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摘要：介绍一种专为煤矿地质测量部门设计和开发的软件系统——地质测量信息系统（MSGIS2.5），着重介绍其专地质测量论文资料业CAD系统的系统结构、3D地质测量模型和地质测量图形的自动处理技术。
关键词：CAD 3D地质测量模型 面向对象技术 地质测量图形
1. 引言
随着数字化矿山和煤矿信息化建设的需要，采用人工检索、分析和处理地质、测量信息资料，难以满足煤矿现代化生产与技术管理的需要，尤其是为了准确预防和快速处理矿井重大灾害事故，及时提供采矿设计与经营决策的基础数据，更有必要利用计算机和网络技术来实现煤矿地质测量数据的自动化管理，各种基础图件的自动生成和快速、准确地进行分析与预测。煤矿地质测量信息系统MSGIS 2.5是2002年底新升级完成的。该系统是一个高度集成化，以32位Windows操作系统（Win95，98，NT，XP）为基本运行平台的专业软件包。它由4个（地质、测量、水文、储量）基础数据管理模块和一个专业的CAD系统，及一个3D可视化模块所组成，能全方位贴近煤矿地测部门实际工作需要。
2. 系统功能和结构
2.1 系统功能
煤矿地测信息系统MSGIS 2.5跟踪了煤矿地测部门日常工作的全过程，所有设计均满足煤矿生产的实际工作方式与作图规范。该系统有地质、测量、水文地质和储量数据库72种，可处理台账和报表88种、地测图件33种。具有以下特点：
a. 系统功能全面，系统化程度高，具有适用于地测专业的面向对象的海量图形数据库和图形编辑系统。
b. 图件生成的自动化程度高，可直接生成地测常用的基础图件，包括柱状图、对比图、剖面图、巷道素描图、采掘工程平面图及各类等值线图等。
c. 独特的三维多层地质模型和网状巷道模型，并可实现地质体及井巷工程的三维显示与漫游。
d. 具有高效快捷的平面和剖面对应与任意切剖面功能。
e. 在基础图件上可对某一范围的煤层厚度、导线点、断层、地层倾角、工作面布置方式、采掘工艺等信息进行统计与查询。
f. 系统稳定，容错能力强，并提供多种辅助决策工具。
g. 标准Win32全中文操作界面，易于用户的学习与掌握。
2.2 系统结构
本系统的各子系统和模块间的关系示于图1。
3. 数据管理系统
本系统的数据管理系统包括地质、测量、水文地质和储量4个子系统。它能满足用户对地测数据录入、查询、修改、统计分析、编制报表及制图工作的需要。在设计上遵循以下原则：a.系统以E—R（Entity—Re—lationship）关系数据库模型[1]建立数据库系统；b.信息全面化，能全面跟踪煤矿地测部门生产过程中各类原始数据的采集、分类与汇总；c.编码规范化，全面遵循国家有关技术规范，系统化地建立了点型、线型、图案、岩石符号、钻孔等信息的编码方案；d. 高度共享，各类数据之间以及数据与图形之间的信息能双相流动，动态修改，高度共享。
4. 地测制图CAD系统
本系统的图形子系统是一个面向对象的具有多文档用户界面的专业CAD系统。它由面向对象的图形数据库、图形编辑器、地测常用图件的自动生成模块、空间属性查询与辅助决策分析等部分组成。
4.1 系统设计原则
4.1.1 分类 叠加 组合原则
在主菜单中将专题制图分为柱状图类、剖面图类、矿井平面图类、开采工作面类、采掘工程图类及小插图等6个大类的图形。每个图形通过一个或几个命令自动生成，图形文件之间可以通过图层的方式进行叠加与组合，从而派生出一些需要的图件。
4.1.2 开放性原则
系统在保持其专业性和独立性的前提下，还充分考虑了与其他通用CAD系统和GIS系统之间图形文件及资源数据之间的共享与交流。该系统提供了开放的DXF接口；支持用户通过命令行方式对系统功能进行扩充；允许用户通过数据库、文本文件、交互式手工方式进行计算制图。
4.1.3 实用性原则
系统在制图过程中，除了支持标准的数学坐标外，还支持地理坐标方式，并可根据煤矿用户习惯通过已有的导线点（或其他参考点），由边长与方位来定位目标点。
4.2 地测常用图形的自动处理
