备数量和设备参数过于庞大时，使得绘制出的供电系统图标注过 于繁多，使得设计人员在设计过程中操作易出错，影响参数计算的准确性。 ( 5 ) 不能基于机电设备布置图自动生成供电系统图。目前的煤矿供电设 计软件绘制机电设备布置图和自动生成供电系统图是相对独立的，无法建立 机电设备布置图与供电系统图的联接关系，因此，不能快速、准确地从机电 设备布置图自动生成供电系统图。 ( 6 ) 无法生成设计报告。目前的煤矿供电设计软件只能输出供电设计图 纸和设备型号选择报表，不能提供设备详细选择和校验过程，其需要设计人 员填写设计报告。 综上所述，由于煤矿井下供电系统涉及设备种类繁多，电路网络错综复 杂，设备图形绘制形式、图形符号的异同，给煤矿井下供电系统图的绘制带 来了不应有的麻烦。为了提高煤矿井下供电系统图的设计效率，改进目前供 电设计软件的不足，本文利用地理信息系统的相关理论，建立煤矿井下供电 系统中机电设备等矿山实体的空间拓扑关系，构建煤矿井下供电系统的数字 化模型，实现适合煤矿井下供电的、针对性强的煤矿井下供电设计系统。 1 1 2 研究意义 依据现有的煤矿井下供电设计方法，以提高供电系统图绘制的便捷性、 设备参数计算的准确性、参数管理的高效性为目的实现煤矿井下供电设计系 统。将其应用到煤矿生产中，具有以下意义： ( 1 ) 基于g i s 技术理论，依据空间数据组织模型和空间实体拓扑关系把 煤矿井下供电的实体及实体间的相互关系描述出来，提高了系统的自动化程 度。 ( 2 ) 以点符号实体表达图例符号( 机电设备图例) ，以线实体表达电缆 实体，图例对象具有种类、名称等属性，方便图形中实体属性的显示和设置。 ( 3 ) 实现供电设备布置图到供电系统图的生成，并实现电缆高程值的计 算、电缆长度的计算、机电实体位置的设置等。减少了设计人员的工作量， 提高了设计人员的工作效率。 ( 4 ) 开放性的参数数据库管理，能统一的对机电设备参数进行管理，使 设计人员可以方便地查看所需设备的各项参数及库存情况。 3 黑龙江科技学院硕士学位论文 ( 5 ) 根据矿井常用大型机电设备选型特点，设计实现了固定机械及运输 设备选型计算，对设备各项性能参数进行校核，改进了过去不能对大型机电 设备进行选型的窘境。 实现煤矿井下供电的计算机化是大势所趋，煤矿井下供电设计系统把工 作重点集中在专业设计中，极大的提高了供电设计的效率。在煤矿信息化管 理大势所趋的今天，煤矿井下供电设计系统具有广泛的应用前景，对煤矿信 息化建设以及安全生产有着重大意义。 1 2 国内外发展概况 1 2 1 国外煤矿地理信息系统的发展现状 在国外，地理信息系统的研究较早。加拿大测量学家r o g e rf t o m l i n s o n 于2 0 世纪6 0 年代初首先提出地理信息系统( g i s ) 这个概念，并建立了世 界上第一个g i s 一加拿大地理信息系统( c g i s ) ，用于自然资源的管理和规 划。随着计算机软、硬件技术的飞速发展，g i s 朝着实用的方向发展，一些 发达国家先后建立了许多专业性强的软件应用系统。国外的一些国家把g i s 软件系统应用于矿山( 包含煤矿) 领域的相对较少，这些国家在矿山领域的 研究成果比较有影响的包括： 澳大利亚d a t a m i n e 公司的采矿软件d a t a m i n e 工具包包括露天矿设计、 生产设计、优化设计、优化混矿、平展矿体模型、地下矿山设计以及地下回 采浮动采区优化等。其中，露天矿山设计允许用户快速精确地生成露天坑设 计并可在3 d 交互式环境中进行修改昭引。 澳大利亚m a p t e k 公司开发成功的v u l c a n 软件包昭3 。2 4 3 ，功能强大、 内容丰富。该软件主要用于处理地表及地下三维数据，构建立体模型，运用 领域包括地质工程、环境工程、地理地形、测量工程、采矿工程、水库工程、 地震分析等方面的数据处理及工程设计。