矿井通风网络三维仿真系统的开发.pdf

中国钨业 0引言 我国是一个矿产资源非常丰富的国家,在各大 矿山随着开采程度的不断深入,不仅井下通风网络 系统的巷道总数和风机、 风门数量显著增加, 而且通 风距离和深度也大大延长。为了科学、 合理、 有效地 解决井下通风监控中存在的问题,根据某矿山的井 下通风现状,开发了一个矿井通风网络三维仿真系 统软件。过去, 国内外也有建立井下通风网络系统, 但都是平面模型, 通风网络方案也没有优化, 矿井网 络图形不够直观。而我们实现了参数化按巷道节点 座标自动生成各种断面的三维巷道,矿井网络通风 优化并仿真,把井下通风巷道网络系统以三维模型 的形式表达出来。使得监控人员能够简单、 方便、 快 捷、直观的对矿井通风网络系统进行实时有效的监 控 如用风量不足, 配风困难; 系统漏风严重; 通风构 筑物的位置和调节不合理, 系统风流紊乱; 系统配风 不合理, 井下空气高温且污浊等。 且该系统能提供详 细、 准确的信息, 为进一步的合理通风与调整提供帮 助。 1矿井通风网络三维仿真系统的设计 1 . 1软件与硬件环境 1 硬件环境。 为实现井下通风巷道网络的三维 仿真,其巷道通风三维图形在生成和浏览时对系统 的硬件要求较高,推荐的主要配置如下C P U为奔 腾4以上; 内存为2 5 6 M, 建议5 1 2 M; 硬盘为1 0 G以 上; 显卡为D i r e c t 3 D兼容、6 4 M以上, 建议6 4 M或更 高。 2 软件环境。操作系统Wi n d o w s 2 0 0 0; 预先安 装的应用软件S Q LS e r v e r 2 0 0 0、S o l i d w o r k s 2 0 0 3 、 水 晶报表9 . 0。 1 . 2设计原则 1 节点编号、 巷道编号为统一编号, 是其唯一 之标识, 不能重复; 不允许存在相同坐标的节点和相 同始、 末节点的巷道。 2 节点数据表、 巷道数据表的所有字段 除巷 道名称外 不允许为空。 3 因某矿井下巷道为数众多, 除生成矿区整体 巷道3 D图外,还需生成各中段的局部巷道3 D图 需实现用户自定义 。 4 巷道的截面为马蹄形或圆形, 截面尺寸可以 由用户自定义。 5根据计算机动态数据库数据、图库图形文 件,系统自动搜索并分类列出已绘制的巷道和未绘 制的巷道。 6 不同时期或不同情况下巷道通风参数 以风 路编号为其唯一标识 分列储存, 在风网解算和参数 文章编号1 0 0 9 - 0 6 2 2 2 0 0 5 0 5 - 0 0 4 2 - 0 4 矿井通风网络三维仿真系统的开发 郭年琴,黄国平,王海宁 江西理工大学,江西 赣州3 4 1 0 0 0 摘要系统采用可视化对象编程语言V i s u a l B a s i c 6 . 0,结合S Q LS e r v e r 2 0 0 0数据库技术、O D B C数据引擎、 S o l i d w o r k s 2 0 0 3三维软件, 开发一个矿井通风网络三维仿真软件。用以解决矿井通风信息管理, 三维矿井网络图形的 自动生成, 矿井通风网络解算, 风网参数的自动标注。可动态、 真实的反映矿井通风的实时面貌, 为矿井通风管理者 监控井下通风状况, 提供直观、 及时、 可靠的反馈信息, 为其进行有效地井下通风调节, 提供有力的安全保证。 关键词矿井通风; 风网解算; 三维仿真; 可视化对象编程 中图分类号T D 7 2 5 ; T P 3 9 1 . 9 文献标识码A 收稿日期2 0 0 5 - 0 9 - 1 4 作者简介 郭年琴1 9 5 7 - , 男, 江西南康人, 教授, 硕士生导师, 主要研究方向C A D / C A M及专家系统、 机械设计与仿真。 第2 0卷第5期 2 0 0 5年1 0月 V o l . 2 0 ’N o . 5 O c t . 2 0 0 5C h i n aT u n g s t e nI n d u s t r y 第5期 风网解算程序 系统用户界面 A P I接口 系统功能实现 S o l i d Wo r k s 三维图形平台 水晶报表9 . 