三维可视化矿山安全生产管理系统结构的设计

三维可视化矿山安全生产管理系统结构的设计1引言由于我国地质条件复杂，矿井生产又受特殊工作环境的限制，充分掌握矿ft整体环境、矿井环境、设备等信息，对于矿ft生产管理、安全保障等都具有十分重要的意义。自1999年首届“国际数字地球”大会提出了“数字矿ft”以来，经过十多年的发展，国外在数字矿ftGIS矿ft软件，包括三维虚拟矿ft。我国大多数矿井内部三维模型较少考虑矿ft对全景激光移动测量、虚拟现实等技术进行研究，建立了实景三维矿ft框架，同时对其关键技术进行研究，可以为数字矿ft实景三维概述实景三维GIS是在二维GIS的基础上，通过移动测量系统增加连续的地面可量测影像库作为新的数据源，并通过开放的GIS软件平台与其实景三维数据无缝集成，从而为用户理。移动测量系统移动测量系统（MobileMappingSystemMMS）是在移动载体（机动车、铁路机车、飞机或无人机）上装配GPS（全球定位系统）、CCD（摄影测量系统）、惯性导航系统（INS）等先进的传感器和设备，在载体的行进之中通过摄影测量的方式快速采集地有用的专题数据。可量测实景影像可量测实景影像（DigitalMeasurableImage，简称DMI）是一种以地面近景摄影测量包直接对立体影像进行测量、信息提取，并与其他基础地理信息产品集成。可量测实景影像可通过移动测量系统采集，并可通过开发与其他测绘地理信息产品进行集成，实现实景三维显示、量测、统计分析等功能。以5m间隔采集一次覆盖地表360范围的影像。通过沿矿区道路进行地毯式扫描，即可建立矿区海量DMI立体影像库。该影像库实际上全方位地记录了矿区地面的真实环境和三维空间尺寸，从而可以构成矿ft实景三维景观，为实景三维矿ft地面实景三维数据支持。系统平台框架利用全景激光移动测量系统，并结合矿ft各类安全传感器（人员定位、瓦斯监控、视频监控等），可以实现矿ft安全系统集成，为矿ft系统架构设计如图1所示。系统建设关键技术实景三维矿ft安全生产管理系统的实现涉及众多的学科知识,主要包括三维空间数据获取、数据模型与数据结构及虚拟现实等关键技术。从图1中可以看出,数据获取是本系统的数据来源,数据存储是数字矿ft系统的基础，数据表达是数字矿ft系统的核心。三维空间数据获取数据获取是建立实景三维矿ft安全生产管理系统的基础工作。数据的准确程度是数据模型精度及空间分析准确性的关键。矿ft数据获取主要集中在实景影像数据、矿ft测量数据、三维激光扫描数据等方面。为此，数据的获取具有多源性特点,应根据数据模型和数据结构实施有效的组合和叠加,保证数据的质量和数量。除了传统测量、地质钻探等方法,矿ft三维空间数据获取现代技术主要有以下方法：基于移动测量技术的实景影像采集。MMS由于其自身的特点，可量测实景影像无论从采集方式、数据表达的直观性、数据的丰富程度、后期数据处理上都较传统矿区二维平面地图有质的改进。此外，由于MMS采用地面近景摄影测量原理，除了获得矿ft基础空间数据外，同时获得高分辨率立体影像数据。通过建立矿ft基础影像数据库，可方便地进行实景三维地图、地物普查数据与实物的比对，从而可以构成矿ft基础普查数据质量检查体系。基于地形数据的三维建模。数字摄影测量是获取地面三维数据较为精确和可靠的技术,利用数字摄影测量系统可以得到矿区地表影像及DEM。利用VBA的二次开发对DEMTIN进行数据处理，再利用ArcGIS下的ArcScene模块实现矿区地面环境的虚拟建模。利用该方法进行矿区三维建模与传统测量方式相比，它具有精度高、成本底、周期短、外业工作量少等优点。基于便携式激光扫描技术的巷道三维建模。三维激光扫描即利用数据实景复制技术,采用中短距三维激光扫描仪采集扫描矿ft巷道点云,这些点云用点、多边形、曲线或曲面等形式描述,可以建立几何模型,同时配合其他但数据量大，需要进行数据简化和压缩，以便更好地用于矿ft巷道的三维扫描及矿ft安全生产管理平台实际使用。数据模型和数据结构实景三维矿ft安全生产管理系统由于涉及众多类型数据，为典型的多维动态系统。要对其数据进行抽象与表达,就要研究能够对复杂地理现象进行动态描述和实时表达的时空数据模型。空间数据结构是指带有结构的数据元素的集合，要建立实景三维矿ft安全生产管理系统的时空数据模型,就必须采用一种对其能够准确表达的时空数据结构。在三维空间数据模型方面,国内外已经进行了众多的研究,提出了多种三维数据模型。一般可以将数据模型分为面模型、体模型和混合模型。矿ft空间对象具有如下特点：几何形态和空间关系的高度复杂性；几何特征和内部属性变化的不确定性。在研究面向矿ft空间三维数据模型和数据结构时,首先必须对这些特点有足够的认识,才能找到最合适的三维实体的表达方式和建模方法。虚拟现实技术实景三维矿ft安全生产管理系统以仿真与虚拟现实技术为支撑，能够对矿ft周边环境进行三维场景设计,从而对矿区开发、运营状况进行监测，对生态环境进行实时监测与时空模拟，评估矿ft开采对自然生态环境的影响。同时，通过对开采巷道的建模，能够实现对井下开采状况的管理，以及进行巷道变形监测、巷道应力分析、井下巷道贯通、井下场地开拓、超欠挖测量、储量计算等。利用模型可以对井下采场矿ft压力显现、岩层移动等进行实时监测，对矿ft火灾、水灾、瓦斯和煤尘爆炸等进行动态仿真，对采空区进行数字定位。从而实现对整个矿ft进行现实模拟，且模拟场景可以多维度、多视角、多分辨率等方式显示。整个三维矿ft安全生产管理系统利用虚拟技术能够实现矿ft数据的可视化集成，能够为科学开采和管理矿ft提供技术支持。结语随着国民经济的高速发展和工业化进程的快速推进,矿ft安全生产面临着重大挑战。实景三维矿ft安全生产管理系统通过利用车载全景激光移动测量系统、便携式三维激光扫描技术、虚拟现实技术等，实现矿ft信息的获取、存储、传输、表达及应用，能够为建设智慧矿ft提供技术保障。参考文献吴立新.数字地球、数字中国与数字矿区[J].矿ft测量，2000，3（1）：6-9.李梅，毛善君.数字矿ft中3DGIS 关键技术研究[J].煤炭科学技术，2004，32（8）：44-48.僧德文，李仲学，李春民，等.矿床的三维可视化仿真技术与系统[J].北京科技大学学报，2004，26（5）：453-456．程朋根，龚健雅地勘工程三维空间数据模型及其数据结构设计[J].测绘学报，2001，30（1）：74-81.杨建宇，秦德先，