萨三维VRMine8实施方案.doc

数字*庄煤矿三维根底模型建立实施方案2008年5月9日三维实体建模是“数字矿山〞的根底工作，它至少承载着二项重要内容：实体几何形态、属性和相互关系描述；为煤矿的生产、平安和管理提供根底地理信息三维实体建模工作的主要内容包括：1. 地质体描述：表达人们对矿床自然赋存状态的认知，是勘探和生产各阶段勘探和地测部的工作成果的积累，也是进一步各项生产工作的根底2. 巷道和工作面描述：表达采掘工程和生产现状3. 主要掘进、开采、通风、排水和运输设备和关键平安控制设备的描述4. 建模的目的除了几何描述和观察的直观之外，为矿山地测、通风、开采、调度、机电、运输、防灾、排水等各项工作的根底数据和消息来源5. 注重实用，能够为日常工作〔如：生产调度、平安监控〕效劳直接效劳于煤矿的平安生产和生产三维实体模型是“数字矿山〞的根本几何表述，是“数字矿山〞的最重要的核心局部，所形成的系统是搭建“数字矿山〞中其他专业系统的根底平台1、本工程领域科技现状1．1 国外在国际上，加拿大、芬兰、瑞典等国家，围绕采、掘、运矿山生产流程，在矿山信息网建立、技术信息适时管理、新机械应用与自动控制等方面制定了长远开展规划在专业系统应用方面，西方矿业界早在20世纪70年代初就将CAD技术应用于地质、矿业领域；80 年代末，随着三维地质建模和可视化理论和技术的开展,推动了矿山计算机辅助地质建模技术，一大批具有三维地质建模功能的地质采矿软件被开发应用。

90 年代中后期, 三维地质采矿软件逐渐成为矿山专业软件的主流国际著名的地质采矿软件公司相继开发了专业三维软件, 主要有GOCAD、TerraCube、EarthVision 、SPARC 、Supac 、GeoDepth、Geo 、GeoSec 3D、2D&3D Time—Depth Mapper、StratModel、IntegralPlus、MineScape、MineSoft 、Vulcan、DataMine、Medsystem /Mine2、Sight, whittle、MicroMine、ICAMPS和LYN*等总体来看，国外的地质和采矿类软件大局部有着较高的建模自动化程度、较好的三维表示能力并各具特色但建模的高度自动化实际上是这些软件在地质建模的瓶颈，阻碍着其地质建模的进一步开展个别软件，包括我国政府成认其储量评估方法的软件水平一般，建模粗糙、实用性很差受其可操作性、实用化程度的限制，受开采地质条件、生产作业习惯、成图自动化以及价格等因素的影响，国外的地质和采矿类软件在国内并没有得到很好的推广应用1．2 国内从开展阶段来看：国内的矿山计算机应用主要有两个阶段，第一阶段是80年代到90年代末，国内的地测计算机应用主要是一些根本和简单的数据库管理系统和MicroStation、 AutoCAD、MapInfo二次开发，其目的是地测图件的计算机化；第二阶段是近几年的广泛和系统的应用。

矿山各专业部门都开发和应用了相应的专业信息管理系统，并形成了一定的信息化规模生产领域有煤矿地测信息系统、复杂地质条件综合保障系统、采矿设计系统、机电运输管理系统等；平安领域有通风平安信息系统、平安监测实时预警系统及井下人员跟踪识别救护系统等；管理领域则开发了煤矿ERP系统、设备管理系统等目前、国内的三维系统研发已经起步，开发的技术途径有两种：一是在已有的三维平台上二次开发〔如：3DMa*〕；二是自主平台〔如：灵图的地面模型〕但真正能够实用并可以应用于煤矿的产品，目前只有**集灵信息技术**的CGis3D1．3 现状随着煤矿经济形势的好转，近年来煤矿信息化建立有了长足的开展许多煤炭企业已将矿山信息化改造和数字矿山技术作为科技开展战略中的重中之重，并将宽带网建立、矿山根底信息数字化、煤矿地测信息系统及其它煤矿生产专用软件的开发作为当前工作的重点但三维的现状是：① 国外的三维软件界面和例子可以很漂亮，但实用化程度并不高②以3DMa*等通用的平台二次开发的结果就是构建了一个很漂亮的模型，这些模型也能与监控和生产控制系统进展联接，但这些模型或系统却只是一个“死〞模型、“死〞系统，几乎不能有任何的实际应用。