0 数据报表平台 数 据 库 接 A D O O D B C 数据库 S Q L 图2矿井通风网络三维仿真系统的框架模型节点坐标数据 x,y,z 巷道坐标数据 起节点, 末节点 巷道特性参数风机参数自然风压参数 图1数据模型 系统维护 矿井通风网络三维仿真系统 三维仿真风网解算用户管理使用帮助 数 据 库 备 份 数 据 库 恢 复 巷 道 位 置 参 数 录 入 与 查 询 巷 道 参 数 报 表 三 维 图 形 建 立 通 风 参 数 标 注 三 维 图 形 查 看 三 维 图 形 删 除 巷 道 特 性 参 数 录 入 与 查 询 风 机 曲 线 参 数 录 入 与 查 询 自 然 风 压 录 入 与 查 询 创 建 解 算 文 件 风 网 解 算 解 算 结 果 查 询 编 辑 用 户 修 改 用 户 名 修 改 用 户 密 码 帮 助 文 件 标注时可以调用不同的通风参数,实时得到不同情 况下的三维仿真图形。 1 . 3数据模型设计 通过分析该矿区采集的数据,并依照系统设计 原则 即系统开发的基本要求 , 确定采用关系数据 模型来建立数据库 图1 。所需输入的数据类型有 1 巷道位置参数。每条巷道以始、 末节点控制 其位置, 需建立节点数据表和巷道数据表 节点数据 表含编号、X坐标、Y坐标、Z坐标4个字段; 巷道数 据表含巷道名称、 巷道编号、 起节点编号、 末节点编 号4个字段, 该表通过始、 未节点编号与节点数据表 中的节点编号建立联系以获得其始、末节点的X、 Y、Z坐标。 2 风网解算参数。包括巷道特性参数、 风机参 数和自然风压参数等。 1 . 4框架模型设计 采用可视化对象编程语言V i s u a l B a s i c 6 . 0 [ 1 ] , 结合S Q LS e r v e r 2 0 0 0数据库技术[ 2 ]、O D B C数据引 擎、S o l i d w o r k s 2 0 0 3三维软件, 开发一个矿山通风网 络三维仿真软件 图2 , 用以解决矿山通风信息管 理, 数据录入、 贮存、 查询、 统计、 报表输出等, 矿井通 风网络解算、 井巷通风网络三维仿真等功能。 用V i s u a l B a s i c 6 . 0实现系统操作界面的开发, 通过A D O技术实现所有数据的录入、 编辑、 删减、 存 储、 浏览等操作。用V i s u a l B a s i c6 . 0调用风网解算 程序[ 3 ]F o r t r a n语言编写 和数据库中的数据实现风 网解算; 通过S o l i d w o r k s A P I函数, 调用S o l i d w o r k s 2 0 0 3进行井下通风巷道的三维建模和造型[ 4 ], 以实 现通风网络的三维仿真。 用V i s u a l B a s i c6 . 0通过E x c e l A P I函数调用 E x c e l输出外部数据报表 内部报表用水晶报表制 作 。并以S Q LS e r v e r 2 0 0 0建立矿山通风系统所需 的关系数据库, 并建立相应的O D B C数据源。 2系统主要功能模块及其功能 系统功能模块图见图3。 2 . 1维护模块 主要为数据库数据的备份与恢复,用户能够对 整个系统的数据进行备份并将储存为一个数据文 件, 在必要的时候如系统遭到损坏或计算机瘫痪时 候, 可以将系统数据恢复到备份时的状态。从而避 图3矿井通风网络三维仿真系统功能模块 郭年琴, 等 矿井通风网络三维仿真系统的开发4 3 第2 0卷 中国钨业 图4矿井通风网络三维仿真图 免不必要的损失。 2 . 2三维仿真模块 该模块为本系统的两个重要模块之一,主要实 现井下通风巷道网络的三维图形的建立等,各子模 块功能如下 1 巷道位置参数的录入与查询。 实现节点数据 和巷道数据的录入、 修改、 删除、 查询, 若用户录入操 作错误 不符合数据输入原则 时, 系统自动报错; 数 据查询功能分一般查询和高级查询两种模式,以实 现不同用户的各种不同的查询需求。 2 巷道参数报表。 根据用户需求生成各类型数 据报表。 系统数据报表分两类 一是用水晶报表制作 的“ 内部数据报表” , 用户可以预览、 打印报表; 另一 类是调用M SE x c e l 2 0 0 3生成的数据报表, 以E x c e l 格式文件保存在系统内, 用户可以脱离本系统编辑、 预览、 打印报表。 3 三维图形建立。实时生成矿区整体巷道3 D 图和各中段的局部巷道3 D图。用户可以任意选择 要绘制的巷道及定义其截面类型,并自动地生成通 风网络三维仿真图。 4 通风参数标注。 