同时还包括( 括号内为公司名称) ： m i n e s c a p e ( m i n c o m ) ，m d s ( c d l e e ) ，s u r v c a d ( c a r l s o n ) ，c r y s t a l ( c m c ) ， d a t a m i n e ( m i c l ) ，e m p p e s ( r a m c o ) ，m i n e x ( e c s ) ，m e t a f o r a ( f o r s m a n ) ， p c _ m i n e g s 3 2 ( g e m c o m 、，m a n s u p ，m ( d y n a m i cg r a p h i c s ) ， s g m ( s t r a t a m o d e l ) 等。 通过对这些系统文献的查阅以及对部分系统的使用，我们可以看出，它 们的设计思想是以计算机辅助设计及有关图形学理论为基础，根据发达国家 4 黑龙江科技学院硕士学位论文 的矿产地质条件，把矿山空间信息数据通过计算机的形式呈现出来。由于西 方发达国家产煤国煤矿地质条件简单、矿井煤层厚、同时大部分都为露天矿， 而我国大部分煤矿的开采以地下竖井、斜井或平硐开采为主，地质条件十分 复杂。因此，其软件系统对地下开采所涉及的地质、测量、采煤、通风、机 电、材料运输、生产设计调度等环节的信息考虑不多，甚至没有。加之其煤 矿管理方式和我国的管理模式存在异同，煤炭在能源结构中的地位的差异， 使得国外的煤矿无需采用复杂的管理信息系统，国外的一些软件系统基本不 适合我国煤矿实情啦明。 1 2 2 国内煤矿地理信息系统的发展现状2 6 3 在国内，煤矿地理信息系统的起步相对较晚。8 0 年代早中期，计算机刚 刚兴起，与矿山空间信息相关的计算机技术主要有两个方面：一是用b a s i c 、 f r o t a n 和c 语言开发专用程序，如矿压参数预测预报、矿山优化设计等：二 是采用a u t o c a d 软件进行简单的日常生产图形绘制，煤矿地理信息系统相 关技术研究处于探索阶段。 8 0 年代后期到9 0 年代中期，国内还没有出现完整的国产煤矿地理信息 系统软件，只开发了单机版d b m s 系统；图形系统几乎都是采用专业绘图软 件a u t o c a d 或m i c r o s t a t i o n 等完成，有少量基于a u t o c a d 的二次开发研究； 图形和空间属性是分别管理，没有从计算机上关联起来，对地质、测量、采 煤、通风、机电等数据信息缺乏高效处理，矿井生产单位对日常信息的处理、 查询、图形的修改和绘制还是依靠传统的手工方式和c a d 绘图为主。 9 0 年代中后期至今，矿山地理信息系统相关理论和技术研究逐步开展起 来，并在2 1 世纪初取得大量成果。在这一阶段，建立了完整的煤矿地理信息 系统的理论和技术体系，煤矿地理信息系统已经从过去的单机版转向网络版， 从封闭式转向开放式，从集中式转向分布式，应用逐步扩大到更加广泛的领 域。针对煤矿生产其独有的特点，基于煤矿地理信息系统设计开发的专业软 件，具有较强的自动绘图功能，图形的修改和绘制效果大大提高，应用网络、 多用户，采用商用d b m s 管理属性，实现了地质、测量、采煤、通风、机电 等矿山信息高效管理；采用文件方式管理图形，数据库和图形系统松散结合， 管理独立。因此，在这一阶段涌现出了大量从底层研究开发及其二次开发的 国产煤矿地理信息系统软件，具有代表性的有： 北京大学毛善君与北京龙软科技发展有限公司联合开发的煤矿空间管理 k q 黑龙江科技学院硕士学位论文 信息系统l o n g r u a ng i s ，l o n g r u a ng i s 是完全从底层开发的地理信息系统， 代表了我国矿山地理信息系统发展方向 2 7 o 中国矿业大学吴立新开发的矿山 地理信息系统- - t t - m g i s 2 0 0 0 是采用组件模式，基于加拿大a p o l l o 科技集团 t i t a n g i s 3 1 的基础控件，结合我国矿山的实际需要，采用组件模式进行二 次开发的结果，该系统在多个矿井成功应用 2 8 o 同时还包括山东科技大学与 肥城矿务局合作开发的矿图绘制系统，中国矿业大学( 北京) 基于a u t o c a d 的矿图绘制系统啪，等。 1 3 研究目标和内容 1 3 1 研究目标 煤矿井下供电设计系统的实现是加快“数字煤矿进程的体现之一，而 煤矿供电设计软件的发展相对地质、测量专业软件的发展滞后。