③灵图的地面模型解决了海量存储问题，但“她〞只局限“地面〞，更不能表达地质体④CGis3D虽然在三维光照效果上不尽人意，但在可操作性和实用性上到达了很高的程度，系统除了可以满足地测、设计、通风等专业应用外，还可满足生产、调度、监控、办公自动化的需要2、研究目标和内容随着国民经济的快速增长，能源的需求越来越大生产能力的提高、设备的老化、地质体和地质条件的不确定性、生产和平安形势空前严峻、人员的缺乏、计算机技术的推广和普及，这些都要求我们必须将有限的人力资源、将更多的时间和精力放在具体的、不可替代的生产和平安上，而不是在一些计算机做到更好、更快的事情上2．1 工程研究的目的、意义2．1．1 为煤矿各专业信息系统提供一个根底信息平台以三维模型或地测信息系统为平台，整合设计、通风、机电、运输及其他生产、平安和管理系统，直接利用模型资料和图件，保持数据的唯一性，防止数据冗余，防止重复工作，统一操作平台和操作方式，可以充分利用现有资源，实现软、硬件和数据资源共享，降低系统的建立和后期使用与维护费用，提高系统利用率，提高煤矿信息化和管理水平地理信息的根底性决定了描述矿山实体信息的模型系统在煤矿各种信息系统中的根底、核心和平台地位。

数字矿山〞的前提是地测信息化、矿山实体的三维模型化2．1．2 为煤矿各专业信息系统提供一个图形化、GIS化的信息平台地理信息系统〔GIS——Geographic Information System〕以图形为根本的描述语言，除了可以表示和处理一般的信息，表示和处理信息的空间几何属性外，它还可以记录信息对象的时空和其他内外部关系并对之进展分析研究数字矿山〞就是采用计算机技术，用数字方式〔数据库、报表、网页、图形、三维光照模型〕来描述、展示、分析和控制矿井生产所涉及的各种实体对象，即以数字方式构造一个虚拟的矿井和其生产系统它是对我们生产历史和现状的动态模拟和再现煤矿生产系统是以煤层为目的的，生产所涉及了各种实体对象皆与空间位置密切相关，如：① 人〔井下人员位置〕；② 复杂和认知有限的地质体〔地层、矿层、地下水分布和各种构造〕；③ 生产巷道系统；④ 生产和辅助生产系统〔运输、通风、电力、机电设备、给排水、平安监控、防避灾、调度〕；⑤ 与之相关的地面设施和建筑等这些对象均具备空间几何属性和其他非空间属性, 其中的控制性对象〔地质体和巷道〕就是地测对象，我们必须用图形的方式来表述它们的空间几何属性。

直观表述的意义并不仅仅只是为了直观，而在于它能使我们更简单、更方便、更全面和透彻的了解煤矿矿层赋存状态、生产系统和平安系统现状，从而影响生产、平安和管理水平，而这一切又仅仅源于一个直观性2．1．3 为煤矿生产和管理部门提供一个实时化的信息平台煤矿的生产实体系统是动态的：人是运动的，风流在巷道中运动着，巷道在向前掘进，采煤工作面在向前推进，各种机电设备在运行……生产对象的动态特性要求我们必须实时监控矿井生产现状，包括：地质体和煤层的赋存状态、巷道掘进到什么位置、主要巷道和工作面的风速、风量、瓦斯含量和浓度；人员位置；机电设备运行的开关量和运行性能参数……掌握生产现状是指挥和控制生产的前提条件显然，系统将为调度和指挥提高最新和最全面的信息，极大的提高生产指挥的准确性、科学性和即时性2．1．4 为煤矿生产部门提供一个先进实用的制图和管理工具利用计算机这个现代化工具，可以充分发挥GIS对空间地理数据的分析能力，将大量人力物力从繁重的资源档案管理，人工统计、手工制图制表等工作中解放出来，提高工作效率，将更多的时间和精力投入到非机械化的分析和管理工作中去2．1．5 提高矿井生产和平安管理水平矿井生产前期的勘探、矿井设计，生产中的采区设计、人员和生产管理，后期的洗选、煤质、运销、财务等，这些都是有机的结合在一起的，是一条生产和销售线上的不同环节。