实时标注风网解算后的各巷 道通风参数, 如 风向、 风量、 风阻、 自然风压等, 自动 标注到三维仿真图上的相应位置。 5 三维图形查看。动态查看矿区整体巷道3 D 图和各中段的巷道3 D图, 用户可以从不同角度、 以 不同比例观察巷道通风网络三维图形。 如图4所示。 6 三维图形删除。分两类删除操作 一是删除 整个巷道三维图形文件;另一类是从巷道三维图形 文件中选择需要删除的一条或多条巷道进行删除 其通风参数一并删除,系统将自动搜索出用户操 作的巷道三维图形文件中所绘制的所有巷道并列出 清单供用户选择。 2 . 3风网解算模块 1 巷道特性参数录入与查询。 实现巷道特性参 数的录入、 修改、 删除、 查询, 若用户录入操作错误 不符合数据输入原则 时, 系统自动报错; 用户输入 巷道编号2 0 2 风路风量3 0 . 1 1 m 3 / s 风路风阻2 3 . 0 5 Ns 2 / m 8 自然风压0 P a Z X Y 4 4 第5期 D e v e l o p me n t a n dA p p l i c a t i o no f 3 DS i mu l a t i o nS y s t e mf o r t h e Mi n e V e n t i l a t i o nN e t w o r k G U ON i a n - q i n , H U A N GG u o - p i n g , WA N GH a i - n i n g J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,G a n z h o u3 4 1 0 0 0 , J i a n g x i , C h i n a A b s t r a c t T h e3 Ds i m u l a t i o ns y s t e m s o f t w a r e f o r t h em i n ev e n t i l a t i o nn e t w o r ki s d e v e l o p e dw i t hv i s u a l b a - s i c 6 . 0 , a v i s u a l a n do b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g l a n g u a g e , a d o p t e dS Q LS e r v e r 2 0 0 0d a t a b a s e t e c h n o l o g y , O D B C d a t a - e n g i n ea n ds o l i d w o r k s 2 0 0 33 D - m o d e l i n gt e c h n o l o g ya n dt h e2 n dd e v e l o p m e n t o f S o l i d w o r k s 2 0 0 3 . T h e m a i nf u n c t i o nm o d u l e s o f t h i s s o f t i n c l u d ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t o f t h em i n ev e n t i l a t i o nn e t w o r k , a u t o m a t i c c r e a t i n g o f t h e3 Dm i n ev e n t i l a t i o nn e t w o r km o d e l s , m i n ev e n t i l a t i o nn e t w o r kc a l c u l a t i o n , a n da u t o m a t i ca n n o t a t - i n g o f t h e m i n e v e n t i l a t i o nn e t w o r kp a r a m e t e r s .I t c a ns h o wr e a l - t i m es t a t u s o f t h em i n ev e n t i l a t i o nd y n a m i c a l l y a n dv e r i t a b