矿井通风仿真系统立体图的快速自动绘制研究-矿业论文完整版下载.pdf

1 矿井通风仿真系统立体图的快速自动绘制研究矿井通风仿真系统立体图的快速自动绘制研究1 朱华新 魏连江 中国矿业大学安全工程学院 江苏徐州 221116 e mail cumtvb 摘摘 要 要 矿井通风仿真系统通常采用单线绘制和显示通风系统图 无法反映巷道之间的层位 关系 在深入研究通风网络巷道连接关系的基础上 创造性提出一种新的效率更高的通风系 统立体图的快速自动绘制方法 即 假双线 法 假双线法 与固定宽度双线法有本质的不同 该方法的本质是将单线巷道的线型用固定宽度双线线型表示 再对交叉点进行消隐处理 无 需计算双线坐标来实现双线图的快速自动绘制 假双线 法较好的解决了传统方法的缺陷 具有普遍性 计算量小 执行效率高 并且在该双线图的基础上很容易拓展生成通风系统立 体图 对于研发 改进矿井通风仿真图形系统和解决类似问题具有一定的参考价值 关键词 关键词 矿井通风仿真 立体图 快速 自动绘制 1 引言引言 矿井通风系统立体图 是根据投影原理把矿山井巷的立体图形投影到平面上而形成的图 形 由于矿井通风系统立体图能较好地表达井巷之间的立体关系 能直观地反映井下巷道空 间上的分布及风流的分合 它是进行通风系统设计和现场施工管理必不可少的图件 矿井通风系统是动态变化的与空间位置密切相关的地下三维空间 1 如何用立体图正确 表达巷道间的关系很重要 矿井通风仿真系统通常采用单线绘制和显示通风系统图 2 8 无 法反映巷道之间的层位关系 为了能够更好地区分出巷道之间的层位关系 可以绘制通风系 统立体图 手工绘制通风系统立体图比较困难 国内外许多学者对通风系统立体图的自动生 成进行了研究 原煤炭工业部重庆设计院的黄继声和中国矿业大学的王德明等专家分别于 1995和1996年实现了通风系统立体图的自动绘制 9 10 本文基于自动生成的双线图研究通风 系统立体图的快速自动绘制 以更好的表达巷道之间的连接关系 研究和解决了立体侧面填 充等问题 这将有利于简化绘图过程 提高绘图速度 同时有助于通风仿真系统的推广 2 通风系统立体图的自动绘制原理通风系统立体图的自动绘制原理 在双线图的基础上自动绘制通风系统立体图是可行的 可以观察图2所示的双线图 是 在通风系统单线图1的基础上 采用 假双线 法快速自动绘制的通风系统双线图 图3是在图 2双线图基础上通过添加阴影 在交叉点处根据巷道的层位关系对侧面图填充进行消隐而实 现的通风系统立体图 该立体图具有较强的立体感 而且是完全采用程序自动绘制的 图 1 通风系统单线图 fig 1 ventilation system single line graphics 1本课题得到煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金 07kf07 基于 gis 的矿井通风可视化仿真研 究的资助 2 图 2 消隐处理后的通风系统双线图 fig 2 ventilation system double line graphics after hidded line processing 图 3 通风系统立体图 fig 3 ventilation system stereogram 3 通风系统立体图快速自动绘制实现机制通风系统立体图快速自动绘制实现机制 通过研究发现 立体图区分巷道层位关系效果较佳 但是进行相关的处理比较困难 如 果采用动态方法计算双线坐标 一旦图形系统进行放大和缩小操作 就需要重新计算所有的 双线交点坐标 这样就耗费大量的计算机时间 假双线法 是一种新的通风系统立体图的自动绘制方法 可以解决上面提到的问题 具 体实现效果如图3所示 但 假双线法 的实现机制与以往的方法完全不同 假双线法 的本 质还是单线图 但展现出来的效果是立体图 我们先来分析它的实现机制 就会对这种方法 有所了解 具体实现机制为 首先将通风系统单线图 如图1 的线型由单线线型改为双线 线型 然后再根据双线线型的宽度和巷道与x轴的角度进行交叉点的消隐处理 消隐处理交 叉点处后效果如图2所示 接着再对每条巷道进行侧面阴影填充就可以得到通风系统立体图 如图3所示 此时可以非常清楚地表达巷道之间的层位关系 3 图 4 假双线 法通风系统双线图快速自动绘制程序图 fig 4 program graph of rapid automatic rendering of mine ventilation system double line graphics 4 通风系统立体图的自动绘制步骤通风系统立体图的自动绘制步骤 通过对 假双线 法通风系统立体图快速自动绘制实现机制分析 假双线 法通风系统立 体图快速自动绘制步骤和如何实现也就非常清晰了 如图4所示 首先要制作双线线型 其次是更改单线线型为双线线型 接着对交叉点进行消隐处理得到双线图 再对每条巷道进 行侧面填充就可以得到通风系统立体图 5 通风系统立体图快速自动绘制实现通风系统立体图快速自动绘制实现 5 1 将单线线型改为双线线型将单线线型改为双线线型 更改单线巷道的线型为双线线型 单线通风系统图就转变为双线通风系统图 如图2 视角效果是双线 但本质还是单线图 交叉点还没有进行消隐处理 对于一条巷道采用双线 线型后 其内部不需要进行交叉点的消隐处理 使用双线线型后双线效果很好 其本身不需 要任何处理 但与其他巷道的交叉点处需要进行消隐处理 5 2 交叉点消隐处理交叉点消隐处理 将由单线表示的矿井通风巷道转化成有宽度的双线线型表示时 为正确区分巷道的层位 关系 必须对交叉点进行消隐处理 在交叉点进行消隐处理 只需用二重循环对巷道集合中 的所有线段进行两两比较进行消隐处理 在计算两条巷道需要消隐部分时 首先需要计算每 条巷道的交点 再根据双线宽度和角度计算 四条单线 