现有的各类信息系统只是这些不同环节的数据表示和分析应用，系统间是独立的所以，深化应用和挖掘现有的系统资源，整合现有系统，共享和综合各系统的专业信息，最终构建一个数字化的虚拟企业集团可以提升企业的平安、生产、进度和效率管理能力，增加各部门工作的协同性2．1．6 形成一个实用化、专业化的GIS系统CGis系统是一个现有和成熟的地测系统，已应用于全国二百多个矿井，近一百个勘探和设计部门CGis3D是CGis的三维版本，本次研究基于CGis3D构建*庄的矿山模型，并着力解决以下问题：①地测系统过分专业的问题煤矿是一个复杂的巨型系统，时间上实时动态、空间上有地面和地下〔三维多层〕、专业上涉及很多领域②“软数据〞的应用问题资料的原因使得我们对于地质体的描述总是处于一种不确定的状态，矿井地质工作者的的背景地质知识和经历这种“软数据〞必需通过专业系统才能得到“录入〞、表示和运用③地质体描述问题断层、褶曲、陷落柱、岩浆侵入等构造现象，岩石相变、地层冲刷等沉积现象，多层地质模型建立涉及的技术问题④与生产、平安和管理严密联系的问题矿井生产〔人员、机电〕和平安〔通风、瓦斯、水文〕数据必须实时显示就是说，系统必须与现行的生产和平安监控系统严密联系起来。

⑤系统与生产和平安硬件系统间接或直接接口能力〔基于OPC标准采集硬件数据和/或控制生产或平安硬件〕⑥标准化问题专业的思维习惯、操作方法、规程和标准必需表达⑦专业应用中的分析和计算方法必须作为系统的一个组成局部，严密的结合进来数字矿山〞的开发和应用，不仅可以在理论上丰富地测制图技术、断层处理技术、模型建造理论、WEBGIS理论、矿山信息系统整体构架等技术，还可以效劳于矿山生产和平安，为矿井的生产、管理和控制提供一种全新的工作方式2．2 主要研究内容、技术经济指标① 实用化三维系统的根本问题在于应用，而不仅仅是一个直观性的问题超越“中看不中用〞的界限，使CGis3D实用化CGis3D及其所建模型将可以直接应用于地测、设计、通风、机电、运输等专业部门②建立矿山模型以当前回采的工作面为重点，建立*庄矿的三维实体模型，包括：地层模型、巷道模型、工作面模型、地面模型、地物模型等③虚拟生产系统建立各种主要设备实体模型将设备模型和监控点对象与实际生产对象形成一一对应关系④ 实时监控基于OPC标准，实时获取监控数据，获取设备的生产和运转状态通过矿山模型实时反响实际的生产现状通过实际应用，在对系统进展改进或进一步设计时，充分考虑矿井其他的生产和平安信息系统应用；考虑对这些系统的接口、扩大和融合能力；考虑系统对监测和监控系统实时数据的获取、展示能力；考虑系统今后对生产和平安设备的远程控制能力。

系统的规模和体系构造应能够担当起煤矿根底信息平台的作用2．3、关键技术、技术创新及研究方法矿井的生产、平安、开采和运输系统是极其复杂的；每一个矿井内的地质体都是极其难以准确描述的……建立矿山模型本身就十分的复杂和繁琐CGis3D 是CGis的升级换代产品，在三维实体描述上有长足的开展，但在3D光照和描述上仍然有许多问题需要我们在实际应用中发现和改进① 系统框架问题：表现在两个方面，一是各专业部门间信息叠加所导致的复杂性，二是地质体自身的复杂性实物的复杂体系构造必然对应一个复杂的“软件〞体系构造② 地质曲面和表示问题：完善现有的曲面表示技术在多种曲面表示方法中选择一种或多种方法，以曲面拼合的方式来解决③ 断层处理、平剖面对应问题：三维地质模型的建立是解决这个问题的根本途径，这里需要用到预。