基于3DGIS的绿色矿山三维管控平台建设方案探讨.pdf

10STONE2023 No.11STONE绿色矿山石材基于3 DGIS的绿色矿山三维管控平台建设方案探讨冀念芬1，王成志？，令紫娟1（1.甘肃工业职业技术学院，甘肃天水7 41 0 2 5；2.三和数码测绘院，甘肃天水7 41 0 2 5）摘要：本文介绍了一个利用虚拟现实技术与3 DGIS的深度研究建立的绿色矿山三维管控平台，其主要作用是通过建立真实的三维矿山模型，直观显示矿体形态、空间环境、采矿人员与设备的实时状况以及采矿情况，从而提高矿山管理、采矿效率和领导决策等方面的信息化水平。关键词：三维管控平台；3 DGIS；三维全息感知系统1绿色矿山三维管控平台建设背景1.1绿色矿山三维管控平台是以3 DGIS为核心结合虚拟现实技术构建而成实现了对矿山生产的智能管控。矿山倾斜摄影成果作为三维可视化的数据基础使系统完整地呈现矿山实景面貌。在三维地图的基础上，实现了测量、标绘、漫游等基础功能。1.2 3DGIS三维地理信息系统(3 DGIS)是在二维GIS基础上增加了第三个维度，即高程信息，能够更真实地再现现实环境中的地理信息。而实景三维GIS则是在3 DGIS的基础上增加了连续的地面可量测影像库，从而进一步提高了地图的真实性和可视性。通过纹理数据、DEM、三维GIS技术等手段，实景三维GIS可以实现地形地貌的三维实景生成功能，并且具有实时漫游的效果，为用户提供一个更直观易用的实景可视化环境。2绿色矿山三维管控平台总体设计2.1基基本设计理念本系统界面和功能使用设计都遵循“以人为本”的基本设计理念。就是在系统需求基础上，设计出对客户来说简单可靠易操作的友好界面，让客户仅使用简单的操作步骤就可以完成系统复杂的专业功能。根据客户使用群，设计高可靠性和高安全性系统。在方便用户使用的基础上，实现系统的高可靠性管理。2.2体系架构设计绿色矿山三维管控平台严格遵循企业信息服务平台标准规范的要求，综合网络技术、计算机技术、GIS技术、GPS技术、数据库技术、三维仿真技术、VR技术等，面向非金属矿山管理领域，提供基于空间信息的智慧工业解决方案。如图1 所示。智慧矿山运用体系构架其包含三个子系统：基础数据系统、三维全信息感知平台系统和智慧工业产品系统。数据系统为三维感知平台系统提供数据支持，而三维感知平台包含的各项子系统如数据管理系统、后台管理系统、三维场景编辑器、模型库管理系统及客户端等，为智慧产品的开发及实现提供基础平台。2.3软件总体结构绿色矿山三维管控平台侧重为业务应用系统提供地理空间信息，三维仿真应用、监控与巡检等服务，属于应用支撑平台。平台基础框架和基于基础框架之上开发的应用系统构成了绿色矿山三维管控平台。平台采用典型的五层架构搭建主要包括数据层、组件层、业务层、功能层、表现层。（1）数据层为整个系统提供数据存储和管理服务是整个系统的基础,可在未来处理系统中进行复用。（2）组件层以GaeaExplorer三维仿真引擎为核心，提供业务层使用的相关组件和算法，可以随着应用深人不断完善并在未来升级时重用。（3）业务层主要提供面向最终用户使用的各类服务，根据用户需求提供监测监控、巡检预警、地质分析、物流管理等服务，具有一定的通用性。（4）功能层封装了根据用户需求提供的业务功能集合，包括三维场景、模型库管作者简介：冀念芬，女（1 9 7 9 一），汉族，江苏徐州人，研究生，副教授。研究方向为工程测量与地理信息技术，摄影测量与遥感技术应用方面的教学与研究工作支持项目：1.甘肃省2 0 2 2 年大学生创新创业训练项目（S202212836007）；2.校级职业教育教学改革研究项目（2 0 2 2 gsgyjx-8)；3.2 0 2 2 年甘肃省高校大学生创新创业能力提升工程项目“赛教融合创新创业能力提升工程建设”11石材2023年1 1 期SHICAI绿色矿山绿色矿山应用企业全信息服务平台标准规范基础空三维模后台管理三维场景编辑模型库管理客户端间数据型数据管理管理数据维护管理系三维全信息感知平台产品数生产数用户专家监测巡检地质生产生产物流据管理据管理管理会商监控预警分析管理分析管理场景管理三维模型管业务数据集成接口（Web Service、理ODBC）/企业服务总线（ESB）基础基础空专题信定位信三维模型生产数监测数设备数视频监数据间信息息数据点数据数据据库据库据库控数据图1 体系构架图理、三维全信息感知和后台管理等模块，提供不同的大类功能。（5）表现层主要包括人机交互和输入输出服务，可以根据操作需求和设备需求的变化进行升级改造，并与其它服务具有相关性和复用性。