因此，煤矿 井下供电设计作为煤矿专业制图的一个重要组成部分，期待着推出一套自动 化程度较高的设计软件。本文从以下四个方面对煤矿井下供电设计系统进行 研究。 ( 1 ) 构建煤矿机电设备实体之间、机电设备实体与电缆实体间的空间拓 扑关系。通过分析矿山空间数据的特点，基于g i s 理论提出了煤矿井下供电 设备实体的数据模型和数据结构，建立了机电设备实体与电缆间的空间拓扑 关系。 ( 2 ) 在煤矿井下供电设计系统中实现对机电设备属性和电缆属性的动态 交互式操作。利用a d o 作为数据库引擎，实现在煤矿井下供电设计系统中 对机电设备属性和电缆属性的动态交互式查询，用户可以用鼠标直接点击或 键盘操作，达到对设备实体参数的查询操作，并实现大型机电设备选型参数 计算及优化。 ( 3 ) 建立供电设备布置图与供电系统图的图形关系。通过所绘制的供电 设备布置图快速、准确地生成供电系统图，在供电设备布置图与供电系统图 之间建立一一对应的关系，使得供电设备布置图中的数据能在供电设备布置 图中能及时更新。 ( 4 ) 实现固定机械及运输设备选型报告的生成。 6 黑龙江科技学院硕士学位论文 1 3 2 研究内容 论文最终的目的是要改进目前供电系统的不足，实现煤矿井下供电设计 系统。实现该系统的工作步骤如下： ( 1 ) 煤矿井下供电设计系统总体构思 针对以往专家学者对煤矿供电设计系统的研究，分析了系统软件开发环 境和技术特征：针对煤矿机电部门在实际工作中的设计流程，基于l o n gr u a n g i s 软件平台，简述了系统功能模块，为进一步利用面向对象编程技术对煤 矿供电设计系统进行可视化程序设计提供总体思路。 ( 2 ) 系统空间数据模型及数据结构 煤矿井下供电设计系统是以l o n gr u a ng i s 技术平台为支持设计的， l o n gr u a ng i s 根据地理信息系统的特性建立空间数据模型、空间拓扑关系 以及空间实体数据结构。因此，煤矿井下供电设计系统提出了煤矿供电网络 矢量数据模型，基于结点一弧段数据结构并根据空间数据的特征，设计了煤 矿供电网络实体数据结构。 ( 3 ) 煤矿供电网络设备参数管理 煤矿供电网络设备参数数据管理与计算是煤矿供电系统设计的基础。本 文阐述了a d o 技术应用结构和对象，基于a d o 技术对煤矿供电网络设备参 数进行管理，实现设备参数的录入、修改、删除等。 ( 4 ) 系统功能介绍与实现 介绍了煤矿井下设计系统的总界面以及系统的各个功能菜单，说明了系 统已经实现的功能，根据系统的各个功能特点，结合现场设计资料和数据展 示系统的实现应用情况。 1 4 本章小结 本章叙述了数字矿山定义，介绍了国内外煤矿地理信息系统的发展现状 以及国内煤矿井下供电系统的研究现状，论述了煤矿井下供电设计系统开发 的科学意义和应用前景，针对目前煤矿井下供电系统研究的不足，进一步阐 述本论文所研究的内容及目标。 置图和井 图形化描 发布，自 井下配电 系统图，井下电气设备布置示意图和电力、电话、电机车等线路平面敷设示 意图，并随着情况变化定期填绘汹1 。因此，随着矿井煤炭开采的不断深入， 井下供电网络在煤炭生产过程中会发生变化，这就需要设计人员实时更新煤 矿供电系统图和机电设备布置图，煤矿井下供电设计系统是以绘制这两种图 形和计算供电参数为目的，基于l o n gr u a ng i s 平台设计实现的。 2 1 1 l o n gr u a ng is 平台介绍 l o n gr u a ng i s ( 目前最新版本为l o n gr u a ng i s3 0 ，以下简称l rg i s ) 平台是北京大学与北京龙软科技发展有限公司从底层自主开发的具有完全自 主知识产权的煤矿空间管理信息系统平台，它是一套针对煤矿地测、通防、 机电、安全、生产调度等工作开发的专业煤矿地理信息系统。 针对不同的专业，l rg i s 平台开发了不同的子系统( 如地测空间管理信 息系统、通风安全管理信息系统、生产辅助设计系统等) ，是多专业、多部门、 多管理层的信息共享与w e b 协作处理事务的开放平台，并以“图形文件系统 + 数据库系统”为存储数据方式，是一个典型三层次的c l i e n t s e r v e r 结构。