4.2.1 柱状图的生成
本系统允许用户以5种标准格式或自定义格式绘制单孔柱状图；能自定义岩性符号；自定义煤岩层对比图的输出格式；可读取测井数据文件直接绘制测井曲线。系统采用“最小厚度法”和“图元组合法”技术来解决薄层（缓冲线）处理和岩性符号的定义。
4.2.2 剖面图的生成
本系统以改进的剪纸法（单层平移法）自动生成剖面图，并可处理任意落差、任意倾角的断层及其各种切割交错关系的断层组合。通过系统内部定义的3D地质模型，能快速实现剖面图与平面图的数据对应。
4.2.3 矿井平面图的生成
本系统通过组合的方式，以向导式引导用户绘制图框、钻孔标志、煤层小柱状、各类等值线、储量计算块段、各类边界曲线和采掘工程等内容。系统能通过构造限制Delaunay三角形[2]方式实现等高 本论文由无忧论文网
线跨断层处理技术。
4.2.4 添加开采信息
在矿井平面图或采区平面图的基础上，截取出开采工作面的范围，可以此为基础添加探煤厚点、井峒石门见煤点、工作面揭露断层、地层倾角和采掘工程等开采信息，还能修改相应煤层底板等高线，其最终成果又能反馈到矿井或采区平面图上。
4.2.5 跨断层任意切分剖面
通过系统内部定义的多层地质体3D模型，采用面向对象技术，自动识别煤层、断层、巷道等信息，从而有机地构造任意方向的地质剖面信息。
4.3 基础图件上地测信息的统计与查询
用户可以用交互方式在基础图上圈定封闭区域，通过系统定义的面向对象的图形数据库属性指针，完成对该范围内的煤层厚度、导线点、断层、地层倾角、工作面布置方式、采掘工艺等信息进行统计与查询。
4.4 分析预测辅助决策
通过系统构建的全要素多层地质体模型，实现空间任意点处煤层底板标高、煤层厚度、煤层倾角等参数的分析与预测。
5. 3D可视化模块
该系统通过对多层地质体构造三角化曲面，采用OpenGL处理函数接口[3]，可实现地质体及井巷工程的三维显示与漫游，从而为用户作辅助决策提供直观分析的基础。该系统先后在山东的兖州、枣庄、肥城，河南的平顶山，江苏的徐州、大屯，安徽的淮北、皖北，内蒙古的大雁、伊敏，陕北的大柳塔，山西的大同等十几个矿务局和煤矿的地测部门推广使用，已逐步成为煤矿数字化的基础平台。
关键词：CAD 3D地质测量模型 面向对象技术 地质测量图形
1. 引言
随着数字化矿山和煤矿信息化建设的需要，采用人工检索、分析和处理地质、测量信息资料，难以满足煤矿现代化生产与技术管理的需要，尤其是为了准确预防和快速处理矿井重大灾害事故，及时提供采矿设计与经营决策的基础数据，更有必要利用计算机和网络技术来实现煤矿地质测量数据的自动化管理，各种基础图件的自动生成和快速、准确地进行分析与预测。煤矿地质测量信息系统MSGIS 2.5是2002年底新升级完成的。该系统是一个高度集成化，以32位Windows操作系统（Win95，98，NT，XP）为基本运行平台的专业软件包。它由4个（地质、测量、水文、储量）基础数据管理模块和一个专业的CAD系统，及一个3D可视化模块所组成，能全方位贴近煤矿地测部门实际工作需要。
2. 系统功能和结构
2.1 系统功能
煤矿地测信息系统MSGIS 2.5跟踪了煤矿地测部门日常工作的全过程，所有设计均满足煤矿生产的实际工作方式与作图规范。该系统有地质、测量、水文地质和储量数据库72种，可处理台账和报表88种、地测图件33种。具有以下特点：
a. 系统功能全面，系统化程度高，具有适用于地测专业的面向对象的海量图形数据库和图形编辑系统。
b. 图件生成的自动化程度高，可直接生成地测常用的基础图件，包括柱状图、对比图、剖面图、巷道素描图、采掘工程平面图及各类等值线图等。
c. 独特的三维多层地质模型和网状巷道模型，并可实现地质体及井巷工程的三维显示与漫游。
d. 具有高效快捷的平面和剖面对应与任意切剖面功能。
e. 在基础图件上可对某一范围的煤层厚度、导线点、断层、地层倾角、工作面布置方式、采掘工艺等信息进行统计与查询。
f. 系统稳定，容错能力强，并提供多种辅助决策工具。
g. 标准Win32全中文操作界面，易于用户的学习与掌握。
