数字矿山信息系统的研究及应用
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摘要
矿山工程地质信息化和可视化是地学研究的难点和热点之一,矿山地质工作者进行了大量的研究工作,取得了显著的成果。尽管如此,矿山信息化和可视化仍然面临地质信息数据标准统一性差,难以管理;数据模型难以表达复杂地质现象;地质建模和可视化与数值模拟难以耦合的问题。针对这些问题本文从数据信息管理、地质建模与可视化技术等方面入手研究数字矿山信息系统,主要工作及成果如下:
⑴按照地理信息系统的设计原理,分析了矿山信息系统的功能框架结构,系统的主要功能是矿山工程地质数据的管理、矿区三维地质建模与可视化及工程应用。
⑵研究了矿山工程地质资料的获取和认知过程,分析了矿山工程地质现象的特征,提出了便于描述矿山工程地质三维空间现象的规范化数据格式,便于对矿山工程地质数据信息科学管理和系统分析。
⑶根据矿山工程地质数据的特点,设计了矿山数据库子系统的功能模块。以关系型数据库管理海量的工程地质数据,采用先进的数据库访问技术ADO实现了数据库和应用程序的接口。
⑷根据矿山地质现象的特点,将矿山地质对象抽象为点状、线状、面状、体状对象,在此基础上提出了一种基于矿山工程地质剖面建模的新的数据模型,该模型包括点、线段、地质体轮廓线、地质界面、和简单地质体等几何要素。这种数据模型不仅对于层状岩体可以方便的建模,也可用于非层状复杂岩体的建模。
⑸研究了基于剖面建模的基本步骤和与建模有关的不规则三角剖分和曲面交割的关键算法。基于剖面建模的数据模型以空间离散点数据和地质体剖面轮廓线为初始数据经空间插值,三角剖分,曲面求交形成三维模型。
⑹采用面向对象的技术,基于三维可视化开发类库vtk实现了矿山工程地质模型的可视化系统,并编制了与工程图形常用软件AutoCAD和二维离散元软件UDEC的接口,使可视化功能与工程设计和数值模拟对接。
The most concerned problems in geotechnical engineering are Informatization and Visualization of mining engineering and its geological characteristics. During the past several past years, the mining engineers worked hard and got a great result. However, Informatization and visualization of mine are confronted with lots of problem, such as, managing geological data with difficulties for lack criterion, expressing complex geological body with difficulties for complexity and coupling with modeling and numerical simulation with difficulties of mine geological engineering. To these problems, based on data management, modeling of geology and visualization, digital mine information system is discussed. The main jobs of this paper are as follows:
1. The main frame of digital mine information system is analyzed and designed according to design principle of geographic information system. The aims of digital mine information system are mine geological data management , 3D-modeling of mine diggings and visualization, and mining engineering application.
2. Based on cognizing and acquiring of mine geological data and theirs characteristics, standard data format for 3D geological phenomena of mine is brought forward to manage mine data information and system analyze scientifically.
3. According to characteristics of mine geological engineering ,function module of database was designed, with relation database managing huge capacity geological data and with advanced accessing technique of database ADO(ActiveX Date Object) connecting database and application program.
4. Mine geological phenomena was abstracted several objects, such as point, line, surface, body according to theirs characteristics. Based on information of mine engineering section plane, a data model is put forward, including node, line, outline of geological body, geological surface, simple geological body. With this data model, not only stratified rock(soil) masses, but also unstratified rock masses can be build 3D-model conveniently.
5. The modeling algorithm with information of engineering section is discussed in detail. The data model is constructed by scatter data point and outline of geological body as original data, after interpolating spatially, dividing with TIN, intersecting of surface.
6. Based on visualization toolkit (vtk), 3D visualization system is constructed for mining engineering. To connect visualization with engineering design and numerical simulation, interface program of AutoCAD,2D discrete element method software(UDEC) is completed.
⑴按照地理信息系统的设计原理,分析了矿山信息系统的功能框架结构,系统的主要功能是矿山工程地质数据的管理、矿区三维地质建模与可视化及工程应用。
⑵研究了矿山工程地质资料的获取和认知过程,分析了矿山工程地质现象的特征,提出了便于描述矿山工程地质三维空间现象的规范化数据格式,便于对矿山工程地质数据信息科学管理和系统分析。
⑶根据矿山工程地质数据的特点,设计了矿山数据库子系统的功能模块。以关系型数据库管理海量的工程地质数据,采用先进的数据库访问技术ADO实现了数据库和应用程序的接口。
⑷根据矿山地质现象的特点,将矿山地质对象抽象为点状、线状、面状、体状对象,在此基础上提出了一种基于矿山工程地质剖面建模的新的数据模型,该模型包括点、线段、地质体轮廓线、地质界面、和简单地质体等几何要素。这种数据模型不仅对于层状岩体可以方便的建模,也可用于非层状复杂岩体的建模。
⑸研究了基于剖面建模的基本步骤和与建模有关的不规则三角剖分和曲面交割的关键算法。基于剖面建模的数据模型以空间离散点数据和地质体剖面轮廓线为初始数据经空间插值,三角剖分,曲面求交形成三维模型。
⑹采用面向对象的技术,基于三维可视化开发类库vtk实现了矿山工程地质模型的可视化系统,并编制了与工程图形常用软件AutoCAD和二维离散元软件UDEC的接口,使可视化功能与工程设计和数值模拟对接。
The most concerned problems in geotechnical engineering are Informatization and Visualization of mining engineering and its geological characteristics. During the past several past years, the mining engineers worked hard and got a great result. However, Informatization and visualization of mine are confronted with lots of problem, such as, managing geological data with difficulties for lack criterion, expressing complex geological body with difficulties for complexity and coupling with modeling and numerical simulation with difficulties of mine geological engineering. To these problems, based on data management, modeling of geology and visualization, digital mine information system is discussed. The main jobs of this paper are as follows:
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5. The modeling algorithm with information of engineering section is discussed in detail. The data model is constructed by scatter data point and outline of geological body as original data, after interpolating spatially, dividing with TIN, intersecting of surface.
6. Based on visualization toolkit (vtk), 3D visualization system is constructed for mining engineering. To connect visualization with engineering design and numerical simulation, interface program of AutoCAD,2D discrete element method software(UDEC) is completed.
引文
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