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地下矿井CAD及三维可视化系统研究

作　者: 梅静静
导　师: 潘地林
学　校: 安徽理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 巷道三维模型煤层三维模型 AutoCAD二次开发克里金插值算法条带算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

许多矿井生产企业对煤矿的质量、储量预算的不够精确,管理不够协调,而其主要原因是对井下工作情况以及地质条件了解地不够全面。国内矿井采掘技术水平和装备设施相对落后,近几年来瓦斯爆炸、倒塌等事故频繁出现。此外还有许多矿井生产的一线企业,仍然采用传统的人海战术和手工劳动的技术手段,不仅浪费人力资源,而且不能够科学管理。因此,实现现代化矿井主要的问题就是使用计算机辅助设计(CAD)来进行生产经营管理和技术开发。我们对地下矿井实行可视化、透明化管理,能够消除事故隐患。即使事故已发生,也能够在时间和空间上协调管理,从而使损失成本降到最低。用计算机仿真技术模拟矿井井下工作空间及地表,减少了人工干预的工作量,同时表现方式透明直观,提高了工作效率,对矿井生产企业的信息化建设及技术管理具有重要意义。本文首先阐述了国内外矿井CAD及三维可视化研究发展现状,研究了基于.NET和托管ObjectARX的AutoCAD二次开发、矿井CAD以及三维可视化等技术；叙述了克里金插值算法基本原理和条带算法原理,并分别使用这两种算法来估计煤层厚度和生成三角形曲面网格,从而构建三维煤层模型；概述了三维图形平移、旋转基本变换理论,并利用平移变换和旋转变换实现三维巷道建模算法,从而构建三维巷道模型；详细设计了巷道断面参数化系统,并以三心拱断面为例；最后以C#.NET为平台,使用托管ObjectARX技术来进行AutoCAD二次开发,成功构建了地下矿井CAD及三维可视化系统,实现了巷道断面参数化设计、煤层三维底板等高线、煤层三维模型、巷道三维模型、三维巷道导航功能、以及通过对地下矿井巷道与煤层空间分析和优化生成最终的三维模型。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
1 绪论  14-18
  1.1 国内外研究现状  14-16
    1.1.1 地下矿井CAD研究现状  14-15
    1.1.2 三维可视化研究现状  15-16
    1.1.3 .NET和ObjectARX的AutoCAD二次开发研究现状  16
  1.2 存在的问题  16-17
  1.3 研究目的及研究内容  17-18
2 基于.NET和托管ObjectARX的AutoCAD二次开发  18-26
  2.1 .NET开发AutoCAD的简述  18
  2.2 .NET开发AutoCAD的基本流程  18-23
    2.2.1 开发思路  18
    2.2.2 开发步骤  18-23
  2.3 .NET开发AutoCAD数据库的基本结构  23-26
3 三维建模的数据分类与数据库  26-32
  3.1 数据分类  26-27
  3.2 等高线数据  27-29
    3.2.1 等高线的基本概念  27
    3.2.2 等高线数据分析  27
    3.2.3 等高线数据的提取与存储  27-29
  3.3 巷道数据  29-32
    3.3.1 巷道的基本概念  29
    3.3.2 巷道数据分析  29
    3.3.3 巷道数据的提取与存储  29-32
4 煤层厚度估计及三维煤层建模  32-46
  4.1 概述  32
  4.2 基于克里金插值算法的煤层厚度估计研究  32-38
    4.2.1 克里金插值算法的基本原理  32-35
    4.2.2 克里金插值的算法思想及煤层厚度估计  35-38
  4.3 煤层底板等高线的三角网格模型  38-43
    4.3.1 条带算法原理及实现  39-41
    4.3.2 煤层三维底板等高线  41-42
    4.3.3 生成三角形曲面网格  42-43
  4.4 构建煤层三维模型  43-46
5 巷道断面参数化设计  46-58
  5.1 巷道断面参数化设计内容  46-48
    5.1.1 巷道断面的形状  46
    5.1.2 巷道断面的尺寸  46-48
    5.1.3 巷道的支护方式  48
    5.1.4 巷道断面管线及水沟布置  48
  5.2 巷道断面图形结构分析  48-50
    5.2.1 巷道断面的分类  48-49
    5.2.2 巷道断面的图形参数化  49-50
    5.2.3 巷道断面的结构条件限制  50
  5.3 巷道断面的参数化程序设计  50-58
    5.3.1 程序设计的实现  50-51
    5.3.2 实现三心拱断面功能的主要代码  51-58
6 巷道三维可视化的实现  58-82
  6.1 巷道概述  58
  6.2 巷道数据模型  58-62
    6.2.1 巷道轴线信息  59-60
    6.2.2 巷道截面参数设计  60-61
    6.2.3 巷道测点信息  61
    6.2.4 巷道数据库设计  61-62
  6.3 巷道三维几何模型建立  62-79
    6.3.1 三维图形的基本变换  62-67
    6.3.2 巷道三维模型的实现  67-79
  6.4 三维巷道导航功能及采煤区工作面  79-82
    6.4.1 三维巷道导航功能  79-81
    6.4.2 采煤区工作面基本模型构建  81-82
7 地下矿井巷道与煤层空间分析研究  82-92
  7.1 采掘工程与空间分析  82
  7.2 巷道与煤层、巷道与断层空间分析  82-85
  7.3 巷道之间空间分析  85-88
  7.4 巷道动态辅助设计  88-92
    7.4.1 巷道辅助设计流程  88-89
    7.4.2 用户界面设计  89-92
8 结论与展望  92-94
  8.1 结论  92
  8.2 展望  92-94
参考文献  94-98
致谢  98-100
读研期间主要科研成果  100

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