2.2 系统结构
本系统的各子系统和模块间的关系示于图1。
3. 数据管理系统
本系统的数据管理系统包括地质、测量、水文地质和储量4个子系统。它能满足用户对地测数据录入、查询、修改、统计分析、编制报表及制图工作的需要。在设计上遵循以下原则：a.系统以E—R（Entity—Re—lationship）关系数据库模型[1]建立数据库系统；b.信息全面化，能全面跟踪煤矿地测部门生产过程中各类原始数据的采集、分类与汇总；c.编码规范化，全面遵循国家有关技术规范，系统化地建立了点型、线型、图案、岩石符号、钻孔等信息的编码方案；d. 高度共享，各类数据之间以及数据与图形之间的信息能双相流动，动态修改，高度共享。
4. 地测制图CAD系统
本系统的图形子系统是一个面向对象的具有多文档用户界面的专业CAD系统。它由面向对象的图形数据库、图形编辑器、地测常用图件的自动生成模块、空间属性查询与辅助决策分析等部分组成。
4.1 系统设计原则
4.1.1 分类 叠加 组合原则
在主菜单中将专题制图分为柱状图类、剖面图类、矿井平面图类、开采工作面类、采掘工程图类及小插图等6个大类的图形。每个图形通过一个或几个命令自动生成，图形文件之间可以通过图层的方式进行叠加与组合，从而派生出一些需要的图件。
4.1.2 开放性原则
系统在保持其专业性和独立性的前提下，还充分考虑了与其他通用CAD系统和GIS系统之间图形文件及资源数据之间的共享与交流。该系统提供了开放的DXF接口；支持用户通过命令行方式对系统功能进行扩充；允许用户通过数据库、文本文件、交互式手工方式进行计算制图。
4.1.3 实用性原则
系统在制图过程中，除了支持标准的数学坐标外，还支持地理坐标方式，并可根据煤矿用户习惯通过已有的导线点（或其他参考点），由边长与方位来定位目标点。
4.2 地测常用图形的自动处理
4.2.1 柱状图的生成
本系统允许用户以5种标准格式或自定义格式绘制单孔柱状图；能自定义岩性符号；自定义煤岩层对比图的输出格式；可读取测井数据文件直接绘制测井曲线。系统采用“最小厚度法”和“图元组合法”技术来解决薄层（缓冲线）处理和岩性符号的定义。
4.2.2 剖面图的生成
本系统以改进的剪纸法（单层平移法）自动生成剖面图，并可处理任意落差、任意倾角的断层及其各种切割交错关系的断层组合。通过系统内部定义的3D地质模型，能快速实现剖面图与平面图的数据对应。
4.2.3 矿井平面图的生成
本系统通过组合的方式，以向导式引导用户绘制图框、钻孔标志、煤层小柱状、各类等值线、储量计算块段、各类边界曲线和采掘工程等内容。系统能通过构造限制Delaunay三角形[2]方式实现等高 本论文由无忧论文网
线跨断层处理技术。
4.2.4 添加开采信息
在矿井平面图或采区平面图的基础上，截取出开采工作面的范围，可以此为基础添加探煤厚点、井峒石门见煤点、工作面揭露断层、地层倾角和采掘工程等开采信息，还能修改相应煤层底板等高线，其最终成果又能反馈到矿井或采区平面图上。
4.2.5 跨断层任意切分剖面
通过系统内部定义的多层地质体3D模型，采用面向对象技术，自动识别煤层、断层、巷道等信息，从而有机地构造任意方向的地质剖面信息。
4.3 基础图件上地测信息的统计与查询
用户可以用交互方式在基础图上圈定封闭区域，通过系统定义的面向对象的图形数据库属性指针，完成对该范围内的煤层厚度、导线点、断层、地层倾角、工作面布置方式、采掘工艺等信息进行统计与查询。
4.4 分析预测辅助决策
通过系统构建的全要素多层地质体模型，实现空间任意点处煤层底板标高、煤层厚度、煤层倾角等参数的分析与预测。
5. 3D可视化模块
该系统通过对多层地质体构造三角化曲面，采用OpenGL处理函数接口[3]，可实现地质体及井巷工程的三维显示与漫游，从而为用户作辅助决策提供直观分析的基础。该系统先后在山东的兖州、枣庄、肥城，河南的平顶山，江苏的徐州、大屯，安徽的淮北、皖北，内蒙古的大雁、伊敏，陕北的大柳塔，山西的大同等十几个矿务局和煤矿的地测部门推广使用，已逐步成为煤矿数字化的基础平台。