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矿井三维模型可视化系统的设计与实现摘要：巷道包含了复杂的拓扑信息和空间信息，是矿井其他信息的空间载体，其建模尤为重要。
本文针对矿井三维模型可视化的需要，设计并实现了一套基于Java语言的矿井三维可视化模型。
系统主要包括不同断面巷道模型的分类和参数化构建、矿井液压支架模型的实现、巷道纹理材质库的选择、光照选择，巷道漫游等。
关键词：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷道1引言数字矿山作为一种复杂的三维空间信息系统，不仅能够存储、分析和表达真实矿山中各种空间实体对象的属性信息，而且涉及大量复杂的空间定位特征及可能拓扑关系的组织和管理。
因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计算机中抽象的矿山世界的桥梁[1]。
本研究就是对矿井三维模型可视化系统进行设计与实现。
通过数字矿山建设至少可以在以下几个方面给矿山企业带来好处：1、提高矿山企业的生产效率和资源优化；2、加强矿山的安全管理，积极的预防矿难事故；3、降低决策的风险性，提高企业快速反应能力。
本文针对煤矿井下环境抽象出各类图元，在空间上模拟真实井下系统，实现了矿井三维模型可视化系统[2-3]。
2 JOGL图形库JOGL是Java对OpenGL API绑定的开源项目并设计为采用Java开发的应用程序提供2D/3D图形硬件支持。
JOGL对OpenGL 2.0[4-5]规范中的API和几乎所有第三方开发商的扩展提供完整访问，而且集成了AWT和Swing界面组件。
JOGL函数库的简单抽象要比高度抽象如Java 3D函数库执行起来高效的多，因为其大部分代码是自动生成的，所以JOGL的升级可以迅速的与OpenGL升级相统一[6-8]。
3矿井三维模型可视化的设计3.1巷道图元三维模型分析巷道由于存在于地下，其数据提取不像地表实体一样简单。
巷道图元与巷道图元间采用非直线形式，以实际角度进行弧形连接。
根据巷道的不同用途，其断面形状，宽度，高度也都不一样，所以可以从巷道断面形状入手抽象出几例模型。
矿井三维可视化仿真系统研究的开题报告一、选题背景矿井是一个危险且特殊的工作环境，其地形地貌复杂，资源类型多样，有些矿井甚至存在可燃气体等危险物质。
为了保障矿工的安全和提高矿井生产效率，需要对矿井进行准确全面的管理和监控。
目前，矿井管理和监控主要依靠观察和手工记录，这种方法存在一定的误差和漏洞。
因此，矿井三维可视化仿真系统的研究具有十分重要的意义和应用价值。
二、目的和研究内容本研究旨在开发一套矿井三维可视化仿真系统，通过建立矿井数字模型、采用虚拟现实技术和数据挖掘技术，实现对矿井生产和管理的全面监测和控制。
具体研究内容如下：1. 建立矿井数字模型通过对实地矿井进行扫描和测量，使用三维建模软件建立矿井数字模型。
在数字模型中加入有关矿井地下通道、设备、人员等信息。
并将模型数据储存于数据库中。
2. 虚拟现实技术的应用利用虚拟现实技术，将数字模型模拟成逼真的可视化场景，实现对矿井生产和管理的实时监控。
并通过增强现实技术，将虚拟场景和实物相结合，快速定位和处理矿井生产过程中的异常情况。
3. 数据挖掘技术的应用利用数据挖掘技术，采集和分析矿井生产过程中所产生的数据，预测和识别可能存在的问题和危险，提供优化方案和建议，保障矿井的安全和高效运行。
三、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 建立可视化的三维矿井数字模型，储存于数据库中。
2. 利用虚拟现实技术，实现对矿井实时监控和管理。
3. 利用数据挖掘技术对矿井生产数据进行分析和预测，提供优化方案和建议。