l y ,f e e d b a c kt i m e l y ,i n t u i t i o n i s t i c a n dd e p e n d a b l e i n f o r m a t i o no f m i n e v e n t i l a t i o nt o m i n e v e n t i l a t i o n s u p e r v i s o r s w h i c hc a nc o n t r o l t h e m i n e v e n t i l a t i o na d j u s t m e n t e f f e c t u a l l y , w e l l a n dt r u l y . K e yw o r d s m i n e v e n t i l a t i o n ; v e n t i l a t i o nn e t w o r kc a l c u l a t i o n ; 3 - d i m e n s i o ns i m u l a t i o n ; v i s u a l a n do b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n g 巷道编号即可查得其相应特性参数。 2 风机曲线参数录入与查询。 实现风机曲线参 数的录入、 修改、 删除、 查询, 若用户录入操作错误 不符合数据输入原则 时, 系统自动报错; 用户输入 风机曲线编号即可查得其相应之的所有参数。 3 自然风压参数录入与查询。 实现自然风压参 数的录入、 修改、 删除、 查询, 若用户录入操作错误 不符合数据输入原则 时系统自动报错。 4 创建解算文件。 本系统的风网解算功能是调 用风网解算程序F o r t r a n 9 0语言编写 来实现的, 故 在进行风网解算前将所有需要数据生成一个风网解 算初始文件。 5风网解算。调用风网解算程序进行风网解 算,生成一个解算结果文件并将解算结果数据导入 系统数据库。并进行风网优化, 解算多个方案, 在三 维图形中仿真显示。 6 解算结果查询。 实现风网解算后的结果数据 查询, 用户输入巷道编号即可查得其所有通风参数。 7 数据输出。 实现解算前后数据的导出和报表 打印。 2 . 4用户管理和使用帮助模块 1 编辑用户。添加、 修改、 删除系统用户, 并设 置其在本系统担当的角色,赋于其相应的系统使用 权限。此项操作权限为系统管理员所有。 2 修改用户名、 用户密码。用户可以自己修改 自己的用户名和用户密码。 3 系统编制了详细的系统帮助文件, 以使用户 快速、 方便、 熟练地掌握本系统的各项功能。 3结论 1 系统建立了矿井通风网络数据库, 并设计了 各种不同的数据查询模式和数据报表格式,简化了 矿井通风管理数据的搜集、 建立、 查找、 保存工作, 摆 脱了以往矿井通风系统数据主要依靠人工劳动、 精 度不高和信息传递周期长、 速度慢、 管理人员重复劳 动量大、 资料查找困难、 工作效率低的局面, 提高了 矿井通风系统数据管理效率。 2 系统建立了矿井通风系统的三维图形库。 通 过风网解算后风网参数的自动标注, 可动态、 真实的 反映了矿井通风的实时面貌,为其进行有效的井下 通风调节提供了有力的保证。解决了以往井下通风 状况的判定、 安全检查、 通风等级评定、 通风调节等 工作往往凭借主观意识和经验的问题。 3 系统操作设计为Wi n d o w s操作风格, 用户 能够方便、 简捷的使用, 具有很强的实用性。 参考文献 [ 1 ]林永, 张乐强. V i s u a l B a s i c 6 . 0用户程序手册[ M ] .北京 人民邮电出版社,2 0 0 0 . [ 2 ]周立柱, 美D o nV i l e n . S Q LS e r v e r数据库原理 设 计与实现[ M ] .北京 清华大学出版社,2 0 0 4 . [ 3 ]王海宁,吴超.矿井通风网络优化软件及其应用[ J ] .金属 矿山,2 0 0 4 , 7 6 2 - 6 4 . [ 4 ]江洪,李仲兴,邢启恩, 等. S o l i d w o r k s 2 0 0 3二次开发基础 与实例教程[ M ] .北京 电子工业出版社,2 0 0 4 . 郭年琴, 等 矿井通风网络三维仿真系统的开发4 5