煤礦數(shù)字化智慧礦山整體解決煤礦維綜合管理系統(tǒng)

8.1地質模型、巷道模型和機電設備模型等的建立及可視化 238.1.1地層與斷層建模與三維可視化 238.1.2巷道幾何建模及可視化 258.1.3鉆孔自動建模及可視化 278.1.4工作面、采空區(qū)、積水區(qū)、異常區(qū)等建模與三維可視化 288.1.5機電設備的建模與三維可視化 308.1.6煤礦管網(wǎng)的建模與三維可視化 338.2三維編輯平臺 368.2.1三維自動建模功能 368.2.2第三方模型導入 368.2.3場景設置 378.2.4場景匹配 378.2.5圖層控制 378.2.6視圖控制 378.2.7對象編輯 388.3三維管理一體化平臺 398.3.1三維漫游 428.3.2視頻和圖片輸出 478.3.3坐標、距離和面積量測 478.3.4屬性信息查詢 488.3.5通風線路、避災線路等模擬 498.3.6三維剖切 508.3.7井上下環(huán)境監(jiān)測信息實時顯示 518.3.8井下設備綜合自動化信息查詢與顯示 538.3.9工業(yè)視頻數(shù)據(jù)接入 568.3.10危險源三維預警 578.3.11工作面設計 598.4網(wǎng)絡三維管理平臺（系統(tǒng)） 608.4.1三維綜合管理平臺 608.4.2三維管理平臺 618.4.3監(jiān)測監(jiān)控與應急救援 61煤礦三維綜合管理系統(tǒng)是面向煤礦定制開發(fā)的可視化應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠與二維LongruanGIS無縫集成，構建包含各種復雜地質構造（正斷層、逆斷層、陷落柱、含水層、老窯區(qū)等）的高精度三維地質透明化模型，并實現(xiàn)基礎地測數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。有效地支持大型數(shù)據(jù)庫和實時信息流通訊技術，集成安全監(jiān)測、綜合自動化、通訊視頻等各類工業(yè)實時數(shù)據(jù)，構建礦井“采、掘、機、運、通”專業(yè)仿真模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)全礦井“監(jiān)測、管理、控制”的一體化，最終實現(xiàn)基于三維虛擬礦井平臺的網(wǎng)絡化、分布式綜合管理，為煤礦安全生產(chǎn)管理提供保障。主要技術特點：自主開發(fā)技術水平領先的三維圖形引擎、三維編輯工具、專業(yè)應用系統(tǒng)和二次開發(fā)接口；（1）與二維LongruanGIS無縫集成，根據(jù)地質勘探數(shù)據(jù)、三維地震數(shù)據(jù)、井上下測量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)高精度三維地質建模和可視化；（2）實現(xiàn)了從宏觀場景到微觀場景的任意漫游瀏覽，可自定義飛行路線，進行瀏覽、查詢、編輯等交互操作，支持與3DMax的導入導出；（3）基于三維可視化系統(tǒng)的專業(yè)應用，包括地測、通風、生產(chǎn)、安全預警、監(jiān)測監(jiān)控、綜合自動化集成、應急救援等模塊，實現(xiàn)地質模型剖切、通風線路模擬、生產(chǎn)過程模擬、應急救援演練等功能；（4）集成綜合自動化數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、通訊視頻數(shù)據(jù)等，通過簡單的配置即可直觀顯示監(jiān)測設備位置、控制設備位置以及運行狀態(tài)參數(shù)；（5）提供B/S與C/S模式，支持多用戶、多級別、多專業(yè)的架構部署。8.1地質模型、巷道模型和機電設備模型等的建立及可視化8.1.1地層與斷層建模與三維可視化系統(tǒng)利用復雜地質條件下三維地質模型建模技術，利用點數(shù)據(jù)（如鉆孔、探煤點、導線點、實際煤層底板修改數(shù)據(jù)等）和邊界數(shù)據(jù)（如斷層、陷落柱、礦區(qū)邊界等），能快速生成各個煤層和其它地層的三維模型，如圖8-1所示。圖8-1急傾斜高精度三維地質模型將斷層、陷落柱、裂隙、向斜軸、背斜軸、逆轉軸、巖漿侵入等數(shù)據(jù)自動生成三維模型。如圖8-2所示。圖8-2基于復雜形態(tài)的地層和斷層自動建模