四、研究方案和进度安排本研究计划分为以下四个阶段进行：1. 矿井数字模型的建立和储存，包括矿井地面和地下数字模型的建立、矿井信息的整理和储存、数字模型数据的存储与管理等，预计用时2个月。
2. 虚拟现实技术的应用，包括针对各类矿井场景的虚拟现实设计、加入增强现实技术，实现虚实结合，预计用时3个月。
3. 数据挖掘技术的应用，采集矿井的生产数据，进行数据分析、处理与挖掘，提供提高矿井生产效率的可行性方案，预计用时4个月。
煤矿3D可视化模拟教学系统产品简介全面提高煤矿职工队伍的安全素质，增强依法自我安全保护的意识，坚持“安全第一、预防为主”的生产方针，促进全国煤矿安全生产状况的稳定好转和优化煤矿生产，北京金视和科技股份有限公司致力于VR技术在矿业领域的研发，结合煤矿领域的实际情况，并联合煤矿开发和安全生产方面的相关高校专家共同研发制成煤矿3D可视化模拟教学系统。
系统以煤矿职工安全生产、优化技术设计、安全技能培训和提高矿产效益作为主要目的。
利用国际领先的虚拟现实和三维仿真技术开发而成。
煤矿3D可视化模拟教学系统紧紧围绕着煤矿安全生产，搭建了完整的、系统的、可视化的应用平台。
该系统由两大部分构成，分别为理论培训和实战操作培训，提供基于虚拟现实的人机交互演练，大幅度提升学员的实际操作能力和安全防范意识。
产品特点知识库丰富煤矿3D可视化模拟教学系统以国家统一的煤矿培训教材《煤矿新工人岗前安全培训教材》为基础，整个系统不但客观的复原教材中的关键知识点，而且还将实际生产操作进行了深度扩展结合，从而提高了系统知识的丰富性，提高了学员对相关操作规程的理解和认识。
系统内置的数据库管理模块，可以详细准确的记录所有学员的学习、训练以及考核数据，具有安全生产的规范性和准确性。
三维交互煤矿3D可视化模拟教学系统以独特的三维仿真技术将煤矿井下环境完整的呈现，全新的三维仿真交互操作突破了以往传统的教学方式，让学员能够以多种视角对井下环境进行多维度的学习和认识。
立体可视化煤矿3D可视化模拟教学系统以国际先进的三维仿真技术为基础平台，搭载定制化开发的立体显示设备，让用户佩戴液晶快门立体眼镜即可在任意环境下呈现井下立体画面。
立体显示设备坚固稳定，精致便携，且不受场地限制即可沉浸式体验立体画面。
自由操作，煤矿3D可视化模拟教学系统包含两种学习模式：顺序模式和自由模式。
分别为初级学习和强化训练提供人性化的学习方式。
顺序模式可以根据煤矿安全生产的工序流程进行逐步学习，在每项工序开始前会弹出提示框，提示下一步应该执行哪项任务，这样可以帮助学员快速了解相关开采及预防的流程。
井眼轨迹三维可视化系统中实时数据显示模块的设计与开发的开题报告一、课题背景目前，石油钻井行业已经进入了智能化时代。
钻井现场的人员需要实时监测井口、井身、井底等数据，并对数据进行可视化展示和分析，以便钻井人员能够更好地理解井内情况，从而决定接下来的钻进方向和钻进深度。
井眼轨迹三维可视化系统是钻井行业中的一个重要工具，它能够实时监测井眼轨迹数据并进行三维可视化展示，方便钻井人员对井内情况进行分析和理解。
二、课题内容本课题旨在设计和开发一个实时数据显示模块，用于井眼轨迹三维可视化系统中的井眼轨迹数据的实时显示。
该模块需要实现以下功能：1. 井眼轨迹三维可视化展示。
可以实时显示井眼轨迹数据的三维可视化展示，包括井口、井身、井底等数据。
2. 实时数据显示。
可以实时显示井眼轨迹数据的实时数据，包括井深、井斜、方位等数据。
3. 数据分析和处理。
可以对井眼轨迹数据进行分析和处理，比如计算方位角、井深等数据，并将结果显示出来。
三、课题意义1. 提高钻井人员的工作效率。
实时数据显示模块可以帮助钻井人员更好地理解井内情况，从而更好地决定钻进方向和钻进深度，提高钻井人员的工作效率。
2. 提高钻井安全性。
实时数据显示模块可以帮助钻井人员更好地了解井内情况，从而更好地避免钻井事故的发生，提高钻井安全性。