的四个交点 接着要计算每条巷道在 交叉点处的标高 根据计算出来的标高和四个交点来构造需要消隐的线段 6 构造双线线型 将单线线型改为双线线型 两两巷道比较 进行交叉点消隐处理 巷道双线交点坐 标计算 确定相交巷道双线消 隐部分层位关系 构造消隐部分刷新图形 通风系统单线图 对每条巷道进行侧面填充 对每条巷道需要消隐的阴影进行消隐 自动生成通风系统立体图 4 5 3 巷道侧面阴影填充巷道侧面阴影填充 通风立体图的巷道一般由三条线组成 其相邻两条分别组成一个侧面 为了突出立体感 需要对侧面进行填充 即所谓的阴影 还包括隐藏线和隐藏面的处理 为增强立体图的立 体感 程序做以下规定 00 巷道倾角a 900 填充右侧面 900 巷道倾角a 1800 填 充左侧面 1800 巷道倾角a 2700 填充右侧面 2700 巷道倾角a 3600 填充左侧面 a 00或a 3600时 填充正侧面 具体实现的代码如下所示 求一条巷道的阴影及应消隐的阴影 public sub calculateshadowregionfromtunnel points as pointf byval b1 as double byval b2 as double byref shoulddrawpolygons as list of pointf if points is nothing orelse points length 2 then return shoulddrawpolygons new list of pointf 中间变量 用来存储一条双线多段巷道的初始两点 终端两点 以及巷道转折处的中间两点 dim dblpnts as pointf getshadowdoublelinepoints points b1 if dblpnts is nothing orelse dblpnts length 90 andalso angle 270 then iside 1 pfs 0 dblpnts i 1 iside pfs 1 dblpnts i 1 iside new sizef 0 b2 pfs 2 dblpnts i iside new sizef 0 b2 pfs 3 dblpnts i iside 隐藏线和隐藏面的处理部分 dim insectpoint as pointf 中间变量 存储交点 if i 1 andalso getintersectpoint pfs 1 pfs 2 dblpnts i 2 iside dblpnts i 1 iside insectpoint 1 then pfs 1 insectpoint end if shoulddrawpolygons add pfs next end sub 立体图添加阴影和阴影消隐处理 dim b as new solidbrush map backcolor if minemap mapping map parameters networkdrawtype enums networkdrawtype solidgraph andalso hideplygons isnot nothing then for i as integer 0 to ts count 1 for j as integer 0 to ts i shoulddrawpolygon count 1 if ts i shoulddrawpolygon j is nothing then continue for g fillpolygon brushes black ts i shoulddrawpolygon j next next for j as integer 0 to hideplygons count 1 g fillpolygon b hideplygons j toarray next end if 5 在交叉点处进行侧面填充的消隐 在交叉点处进行侧面填充的消隐所需要的大量数据已经在双线消隐计算中计算出 为提 高系统的运行效率 对双线消隐函数进行修改 利用双线消隐的中间计算数据来计算侧面填 充的消隐 侧面填充消隐以后就可以得到通风系统立体图 效果如图3所示 6 结论结论 1 完全采用巷道的原始数据 采用计算机实现了矿井通风系统立体图按比例快速自 动绘制 从视觉上反映巷道的长短 真实感强 2 假双线 法是一种新的通风系统立体图的快速自动绘制方法 已经在三河尖矿井 通风仿真系统ventgis中应用 图3就是三河尖矿自动绘制的双线图的一部分 实际应用表 明 假双线 法具有计算量小 执行效率高和易于实现等特点 应用该方法可以大大提高通风 系统立体图的自动绘图速度 又能直观反映出矿井巷道间的空间层位关系 对于研发 改进 矿井通风仿真图形系统具有一定的参考价值 参考文献参考文献 1 魏连江 方宗武 王红胜 三维可视化技术在矿山开采辅助设计中的应用研究 j 矿业工程 2006 4 03 61 63 2 王德明 李永生著 矿井火灾救灾决策支持系统 北京 煤炭工业出版社 1996 10 14 93 3 魏连江 王德明 基于构件的矿井通风安全管理系统的开发研究 j 中国矿业 2006 15 12 25 27 4 郝天轩 李辉等 矿井通风系统平面图自动绘制系统的研制 j 中国煤炭 2005 31 03 28 30 5 李钢 陈开岩 何学秋等 矿井通风系统巷道自动绘制方法研究 j 煤炭科学技术 2006 6 34 6 50 53 6 魏连江 王德明等 构建矿井通风可视化仿真系统的关键问题研究 j 煤矿安全 2007 38 07 6 9 7 魏连江 矿井通风仿真可视化研究 d 中国矿业大学 2008 8 王德明 王月军 吕庆刚 矿井通风系统立体图的绘制 j 煤矿安全 1996 12 7 9 9 黄继声 矿井通风设计自动化 j