8.1.2巷道幾何建模及可視化將井筒、巷道、硐室、煤倉、水倉及其他井下數(shù)據(jù)自動生成三維模型，以及巷道空間形態(tài)可視化、巷道斷面可視化等。如圖8-3、圖8-4、圖8-5所示。圖8-3巷道三維數(shù)據(jù)提取圖8-4巷道自動提取的選項菜單圖8-5自動生成的巷道模型

8.1.3鉆孔自動建模及可視化將地質鉆孔、注漿孔、水文觀測孔、瓦斯抽放孔、排水孔、電力電纜孔、水文地質鉆孔、井下疏放水鉆孔等數(shù)據(jù)自動生成三維模型。如圖8-6所示。圖8-6鉆孔模型

8.1.4工作面、采空區(qū)、積水區(qū)、異常區(qū)等建模與三維可視化從二維圖形中，自動提取工作面、采空區(qū)、積水區(qū)、異常區(qū)等數(shù)據(jù)，結合其他三維數(shù)據(jù)自動生成三維模型。如圖8-7、8-8、8-9所示。圖8-7自動生成采空區(qū)和積水區(qū)三維可視化圖8-8自動生成工作面三維可視化圖8-9自動生成采空積水區(qū)三維可視化

8.1.5機電設備的建模與三維可視化機電設備的建模是虛擬煤礦或煤礦三維可視化的重要組成部分，他們將為綜合自動化與三維可視化的結合奠定基礎。參見圖8-10～圖8-14。圖8-10設備建模1圖8-11設備建模2圖8-12設備建模3圖8-13設備建模4

圖8-14設備建模58.1.6煤礦管網(wǎng)的建模與三維可視化對于虛擬煤礦或煤礦三維可視化而言，管網(wǎng)也是其有機組成部分。參見圖8-15～圖8-19。圖8-15管網(wǎng)建模1圖8-16管網(wǎng)建模2圖8-17管網(wǎng)建模3圖8-18管網(wǎng)建模4圖8-19管網(wǎng)建模5

8.2三維編輯平臺8.2.1三維自動建模功能將井下地測基礎圖形自動生成三維地層、巷道、鉆孔、采空區(qū)等模型、建立拓撲關系，使二、三維數(shù)據(jù)同步更新。圖8-20顯示了三維自動建模的功能。圖8-20地測自動建模菜單介紹8.2.2第三方模型導入實現(xiàn)了地表工廣、建筑、樹木等3DMax數(shù)據(jù)，三維地測建模數(shù)據(jù)的導入和導出。如圖8-21所示。圖8-21地表工業(yè)廣場導入和可視化效果8.2.3場景設置實現(xiàn)各種三維場景屬性的配置。包括圖層設置、指南針設置、背景顏色設置、顯示方式設置、圖片導出、地理網(wǎng)格、天空盒等功能。8.2.4場景匹配通過交互編輯，平移、旋轉等，將3DMax模型、自動生成的地測模型、天空球、地層輪廓等無縫匹配到一起。8.2.5圖層控制場景中的各類型數(shù)據(jù)以圖層形式進行組織分層管理。包括圖層可見性、圖層顏色材質、圖層是否碰撞監(jiān)測、圖層渲染序號等。如圖8-22所示。圖8-22圖層管理器界面8.2.6視圖控制實現(xiàn)三維場景中的視圖控制。視圖平移、視圖旋轉、視圖縮放、頂視圖、底視圖、前視圖、后視圖、左視圖和右視圖，顯示模式等。8.2.7對象編輯實現(xiàn)了對三維實體的鼠標選擇、框選擇、移動、旋轉、縮放、模型拉伸、實體剖切等。如圖8-23所示。圖8-23對象編輯管理界面