四、课题方法1. 确定数据格式和传输方式。
根据井眼轨迹数据的特点设计数据格式和传输方式，以便实现数据的实时传输和展示。
2. 设计数据显示界面。
根据用户需求设计数据显示界面，使得用户可以方便地查看和分析井眼轨迹数据。
3. 实现数据分析和处理。
根据用户需求实现数据分析和处理功能，包括计算方位角、井深等数据，并将结果显示出来。
五、预期成果1. 设计和开发一个实时数据显示模块。
该模块可以实时显示井眼轨迹数据的实时数据和三维可视化展示，满足钻井人员对井内情况的监测和分析需求。
2. 对井眼轨迹数据进行分析和处理。
可以计算方位角、井深等数据，并将结果显示出来。
煤矿三维地理信息系统煤矿三维地理信息系统1 概述地理信息系统（GIS）是一种以采集、储存、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。
与一般信息系统的差别是，它采集的信息是按地理空间分布特征来反映地理实体结构及其动态变化觃律的。
从学科的角度，GIS是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上収展起来的一门学科，具有独立的学科体系；从功能上，GIS具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能。
煤矿三维地理信息系统（煤矿三维GIS）是用于描述煤矿地质信息、井下环境和设备的应用软件。
煤矿三维地理信息系统能够有效地建立矿山空间数据库，实现矿山的全景显示、动态显示，真实、直观、准确、清晰地表现地层、断裂、矿体及围岩形态，表达钻孔、矿井（竖井、斜井）、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态，表达各种机械设备的配备与运转状况，表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。
煤矿三维地理信息系统可以有效地利用现有资料对未采区和采掘工作面前方、深部及外围的地质构造、矿体变化、矿床分带及其它开采条件迚行预报预测。
2 国内现状中国煤矿GIS 应用起步较晚，与国际水平相比有较大差距，煤矿行业迫切需要一个适应于中国国情的专业化的矿山三维地理信息系统。
但由于到目前为止，现有的GIS系统都还只能实现空间数据的二维或者2.5维的表达和处理，还没有真正的三维GIS系统，因此在具有三维特性的矿山领域中的应用受到了很大的限制，国内还未见投入工业化运行的矿山GIS系统。
煤矿三维GIS是煤矿収展的迫切需要和収展方向，三维GIS将成为煤矿生产觃划和信息化管理不可缺少的工具。
3 应用范围3.1 矿山基础数据的图形化存储和展示根据矿山数据的多源性、复杂性、时空性、关联性、动态性等特点，建立矿山空间数据库，可以形象地显示地层、断裂、矿体及围岩形态，表达钻孔、矿井（竖井、斜井）、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态，表达各种机械设备的配备与运转状况，表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。
煤矿井下可视化系统的应用摘要：随着煤矿井下智能化、自动化程度不断进步，远程化操控技术已日趋成熟。
要想做好远程操控，可视化系统必须完备且可靠。
因此，可视化系统是煤矿井下实现智能化、自动化的基础，也是我们作为监控系统从业人员的职责所在。
本文就笔者在监控系统的工作经验，谈一下煤矿井下可视化系统的应用，如有不足之处还请指正。
关键词：煤矿；可视化；应用引言煤矿井下可视化系统已遍布各个角落，为了保证机电设备的远程可靠操控，从井口至采掘工作面都安装了摄像头，以实现安全生产。