软件总体架构如图2 所示2.4绿色矿山三维管控平台的子系统及功能设计2.4.1三维数字采矿子系统三维数字采矿软件系统具有可扩展性、集成性、实用性、便于掌握应用等特点，系统建设要提升矿山地、测、采各专业工程师间的技术信息交流和工作效率，在高效的管理控制下使企业生产的各个环节获取了最大的经济效益。系统建设需涵盖地质建模、储量估算、露天矿开采优化设计、采矿生产计划编制、工程测量验收和工程图绘制等矿山主要业务作业工作。2.4.2统绿色矿山三维全息感知子系统绿色矿山三维全息感知系统应包括以下功能：系统导航、矿山工程三维建模、模型导人与三维场景编辑、三维可视化与人员设备仿真、场景漫游、数据及文件管理、生产自动化系统数据采集与集成、展现、生产相关数据接人、安全生产报表统计及报警管理、启动应急救援。（1）系统导航。基于三维地球的引导界面清楚直观地展示公司下属各矿山的地理分布情况、矿山基本情况介绍、矿山间自由切换。（2）三维建模。由数字采矿软件系统建立的矿山地表、矿床矿体、井巷工程等模型，3 DMax软件建立的工业场地、环境景观、车间厂房、采、选、冶工艺流程中的生产设备、人员与安全监测装置等三维模型，形成三维可视化基础模型库，导人到管控平台进行展示、漫游。（3）场景编辑。该系统支持三维模型的场景导、缩放、交互式漫游、路径漫游、对象跟踪漫游、场景对象查询和鹰眼以及多窗口高仿真展示等功能。（4）漫游功能。系统提供自由、井巷两种漫游模式，并可以记录下漫游时的路径，进行回放。自由漫游功能是指利用鼠标和键盘实现在场景中前进、后腿、左转、右转、向上、向下等功能。目前提供两种漫游工具，一种对操作不加任何限制，可以任意翻转场景，主要用于场景建模阶段；另一种以一个平面为基准，限制翻转，用于系统的正式的漫游工具。井巷漫游功能针对地下井巷空间的特点，以巷道网络为运动路径，实现在巷道内部的交互式快速漫游。2.4.3安全管理信息子系统安全管理信息系统主要功能是统一管理矿山安全工作信息，主要包含安全行业标准，安全政策法规，安全企业文件和各安全工作信息等。12STONE2023 No.11STONE绿色矿山石材表现层多类型用户交互客户端功能层三维场景管理系统模型库管理系统三维全信息感知系统后台管理系统场景管理模型管理监测监控巡检预警地质分析生产管理生产分析优化物流管理专家会商系统用户管理业务层组件层组件接口三维全信息感知基础平台插件接口基础数据层TCP/协议、数据驱动用户数据地质钻孔场景数据属性数据监测数据生产数据GIS数据数据图2 软软件系统总体架构2.4.4应急救援指挥子系统应急救援指挥系统建设成一个面向矿山突发事故应急响应、会议及工作交流、生产调度指挥为中心的统一平台，实现针对矿业公司、矿山、车间安全生产工作的三级联网监管。系统可实现应急救援指挥全过程数字化，上下级应急指挥平台互联互通，建成“信息汇总与共享、统一指挥、快速反应”的应急调度指挥中心，为井下的救援工作提供科学有效的决策依据，为应急救援指挥提供有力的技术支撑。2.4.5矿山工业厂区三维可视化研发设计通过矿山工业厂区三维可视化研发设计及结合安全生产系统，使用者可以在远程显示终端实时了解井上井下的生产和安全状况，而不需要亲临现场，大大降低安全风险。由数字采矿软件系统建立的矿山地表、矿床矿体、井巷工程、碉室工程等模型，由3DMax软件建立的工业场地、环境景观、车间厂房、采、选工艺流程中的生产设备、人员与安全监测装置等三维模型，形成三维可视化基础模型库，导人到三维管控平台进行展示、漫游。2.4.66矿体三维模型与高效开采设计矿床开采设计的三维虚拟仿真系统包括矿床数据采集、更新、传输和处理，通常与GIS连接技术、真三维地质建模与可视化技术、矿山三维拓扑建模与分析技术、矿山虚拟生产环境三维生成及实时显示技术结合。该系统有效整合了矿体模型、采矿设计与生产计划等系统，建立了开采设计的三维动态仿真环境。通过该系统，采矿工程设计和计划可以在运行之前得到证实，从而能够改变采矿工程设计与计划方式。参考文献1邓峰，王朝晖，周世全.信阳上天梯一带珍珠岩矿地质特征D).中国非金属矿工业导刊2 0 1 3(4).2韩复兴，杨大干，黄晨.信阳上天梯珍珠岩矿绿色建设思路分析D).陶瓷，2 0 2 0(9).3王玉蛟，智慧高速平台的设计与实现，北方交通.2 0 1 4(1 2)。4大别山北麓上天梯一皇城山一带中生代火山岩成矿系列研究DJ.华南地质与矿产，2 0 1 0(2).5王万金.矿区水文地质类型划分与特征分析D.世界有色金属,2 0 1 7(9).6王海龙,米红军,秦志辉，三维虚拟采矿系统实体矿床模型的构建，金属矿山,2 0 0 7(0 2).