8.3三維管理一體化平臺實現(xiàn)工業(yè)廣場主要建筑物、道路、綠地、樹木、煤倉、井口等的建模與可視化，如圖8-24所示。圖8-24工業(yè)廣場三維可視化實現(xiàn)井口、井下主要巷道、采煤設備、運輸設備的建模和可視化。如圖8-25、圖8-26。圖8-25副井罐籠三維可視化及其漫游圖8-26井下巷道三維可視化及其漫游工業(yè)廣場可視化與巷道三維可視化、各個煤層三維可視化等進行疊加，即可形成一種新型的井上下對照圖，即三維井上下對照圖，如圖8-27、圖8-28所示。圖8-27地形與風井的匹配與可視化圖8-28三維井上下對照圖

8.3.1三維漫游三維漫游是礦井虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要功能。包括系統(tǒng)提供自動漫游和手動漫游兩種漫游瀏覽方式。自動漫游：用戶可以通過自定義視點位置、視線方向、視點高度、俯仰角大小以及漫游速度任意進行三維場景自動漫游。手動漫游：系統(tǒng)提供鼠標、鍵盤或游戲桿控制，實現(xiàn)三維場景的任意瀏覽。如圖8-29至圖8-37所示。圖8-29工業(yè)廣場家屬區(qū)的小花園場景漫游圖8-30調度室內部場景三維可視化及其漫游圖8-31井下三維可視化及其漫游圖8-32綜采工作面采煤機三維可視化及其漫游圖8-33綜采工作面三維可視化及其漫游圖8-34液壓支架三維可視化及其漫游圖8-35掘進巷道三維可視化及其漫游圖8-36掘進機三維可視化及其漫游圖8-37運煤皮帶三維可視化及其漫游8.3.2視頻和圖片輸出用戶通過“高分辨率出圖”功能，生成并輸出高分辨率的圖像，將用戶看到的場景中的部分區(qū)域，以標準的Windows位圖格式輸出到磁盤文件中。用戶通過“AVI輸出”功能，生成并輸出高分辨率的AVI視頻。8.3.3坐標、距離和面積量測查詢當前場景中指定點間的坐標信息，通過點擊當前場景中的某點，得到相應的X、Y和z值。測量任意兩點間距離同時顯示其水平投影距離和垂直投影距離。圈定任意區(qū)域，自動計算出區(qū)域面積。如圖8-38所示。圖8-38自動計算面積

8.3.4屬性信息查詢模糊查詢三維實體。并可以在數(shù)據(jù)庫中查詢三維實體的相關圖片、參數(shù)等屬性信息?？梢詮棾鰧υ捒?，也可以進行超鏈接等。如圖8-39、圖8-40所示。圖8-39查詢定位三維實體圖8-40地表建筑物數(shù)據(jù)參數(shù)查詢8.3.5通風線路、避災線路等模擬在三維場景中指定巷道，并制定模擬類型，實現(xiàn)風流、水流等線路的動畫顯示。如圖8-41所示。圖8-41通風線路粒子系統(tǒng)模擬展示實現(xiàn)計算機通風系統(tǒng)管理，實現(xiàn)巷道的三維顯示，瓦斯、風速、溫度的實時顯示，交互對系統(tǒng)圖中風門、風窗、風橋等通風設施的更改，根據(jù)最短避災路線的算法，對通風線路動態(tài)調整，達到最優(yōu)化配置。

