三维矿山远程监管系统设计方案.doc

1 三维矿山远程监管系统设计方案三维矿山远程监管系统设计方案 2 目 录 一 矿山三维地下监管设计方案介绍 3 二 矿山真三维地质建模 5 三 三维矿山模型的基本操作 管理与浏览 7 四 矿山采矿和储量动态监管 7 五 矿山地上 地下安全生产的动态监控 9 六 显示在线设备 9 七 矿山地下三维实时监控 9 八 矿山地下三维实时定位 10 九 井下人员 设备 轨迹回放 12 十 鼠标悬停提示属性信息 13 十一 地下三维场景漫游 13 十二 小窗口平面导航 13 十三 矿体任意切割和储量信息查看 14 3 一 三维矿山远程监管系统设计方案介绍一 三维矿山远程监管系统设计方案介绍 三维矿山远程监管系统通过建立矿山的真实三维模型 逼真的显示矿山的 矿体形态 采矿情况 空间环境及采矿人员和设备的实时状况 为矿山管理 高效采掘 安全生产 领导决策 矿山技术培训 矿井优化设计等提供更直观 的信息 主要功能包括 矿山的地上地下一体化三维建模 其中包括矿山的地表模 型 三维钻孔模型 井巷模型 矿床构造模型 矿体模型 岩层模型 采空区 模型 备采模型和开采边界模型等 在精细三维矿体模型上 可以准确表达可 开采矿层的地质块段构成 各块段的编号 平均品位 厚度 可采储量 储量 级别等完整信息 可以实现矿山采矿和储量动态监管 可以支持设定年度备采 区 圈定三维备采模型 分析准备开采的块段及各块段动用量 在可视化环境 中任意地圈定目标矿体并快速地实现相关属性数据的查询 检索和统计 也可 以通过给定属性条件快速查询感兴趣的目标矿体的空间形态 特征及其空间数 据 在开采年度结束时 可以快速地建立其采空区的三维模型 并与原定备采 区进行叠加分析和量测 快速评价是否按计划采矿 统计超计划开采部分和未 完成计划部分 并且用形象 逼真的三维体模型展示和查看相关的矿体形态 空间位置 矿石品位 矿石量及其他有关信息 还可以动态地表达逐年的备采 和开采矿石的空间位置和矿石量 准确与含储量块段的三维矿体模型进行叠加 分析 以此动态监管矿山逐年采矿情况和储量变化情况 实现矿山开采过程动 态监控 可进入虚拟采掘巷道中飞行漫游 规划最佳的开采路径 实现三维矿 山的穿层越界采矿监管 通过和矿山地下 RFID 监控设备结合 采用三维建模和 模拟功能 还可以对矿山地上 地下安全问题进行有效的监控 合理计划未来 开采方案 进行进度和安全控制 规避矿难事故的发生 制定地上 地下灾害 应急预案 进而建立矿山灾害预警和应急指挥系统 当事故发生后 本系统可 以快速支持救援方案的制定和实施 实现领导 专家现场和远程的三维可视化 会商和应急指挥 系统结构如图 1 图 2 所示 4 图 1 三维矿山监管系统结构图 矿 山 三 维 模 构 建 矿 山 三 维 模 展 示 地 下 安 全 生 产 的 动 态 监 控 矿 山 采 矿 和 储 量 动 态 监 管 矿 山 采 矿 和 储 量 动 态 监 管 矿 山 井 下 人 员 和 设 备 定 位 轨 迹 回 放 矿 体 任 意 切 割 和 查 看 矿山三维模 型数据库 矿产资源储 量数据库 地面高程模 型数据库 FRID 实时 监测数据 5 图 2 系统拓扑结构图 二 二 矿山真三维地质建模矿山真三维地质建模 实现各类矿山的地上地下一体化三维建模 建立矿山的地表模型 三维钻 孔模型 井巷模型 矿床构造模型 矿体模型 岩层模型 采空区模型 备采 模型和两权范围模型等 准确表达可开采矿层的地质块段构成 各块段的编号 平均品位 厚度 可采储量 储量级别等完整信息 如图 3 图 4 所示 6 图 3 全要素矿山模型 图 4 地上地下一体化的矿山模型 7 三 三 三维矿山模型的基本操作 管理与浏览三维矿山模型的基本操作 管理与浏览 为方便用户在 B S 模式下浏览编辑矿山地下三维模型 开发的系统工具条 及右键菜单功能 实现了三维模型的单选 框选 放大 缩小 旋转 转换视 角 添加注释和系统设置等基本三维模型操作功能 如图 5 所示 系统提供了人性化的图层管理模块 可以设置任意图层的显示状态 打开 所有图层 关闭所有图层 查看图层包含对象信息等 提供在三维模型内部 外部选择任意线路进行线路漫游 查看矿体任意块 段储量信息及其它属性信息 图 5 露天矿山模型浏览 四 四 矿山采矿和储量动态监管矿山采矿和储量动态监管 可以支持设定年度备采区 圈定三维备采模型 分析准备开采的块段及各 块段动用量 在可视化环境中任意地圈定目标矿体并快速地实现相关属性数据 