三維可視化礦山安全生產管理系統結構的設計1引言由于我國地質條件復雜，礦井生產又受特殊工作環境的限制，充分掌握礦ft整體環境、礦井環境、設備等信息，對于礦ft生產管理、安全保障等都具有十分重要的意義。自1999年首屆“國際數字地球”大會提出了“數字礦ft”以來，經過十多年的發展，國外在數字礦ftGIS礦ft軟件，包括三維虛擬礦ft。我國大多數礦井內部三維模型較少考慮礦ft對全景激光移動測量、虛擬現實等技術進行研究，建立了實景三維礦ft框架，同時對其關鍵技術進行研究，可以為數字礦ft實景三維概述實景三維GIS是在二維GIS的基礎上，通過移動測量系統增加連續的地面可量測影像庫作為新的數據源，并通過開放的GIS軟件平臺與其實景三維數據無縫集成，從而為用戶理。移動測量系統移動測量系統（MobileMappingSystemMMS）是在移動載體（機動車、鐵路機車、飛機或無人機）上裝配GPS（全球定位系統）、CCD（攝影測量系統）、慣性導航系統（INS）等先進的傳感器和設備，在載體的行進之中通過攝影測量的方式快速采集地有用的專題數據。可量測實景影像可量測實景影像（DigitalMeasurableImage，簡稱DMI）是一種以地面近景攝影測量包直接對立體影像進行測量、信息提取，并與其他基礎地理信息產品集成。可量測實景影像可通過移動測量系統采集，并可通過開發與其他測繪地理信息產品進行集成，實現實景三維顯示、量測、統計分析等功能。以5m間隔采集一次覆蓋地表360范圍的影像。通過沿礦區道路進行地毯式掃描，即可建立礦區海量DMI立體影像庫。該影像庫實際上全方位地記錄了礦區地面的真實環境和三維空間尺寸，從而可以構成礦ft實景三維景觀，為實景三維礦ft地面實景三維數據支持。系統平臺框架利用全景激光移動測量系統，并結合礦ft各類安全傳感器（人員定位、瓦斯監控、視頻監控等），可以實現礦ft安全系統集成，為礦ft系統架構設計如圖1所示。系統建設關鍵技術實景三維礦ft安全生產管理系統的實現涉及眾多的學科知識,主要包括三維空間數據獲取、數據模型與數據結構及虛擬現實等關鍵技術。從圖1中可以看出,數據獲取是本系統的數據來源,數據存儲是數字礦ft系統的基礎，數據表達是數字礦ft系統的核心。三維空間數據獲取數據獲取是建立實景三維礦ft安全生產管理系統的基礎工作。數據的準確程度是數據模型精度及空間分析準確性的關鍵。礦ft數據獲取主要集中在實景影像數據、礦ft測量數據、三維激光掃描數據等方面。為此，數據的獲取具有多源性特點,應根據數據模型和數據結構實施有效的組合和疊加,保證數據的質量和數量。除了傳統測量、地質鉆探等方法,礦ft三維空間數據獲取現代技術主要有以下方法：基于移動測量技術的實景影像采集。MMS由于其自身的特點，可量測實景影像無論從采集方式、數據表達的直觀性、數據的豐富程度、后期數據處理上都較傳統礦區二維平面地圖有質的改進。此外，由于MMS采用地面近景攝影測量原理，除了獲得礦ft基礎空間數據外，同時獲得高分辨率立體影像數據。通過建立礦ft基礎影像數據庫，可方便地進行實景三維地圖、地物普查數據與實物的比對，從而可以構成礦ft基礎普查數據質量檢查體系。基于地形數據的三維建模。數字攝影測量是獲取地面三維數據較為精確和可靠的技術,利用數字攝影測量系統可以得到礦區地表影像及DEM。利用VBA的二次開發對DEMTIN進行數據處理，再利用ArcGIS下的ArcScene模塊實現礦區地面環境的虛擬建模。利用該方法進行礦區三維建模與傳統測量方式相比，它具有精度高、成本底、周期短、外業工作量少等優點。基于便攜式激光掃描技術的巷道三維建模。三維激光掃描即利用數據實景復制技術,采用中短距三維激光掃描儀采集掃描礦ft巷道點云,這些點云用點、多邊形、曲線或曲面等形式描述,可以建立幾何模型,同時配合其他但數據量大，需要進行數據簡化和壓縮，以便更好地用于礦ft巷道的三維掃描及礦ft安全生產管理平臺實際使用。數據模型和數據結構實景三維礦ft安全生產管理系統由于涉及眾多類型數據，為典型的多維動態系統。要對其數據進行抽象與表達,就要研究能夠對復雜地理現象進行動態描述和實時表達的時空數據模型。空間數據結構是指帶有結構的數據元素的集合，要建立實景三維礦ft安全生產管理系統的時空數據模型,就必須采用一種對其能夠準確表達的時空數據結構。在三維空間數據模型方面,國內外已經進行了眾多的研究,提出了多種三維數據模型。一般可以將數據模型分為面模型、體模型和混合模型。礦ft空間對象具有如下特點：幾何形態和空間關系的高度復雜性；幾何特征和內部屬性變化的不確定性。在研究面向礦ft空間三維數據模型和數據結構時,首先必須對這些特點有足夠的認識,才能找到最合適的三維實體的表達方式和建模方法。虛擬現實技術實景三維礦ft安全生產管理系統以仿真與虛擬現實技術為支撐，能夠對礦ft周邊環境進行三維場景設計,從而對礦區開發、運營狀況進行監測，對生態環境進行實時監測與時空模擬，評估礦ft開采對自然生態環境的影響。同時，通過對開采巷道的建模，能夠實現對井下開采狀況的管理，以及進行巷道變形監測、巷道應力分析、井下巷道貫通、井下場地開拓、超欠挖測量、儲量計算等。利用模型可以對井下采場礦ft壓力顯現、巖層移動等進行實時監測，對礦ft火災、水災、瓦斯和煤塵爆炸等進行動態仿真，對采空區進行數字定位。從而實現對整個礦ft進行現實模擬，且模擬場景可以多維度、多視角、多分辨率等方式顯示。整個三維礦ft安全生產管理系統利用虛擬技術能夠實現礦ft數據的可視化集成，能夠為科學開采和管理礦ft提供技術支持。結語隨著國民經濟的高速發展和工業化進程的快速推進,礦ft安全生產面臨著重大挑戰。實景三維礦ft安全生產管理系統通過利用車載全景激光移動測量系統、便攜式三維激光掃描技術、虛擬現實技術等，實現礦ft信息的獲取、存儲、傳輸、表達及應用，能夠為建設智慧礦ft提供技術保障。參考文獻吳立新.數字地球、數字中國與數字礦區[J].礦ft測量，2000，3（1）：6-9.李梅，毛善君.數字礦ft中3DGIS 關鍵技術研究[J].煤炭科學技術，2004，32（8）：44-48.僧德文，李仲學，李春民，等.礦床的三維可視化仿真技術與系統[J].北京科技大學學報，2004，26（5）：453-456．程朋根，龔健雅地勘工程三維空間數據模型及其數據結構設計[J].測繪學報，2001，30（1）：74-81.楊建宇，秦德先，