8.3.6三維剖切系統(tǒng)提供在三維環(huán)境下任意剖面剖切的功能，用戶可以使用鼠標直接在屏幕上對地質體進行剖切，了解地質體的內部特征。系統(tǒng)提供了剖切面的自定義工具：剖切器。使用剖切器，用戶可以靈活定義剖切面的方位，實現(xiàn)三維自由度的任意剖切。系統(tǒng)界面如圖8-43、圖8-44所示。圖8-43三維剖切結果圖8-44三維剖切形成二維剖面及其平剖對應8.3.7井上下環(huán)境監(jiān)測信息實時顯示系統(tǒng)可以將井上下瓦斯監(jiān)測、防治水監(jiān)測、束管監(jiān)測、頂板壓力監(jiān)測、頂板離層監(jiān)測、人員定位監(jiān)測等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)在三維環(huán)境中直觀地進行展示，如圖8-45、圖8-46、圖8-47、圖8-48所示。圖8-45井下瓦斯監(jiān)測實時數(shù)據(jù)可視化顯示圖8-46水文監(jiān)測實時數(shù)據(jù)可視化顯示圖8-47綜采面礦壓監(jiān)測實時數(shù)據(jù)可視化顯示圖8-48分站人員監(jiān)控實時數(shù)據(jù)可視化顯示8.3.8井下設備綜合自動化信息查詢與顯示井下設備可視化與管理功能主要包括：（1）建立井下設備三維模型庫。系統(tǒng)提供各種井下設備的三維模型，包括采掘設備（如采煤機、掘進機等、液壓支架、刮板運輸機等）、運輸設備（皮帶運輸機、皮帶轉載機、礦車、小絞車、電機車等）、通風設備（主要通風機、局部通風機、風筒等）、給排水設備（如水泵）、提升設備（主井提升機、副井提升機）以及其它機電設備（如空壓機、移動變電站、礦用變壓器、高壓配電箱、低壓饋電開關、隔爆啟動器、乳化液泵站等）等。（2）設備參數(shù)和設備狀態(tài)查詢。在三維環(huán)境下，可以通過鼠標點擊查詢各種設備的參數(shù)（如設備編號、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家、購買日期、單價、使用年限、安裝地點、責任人等）以及狀態(tài)。查詢結果可以通過對話框、語音提示、動畫模擬、詳細介紹超鏈接等不同方式進行展示。（3）綜合自動化系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)顯示。在三維環(huán)境下，顯示綜合自動化系統(tǒng)的運行狀態(tài)。如圖8-49、圖8-50、圖8-51所示。圖8-49變電所設備信息與運行狀態(tài)查詢圖8-50機電設備三維可視化及生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢圖8-51地面皮帶自動化數(shù)據(jù)動態(tài)顯示

8.3.9工業(yè)視頻數(shù)據(jù)接入 系統(tǒng)可以將在煤礦地面、井下等重要場所采集的工業(yè)視頻信號集成并在三維環(huán)境中直觀地進行實時展示，如圖8-52所示。圖8-52工業(yè)視頻模型可視化顯示

8.3.10危險源三維預警通過高精度地質模型和巷道模型，可以動態(tài)計算掘進頭到相關地層的垂直距離，為預防瓦斯突出等災害提供基礎數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)絡及時傳輸給技術和管理部門。參見圖8-53、圖8-54、圖8-55。圖8-53掘進巷道與積水區(qū)空間距離預警圖8-54掘進頭三維空間預警圖8-55任意實體三維舉行緩沖區(qū)查詢

8.3.11工作面設計用戶可以在需要設計工作面的地方用線圈定區(qū)域，系統(tǒng)則自動生成設計工作面，并計算工作面的面積、容重、平均厚度、體積、儲量等，同時能夠給出工作面周圍給定范圍內的地質元素和工作面上面的相關地質元素信息。如圖8-56、圖8-57所示。

8.4網(wǎng)絡三維管理平臺（系統(tǒng)）8.4.1三維綜合管理平臺將整合之后的三維虛擬數(shù)字礦山場景發(fā)布到局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上，使用戶在任何地方都可以實現(xiàn)輕松快捷的三維交互式體驗，以場景的獨特視角展現(xiàn)地貌特征、地層、井下場