的查询 检索和统计 也可以通过给定属性条件快速查询感兴趣的目标矿体的 8 空间形态 特征及其空间数据 在开采年度结束时 可以快速地建立其采空区 的三维模型 并与原定备采区进行叠加分析和量测 快速评价是否按计划采矿 统计超计划开采部分和未完成计划部分 并且用形象 逼真的三维体模型展示 和查看相关的矿体形态 空间位置 矿石品位 矿石量及其他有关信息 还可 以动态地表达逐年的备采和开采矿石的空间位置和矿石量 准确与含储量块段 的三维矿体模型进行叠加分析 以此动态监管矿山逐年采矿情况和储量变化情 况 如图 6 所示 可进入虚拟采掘巷道中飞行漫游 规划最佳的开采路径 实现三维矿山的 穿层越界采矿监管 基于本系统 可建立矿山两权范围 定期更新开矿模型 采用多种三维空间分析方法 动态监管穿层越界采矿行为 对超出规定边界和 高程的巷道等采矿工程进行快速查找 查询和预警 制定越界开采处置预案 及时发出警告和劝阻 有效地监管和防止穿层越界采矿 图 6 矿段精细管理 9 五 五 矿山地上 地下安全生产的动态监控矿山地上 地下安全生产的动态监控 通过和矿山地下 RFID 监控设备结合 采用三维建模和模拟功能 对矿山地 上 地下安全问题进行有效的监控 合理计划未来开采方案 进行进度和安全 控制 规避矿难事故的发生 制定地上 地下灾害应急预案 进而建立矿山灾 害预警和应急指挥系统 当事故发生后 本系统可以快速支持救援方案的制定 和实施 实现领导 专家现场和远程的三维可视化会商和应急指挥 六 六 显示在线设备显示在线设备 可实时查看当前正在井下作业 在线 的人员和设备 并标注出人员信息 和设备类型 人员 矿车 铲车 挖掘机等 在线设备高亮显示在页面上 不 在线设备以暗色显示在页面上 七 七 矿山地下三维实时监控矿山地下三维实时监控 实时监控是通过获得矿山或者监控站的 RFID 监控实时信息 对矿山监控点 矿山井下人员进行实时的监控 实时反映监测点的迎头报警 越界报警 RFID 监测分站实时将监测数据上传到数据服务器 客户端实时读取数据库数据 并 在三维模型相应的监测分站模型中显示报警信息 如图 7 图 8 所示 10 图 7 矿山地下三维实时监控模块 图 8 矿山地下三维实时监控 八 八 矿山地下三维实时定位矿山地下三维实时定位 矿山井下人员实时定位可以实时定位矿山监测点监测范围内的矿山人员或 者设备 通过读取数据服务器上人员 设备 的位置信息 实时在真三维模型 中定位矿山人员或者设备的具体位置 RFID 监测分站实时将矿工或者设备的位 置信息上传到数据服务器 客户端实时读取数据库数据 并在三维模型相应的 监测分站模型中显示矿工姓名 矿工编号 并在相应坐标创建一个矿工模型 直观的在三维视图中呈现 流程如图 9 图 10 所示 颜色闪动Web 客户端报警信息 RFID 监测分站 数据库 11 图 9 矿山地下三维实时定位模块 图 10 实时在线设备及人员显示 Web 客户端 位置信息 RFID 监测分站 数据库 定位到分站模型 人员实时定位 12 九 九 井下人员 设备 轨迹回放井下人员 设备 轨迹回放 历史轨迹回放是通过读取矿山监控数据库服务器上一个或多个人员 设备 的历史位置信息 回溯和重现人员及采矿设备在井下活动状态 用户选择回溯 日期 具体的人员 一个或多个 从数据服务器上读取数据 在三维视图中回 溯和重现人员及采矿设备任意时刻在井下活动状态 如图 11 所示 图 11 井下人员 设备 轨迹回放 13 十 十 鼠标悬停提示属性信息鼠标悬停提示属性信息 在矿山地下三维模型中 矿体 监测点等对象带有属性信息 矿体对象有 资源储量类型 品位信息 矿石类型 矿石含量等信息 监测点对象带有分站 地址 报警状态等信息 将鼠标放在要查看的对象上 即可弹出属性信息窗口 鼠标移开窗口自动消失 如图 12 所示 图 12 鼠标悬停显示对象属性 十一 十一 地下三维场景漫游地下三维场景漫游 按任意指定线路 指定高度漫游 可实现对矿山三维模型内部的细致查看 把漫游线路放在巷道内时 可实现巷道内漫游 十二 十二 小窗口平面导航小窗口平面导航 在多层巷道中漫游时 提供小窗口平面图的导航显示功能 如图 13 红框所 示 14 图 13 平面导航小窗口 十三 十三 矿体任意切割和储量信息查看矿体任意切割和储量信息查看 对由三维系统建立的矿区块体模型 可以在矿区内任意圈定备采范围 系 统的 任意块段查看 功能会将矿区块体模型中包含在该范围内的块段裁剪出 来 并给出其相应的属性信