閆順璽 王曉雷 甘德清

(華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063299)

利用三維可視化技術(shù)生成礦山三維模型，結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)空間和屬性數(shù)據(jù)的編輯、管理、分析等功能，建立礦區(qū)三維GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山信息的查詢檢索、仿真模擬、地圖量算、安全監(jiān)測(cè)、設(shè)備管理，這是當(dāng)今“數(shù)字礦山”的一個(gè)重要研究方向。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，以Visual Studio 2015作為開發(fā)工具，C#、JavaScript作為開發(fā)語言，SQL Sever2008作為數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)的搭建。

首先系統(tǒng)通過3DMAX軟件搭建三維場(chǎng)景，然后利用SuperMap iDesktop 8C軟件調(diào)用三維模型，再通過SuperMap iServer 8C軟件將處理好的三維數(shù)據(jù)發(fā)布成能調(diào)用的三維場(chǎng)景服務(wù)。

(1)數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用地理數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在SuperMap地理數(shù)據(jù)庫中，設(shè)備、人員等信息儲(chǔ)存在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Sever2008中，通過數(shù)據(jù)訪問層來進(jìn)行訪問，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)層示意Fig.1 Sketch of data layer

(2)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)?；贕IS技術(shù)的井巷三維可視化系統(tǒng)有巷道的漫游、視圖操作、量測(cè)、信息查詢、設(shè)備管理和實(shí)時(shí)監(jiān)管等功能。圖2是基于GIS技術(shù)的井巷三維可視化系統(tǒng)的功能模塊圖。

圖2 功能模塊Fig.2 Functional modules

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

(1)三維井巷瀏覽界面。三維井巷瀏覽界面包括添加場(chǎng)景、漫游、飛行、視圖切換和清空?qǐng)鼍暗纫幌盗胁僮靼粹o，主要通過SceneControl場(chǎng)景控件類實(shí)現(xiàn)。其中位置定位功能是通過輸入經(jīng)度、緯度和相機(jī)高度參數(shù)創(chuàng)建Camera對(duì)象，然后SceneControl調(diào)用flyTo方法實(shí)現(xiàn)；三維標(biāo)注功能需要利用實(shí)例化DrawPlacemarkAction在三維場(chǎng)景中雙擊獲取標(biāo)注坐標(biāo)，然后在彈出對(duì)話框輸入標(biāo)注文字完成；飛行功能在獲取飛行路線后，根據(jù)SuperMap提供的flyManager類實(shí)現(xiàn)沿預(yù)設(shè)路線飛行。圖3是三維井巷瀏覽界面和飛行功能的一個(gè)展示。除了三維界面的瀏覽操作外，系統(tǒng)通過SceneControl場(chǎng)景控件類和TiledDynamicRESTLayer控件類分別加載二維和三維場(chǎng)景服務(wù)并同時(shí)顯示。首先為二三維地圖場(chǎng)景綁定鼠標(biāo)拖拽事件，通過鼠標(biāo)的拖拽平移量計(jì)算出另一場(chǎng)景的平移量；之后根據(jù)這一平移量利用IntegratedPan類對(duì)另一場(chǎng)景進(jìn)行平移和縮放操作，從而實(shí)現(xiàn)二三維可視化的聯(lián)動(dòng)效果。用戶只需要在任一場(chǎng)景中進(jìn)行隨意的拖動(dòng)或縮放就可以同時(shí)觀察二維地圖和三維地圖的不同效果。