三 层客户服务器体系结构( 数据层、服务层和用户界面层) 是目前处理大型系 统的具有高可伸缩性的分布式计算模式。它将整个系统按用户界面层、业务 逻辑层( 包括应用服务器、w e b 服务器等) 和数据层三层进行组织。其中用 户界面层处理用户输入数据的显示和数据分析、查询、统计结果的显示：业 务逻辑层处于数据库管理系统与用户界面之间，起到对数据库查询、更新、 统计、分析、计算、发布等作用；数据层处理系统中元数据的管理、数据表 的管理、存储、数据安全以及事务处理的功能，如图2 1 所示阳。 黑龙江科技学院硕士学位论文 图2 1l o n gr u a ng i s 平台总体框架图 f i g u r e2 - 1g e n e r a lf r a m e w o r ko fl o n gr u a ng i sp l a t f o r m 同时l rg i s 平台底层采用动态链接库技术( d l l ) 搭建，由图形实体、 文件管理、符号库、内存管理等几类d l l 构成，同一类型的d l l 在对外函数 接1 2 1 设计上保持统一性。在构建专业的应用系统时，可以根据其具体的需求， 开发相应的d l l 。利用d l l 函数接口，系统对a p i 层的设计不仅具有统一性同 时还具有很强的拓展性，即使底层的d l l 发生了变动，a p i 仍然基本保持不 变。 9 甄一 竺 黑龙江科技学院硕士学位论文 2 1 2 动态链接库技术 动态链接库( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ，d l l ) 是建立在客户服务器通信 的概念上，提供了一些特定结构的函数、类或资源的库文件，函数和数据被 存储在一个d l l ( 服务器) 上并由一个或多个应用程序使用。d l l 库是在运 行时链接，用户程序共享d l l 中的函数及数据2 _ 3 3 。d l l 技术是w i n d o w s 应用 程序共享资源、节省内存空间、提高使用效率的一个重要技术手段，是一种 函数或者资源库，常见的动态链接库包含外部函数和资源。通常动态链接库 文件以d l l 、d r v 、f o n 等作为后缀，它和可执行文件( e x e ) 非常类似。但 d l l 中虽然包含了可执行代码却不能单独执行，而应由w i n d o w s 应用程序 直接或间接调用。 煤矿井下供电设计系统选用动态链接库技术实现各个功能模块。动态链 接库具有如下一些优点州1 ： ( 1 ) 运行时占用较少的内存空间。一个d l l 在内存中只存在一个实例， 即只存在一段可执行代码，多个应用程序可以同时共享这段代码。当多个程 序使用同一个函数库时，可以减少在物理内存中加载的代码的重复量。同时， d l l 中可以包含字符串、位图等w i n d o w s 资源，多个应用程序可以通过d l l 共享这些资源。 ( 2 ) 有助于模块式化体系结构开发。动态链接库有助于促进模块式程序 的开发，支持多语言程序，可以帮助我们开发要求提供多个语言版本的大型 程序或要求具有模块式体系结构的程序。 ( 3 ) 拓展开发工具的功能。由于d l l 是与语言无关的，因此可以创建一 个d l l ，被c h 、v b 或任何支持动态链接库的语言调用。如果某一种语言存 在不足，就可以通过访问另一种语言创建的d l l 来弥补。 ( 4 ) 方便软件修改和升级。当动态链接库中的函数需要更新或修复时， 部署和安装动态链接库时，并不要求重新建立应用程序与该d l l 的连接。当 多个程序使用同一个d l l ，那么这些程序都将更新或修改。 ( 5 ) 隐藏实现细节。在某些情况下，我们在做程序时可能想隐藏例程实 现的一些细节，动态链接库就是一项非常不错的实现方法。动态链接库的例 程可以被应用程序访问，而不显示其中的代码细节。 黑龙江科技学院硕士学位论文 2 2 系统功能模块设计 煤矿井下供电设计系统在遵循煤矿安全规程、矿井设计规范等安 全法规的前提下，必须满足煤矿井下供电的实际需求，以减轻工作人员劳动 强度和降低用户使用门槛为目标，根据煤矿井下供电设计的工作需求和工作 流程，煤矿井下供电设计系统包括机电图例库及图例编辑、电缆长度计算、 自动生成供电系统图、固定机械及运输设备选型计算、生成机电设备( 图例) 参数信息表和生成固定机械及运输设备选型报告6 个功能模块。