目前，我矿根据井下实际情况，主要在掘进、开拓、钻场、瓦斯抽泵站等地点安装矿用本安型网络摄像仪，利用原有网络框架，对现场摄像仪进行信号上传，在各显示终端都能够实时观看到现场视频画面，能够更好的指挥现场作业，提高工作效率和安全。
下面从可视化系统的原理与应用、可视化系统的常见故障处理两个方面进行介绍。
1可视化系统的工作原理与应用1.1新型微波传输技术介绍为了更多技术传输的需要，1990年开始研究微波传输技术，这种技术不仅可以将数据传输，还支持数据分组、视频通话，进一步将多媒体技术的融合升级发展。
近些年由于多媒体技术也在更新换代，为了适应现在的多媒体技术，新型微波传输技术应运而生，新一代微波传输技术与传统微波传输技术相比，不是一种全新的技术，它是通过映射及现场总线技术将现有的以太网[1]、光纤通道等融合到SDH上的微波传输技术。
具有防范恶意破坏能力强、应对突发事件能力强、受地理环境限制较小、建设和维护成本低等特点[2]。
1.2可视化系统的工作原理煤矿井下可视化系统利用新型微波传输技术，把网络信号转换成不同波段数字信号，在同轴线、RS485线路上进行多路数字视频的传输，结合了光纤、电缆传输速度快的优点，有效的解决了井下传输瓶颈等问题。
新型微波传输技术可以在一根线缆上并接多路摄像头[3]，可以同时传输多路图像，并且图像清晰、传输速度稳定，在安装时不需要烧焊熔接，不需要审批烧焊安全措施，杜绝了井下明火作业。
煤矿井上下三维可视化系统
一、北京龙软:
（一）地测空间管理信息系统：
主要包括地质数据库管理系统、测量数据库管理系统、水文数据库管理系统、储量（三量）数据库管理系统、地质图形系统、测量图形系统、素描图形系统。
?
????主要实现功能：
????（17）自动生成巷道测量剖面图；
????（18）自动生成“三书”报告等。
1、地质数据库子系统
??? 主要功能：完成地层、勘探线、钻孔、煤层资料、断层数据等的管理、查询，同时为动态成图提供适时数据。
地质数据库系统-钻孔数据管理
2、测量数据库子系统
??? 主要功能：实现对井上、下测量基础数据的计算、管理；标定解算；动态查询以及为填图提供动态数据。
测量数据库系统-导线成果
3、水文数据库子系统?
????主要功能：实现对矿井涌水量、突水资料、长观孔水源井、抽水与水质与防治水数据资料的管理、查询，以及为图形的绘制提供所需的数据，并自动打印出表；
水文数据库系统-矿井涌水量基础数据管理
断层时，相关的地层自动处理；能够根据断层的落差自动调整断层两侧的地层；能够从数据库中提取数据自动注记地层、煤层结构；能够自动注记勘探线方位；能够快速、自动生成任意比例尺的勘探线剖面图、煤岩层对比图。
数据来源于数据库；能够高精度地处理数字化地质和地震剖面，使相应的坐标系统为地理坐标系统；能够修改地层的厚度，在地层中绘制巷道断面；能够在煤层中处理顶煤、底煤及采空能够处理推断煤层；能够处理不整合等地层界线；能够自动处理地层与断层间的楔形相交；能够从数据库提取数据自动充填钻孔柱状岩性；能够自动处理第四系水文地质岩性图例的填充；能够修改断层的参数；能够任意配置勘探线剖面图；
地质图形系统
地质图形系统-等值线生成
地质图形系统-储量计算
地质图形系统-剖面生成
6、测量图系统子系统
??? 主要专业功能：能够对任意比例尺的填图参数进行配置；能够通过极坐标和实际坐标方式完成任意比例尺采掘工程平面图的自动绘制。
实际坐标可以输入，也可以来源于测量数据库的最终成果。
括工业广场三维可视化、巷道三维可视化、煤层三维可视化、三维井上下对照、基于三维巷道井下监测信息、井巷工程进度可视化、基于三维巷道井下设备三维可视化与管理、三维漫游、三维剖切、三维线路展示以及与ERP系统对接等功能。
主要实现功能：
（1）工业广场主要建筑物、道路、绿地、树木、煤仓、井口等的建模与可视化；
????（2）三维地层模型，三维巷道、钻孔、监测点、机电设备、井巷工程的建模；
????（3）工业广场与巷道、煤层、钻孔以及回采工作面的三维可视化叠加，即可形成一种新型