圖3 三維井巷瀏覽界面和飛行功能Fig.3 3D roadway browsing interface and flight function

(2) 設(shè)備管理分析功能模塊。設(shè)備管理模塊是對(duì)礦山設(shè)備信息進(jìn)行綜合管理的功能模塊，包括以下部分：①設(shè)備模型信息屬性查詢功能，該功能根據(jù)輸入的屬性查詢條件，通過SuperMap提供的GetFeaturesBySQLService信息檢索類獲取三維場(chǎng)景中滿足條件的模型信息，并將數(shù)據(jù)以JSON字符串的格式返回給前臺(tái)，前臺(tái)通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析然后以列表形式展示，進(jìn)一步選中某一查詢結(jié)果，可以通過坐標(biāo)在地圖上定位該設(shè)備。②設(shè)備模型管理功能，單擊左側(cè)菜單欄中的設(shè)備管理按鈕，則進(jìn)入設(shè)備管理界面。進(jìn)入頁面會(huì)自動(dòng)發(fā)送Http異步請(qǐng)求到后臺(tái)服務(wù)，然后后臺(tái)服務(wù)通過數(shù)據(jù)訪問層到數(shù)據(jù)庫讀取設(shè)備模型信息，服務(wù)以JSON字符串的數(shù)據(jù)形式返回給前臺(tái)，前臺(tái)通過對(duì)返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。同時(shí)該界面還提供了設(shè)備采購、維護(hù)保養(yǎng)和報(bào)廢處理等操作功能，以此來實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的綜合維護(hù)功能。圖4是設(shè)備模型管理功能界面。該模塊還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修統(tǒng)計(jì)分析、價(jià)格分析和空間分布分析，并以統(tǒng)計(jì)圖表或三維散點(diǎn)圖的形式表示結(jié)果。

圖4 設(shè)備管理功能界面Fig.4 Device management interface

(3)剖面分析功能模塊。通過SceneControl對(duì)象的trackingLayer屬性和鼠標(biāo)在三維場(chǎng)景中傳入的直線參數(shù)來提取出直線垂直下切與三維場(chǎng)景形成的剖面圖，有助于用戶了解到礦山井巷的剖面分布特征。

(4) 實(shí)時(shí)監(jiān)管功能模塊。該模塊通過調(diào)用井巷中的監(jiān)控和監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的安全監(jiān)管，分為實(shí)時(shí)視頻、在線設(shè)備和傳感器監(jiān)測(cè)這三大部分。其中傳感器監(jiān)測(cè)功能通過監(jiān)聽WebSocket端口，可將巷道內(nèi)各類氣體含量以折線圖的形式動(dòng)態(tài)展示，從而確保井巷生產(chǎn)工作的安全。礦山實(shí)時(shí)監(jiān)控如圖5所示。

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)控Fig.5 Real-time monitoring

(5) 量測(cè)操作功能模塊。量測(cè)模塊主要通過超圖的MeasureDistance和MeasureArea類計(jì)算空間量測(cè)結(jié)果，包括空間距離、空間面積、高程、依地距離、依地面積和水平距離等多種形式。該功能在三維場(chǎng)景中單擊鼠標(biāo)左鍵畫線，單擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束操作并彈出提示框顯示所畫線的長度，并將結(jié)果繪制在三維場(chǎng)景中，如圖6所示。

圖6 量測(cè)功能Fig.6 Measurement function

3 結(jié) 論

礦山GIS系統(tǒng)是數(shù)字礦山的重要組成部分，系統(tǒng)將GIS技術(shù)、三維建模技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，通過3DMAX搭建井巷三維模型，通過SuperMap平臺(tái)調(diào)用三維模型場(chǎng)景完成一系列地圖操作分析和數(shù)據(jù)發(fā)布。相對(duì)于傳統(tǒng)的二維礦山和C/S模式GIS系統(tǒng)，B/S模式通過服務(wù)器發(fā)布系統(tǒng)服務(wù)，用戶在客戶端只需要在瀏覽器中直接調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操作，不需要配置復(fù)雜的設(shè)備信息，降低了系統(tǒng)使用難度。三維地圖更加直觀形象，對(duì)礦山安全生產(chǎn)更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)為“數(shù)字礦山”提供了一套全新的GIS解決方案，能夠?yàn)榈V山管理和安全生產(chǎn)提供輔助決策，提高礦山行業(yè)科技發(fā)展水平。

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