如图2 2 所 示。 ；塑皇望型曼墨望型塑堡j 陌甄蕴歼霸 自动生成供电系统图 陌蟊而瓦函蕊甄 匡巫亟巫塑囹 ，。- 。一。1 。- 。一 ! 生成固定及运输设备选型报告l l一，。一 图2 - 2 系统总体功能结构图 f i g u r e 2 - 2m 印o fo v e r a l lf u n c t i o n a ls t r u c t u r eo fs y s t e m 2 2 1 机电图例符号及图例编辑 ( 1 ) 机电图例符号 图例符号是煤矿井下地理形状和设备图形化表达方式之一。由于不同地 区、不同地质条件的煤矿所需的图例符号类型也不尽相同，为提高煤矿井下 供电设计系统的适应性，系统应该具有图例符号设计、编辑功能。目前图例 符号实现的途径有：是文本编辑器设计的方法，如a u t o c a d 的图形文件 ( s h p ) 、线文件和阴影文件；是采用系统提供的二次开发语言编程，它提 供了编程实现符号图例绘制的接口，如a u t o c a d 的a u t o l i s p 语言实现图例 符号的制作、a r c i n f o 的a m l 语言等。是利用系统本身的图形编辑 功能，如a u t o c a d 的块( b l o c k ) 、m e g 的单元( c e l l ) ；是用所提供符号 设计功能，如m g e 提供了线型编辑( l i n es t y l ee d i t o r ) 功能可用于交互式 一 & h 黑龙江科技学院硕士学位论文 编辑线符号。 煤矿井下供电设计系统图例符号可用点符号( 除电缆外) 表示。组成点 符号的图元可以分为点、折线、多边形等1 1 种，因而又可将组成点符号的图 元分成点类、线段类、折线类、样条曲线类、圆弧类、圆类、三角形类、矩 形类、多边形类、子图类、位图类等1 1 类。利用面向对象编程技术，根据点 符号图元对象类之间的关系定义不同的图元类，实现煤矿供电设计用的机电 图例符号编辑器，点符号图元对象类之间的关系图如图2 3 所示9 】。 匾壶回医堕丕垂固ii 积( c a r e ) 巨亟氢圃匝 子图( c s 叠u b s y m b 0 1 ) j 匦圃i 厂_ r 广i 医茴匝型面巨耍匦 1 硼( c c i r c l e ) 匦匦趋 图2 3 点符号图元对象类之间的关系图 f i g u r e 2 - 3m 印o f r e l a t i o nb e t w e e np r i m i t i v eo b j e c tc l a s s ( 2 ) 机电图例符号特点 机电图例符号一般包括机电供电系统图图例符号、机电设备布置图图例 符号、用电设备布置图图例符号、地面供电系统图图例符号和其他图例符号， 如图2 4 所示。这些机电图例是根据图例绘制标准构建而成。由于不同地区 矿的图例绘制标准大不相同，国家图例制作标准和省、矿务局所定义的图例 的标准并不一致，有很多图例差异很大。现场实际工作中有依照国家标准绘 制的图例，有依照省或矿务局标准绘制的，也有依靠本矿实际情况绘制图例 的。因此，为提高煤矿井下供电设计的适应性，机电图例必须有自定义图例 形状的机制以满足不同用户的标准。 ( 3 ) 机电图例符号的编辑 在煤矿井下供电设计系统中建立图例符号编辑器，以点符号的形式呈现， 在选择某图例后，只需要通过鼠标确定图例的插入点，便能以该点为基点按 照图例库中图例的比例大小绘制出图例。同时，可以对绘图出的图例符号的 大小、颜色、旋转角度等进行编辑；对于图例符号相绑定的标注文字进行编 辑，如标注文字的内容、颜色、标注显示状态、与图例符号间的相对显示位 置、旋转角度等。图例符号编辑如图2 5 所示。 1 2 一fi卜 黑龙江科技学院硕士学位论文 移动变电站 局部通风机 调度绞车 矿用防爆变压器 日田 g e ， 图2 - 4 部分机电图例符号 f i g u r e 2 4p a r to fe l e c t r i c