的井上下对照图，即三维井上下对照图；
????（4）三维场景渲染、立体视觉生成、三维场景旋转、平移、缩放及三维场景录制；????（5）地表工业广场及地表漫游，并可实现基于预定路线的漫游与基于Web的工业广场三维漫游；
????（6）三维信息查询，包括钻孔、巷道、工作面、实时监测信息的查询；
????（7）三维编辑、三维剖切，自动生成符合制图规范的剖面图；
????（8）任意区域煤层的储量估算；
井下硐室可视化
井下工作场所周围的空间信息搜索----缓冲区分析
巷道延伸
储量计算
三维剖切结果
安全预警
监测监控信息查询
人员定位信息查询
基于Web的巷道工程进度可视化（黄色：设计巷道，蓝色：掘进巷道）
二、山东蓝光地理信息系统软件:
（一）蓝光地测地理信息系统：
集MIS、CAD、GIS和三维可视化于一体的大型应用软件平台。
可用于地测采台帐的录入与处理、图形的录入与处理、三维地质建摸、储量管理、三维可视化管理、工程图形的自动生成、辅助地质报告修编等。
????系统特点：
展，还可进行各种统计分析：如缓冲区分析、网络分析、拓扑分析和流域分析等。
（3）具有完备的图形处理功能：如：对于扫描图件具有自动配准校对功能；能够完成图形的裁剪、分离与拼接、能够根据图形组合，形成各种综合图形；可以在图形中自动插入图框、图签、会签栏、交通位置示意图、开拓方式示意图等；可以实现各种图形比例尺的自动转换，转换后可保证符号、注记、线型等的正确性；提供了协同刷新图形的功能，避免了重复制图的麻烦，同时也保证了数据的准确性；为某些特殊对象提供了方便快捷的绘制功能，如断层符号、煤层小柱状、储量块段、采空区边界等。
（4）具有强大的图形转换功能：例如可以完整地把二维图形转换到AutoCAD、MapGIS、MapINFO等系统，可以导出为WMF格式，渲染图象可以转为任意尺寸的BMP格式等。
（5）具有强大的矿山测量数据处理功能，主要包括联系测量计算、测量平差、贯通误差预计、各种投影变换和换带计算等。
（6）对图形中所有对象如导线点、钻孔、采空区、硐室、水体、地面建筑等都能够检索其特征信息和关联图形。
（7）在平面图中的平面任意位置可切割出含煤层、岩层、断层、老空积水区水体、构筑物、
（20）强大的数据库导入导出功能，可实现DBF 、MDB、XLS 、Oracle、SQL Server等数据库的导入导出。
（21）可以实现对数据库和图形的任意组合查询。
（22）具有完备的属性关联、图文关联和图图关联功能。
（23）可以任意定义报表格式和计算公式。
（24）可以连接GPS信息和全站仪数据。
（25）可以生成地质测量各种台帐和报表。
某矿地面漫游
地表岩移预计地表岩移分析
储量分析保安煤柱自动计算
工作面管理三维体的属性查询
二维仿真效果三维仿真效果
（二）蓝光三维地下工程CAD平台：
集CAD、GIS、MIS和三维可视化于一体的平台级软件，分别获得了国家科技部创新基金和信
据可以直接成图，由属性图也可以重建数据库。
（三）蓝光采矿协同设计系统：
系统特点：
（1）该产品是在《地理信息系统平台》上研制而成，与地质测量等系统完全实现动态联动；
（2）操作简单。
由于采用画法几何原理，使得在绘图方式上与手工绘图类似，通过简单的鼠标操作，就可绘制出非常复杂的精确图形，而不需要记住许多命令也不需要处理众多选项；
（3）功能齐全。
具有二维绘图所需的所有功能。
特别是在图块操作、图元符号操作、高级线型和填充类型等方面比其它CAD 强出许多；
（4）专业功能强大。
完全采用参数驱动的方式为采矿专业设计提供设计模块，可在地质测量数据的基础上直接进行动态智能设计，设计结果可完全与地质测量、通防、供电等系统无缝集成，达到了数据的完全共享；
（5）智能化程度高。
可以继承地质测量的三维空间模型的所有属性达到智能化设计。
系统专业部分的主要功能：。
