硕士论文-基于MDT矿体三维实体模型的实现.pdf
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1、东北大学硕士学位论文基于MDT矿体三维实体模型的实现矿山现代CAD系统的基础研究姓名:刘晓军申请学位级别:硕士专业:采矿工程指导教师:孙豁然20041201东北大学硕士学位论文摘要基于M D T 矿体三维实体模型的实现一矿山现代C A D 系统的基础研究摘要随着计算机技术在采矿业的不断应用,采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展。矿业图件的生成与处理是矿山设计:E作的重要内容,传统手工绘制的与国内应用C A D 系统绘制的图形大部分是二维平面图。用二维的图件来描述三维空间的矿体,可视性差,缺乏立体感,容易产生一些误解,并且难于向非专业技术人员展示自己的设计,因此迫切需
2、要建立三维实体模型。本论文在查阅大量资料的基础上,对采矿C A D 技术的研究现状、发展趋势及存在的问题进行分析,指出传统矿山C A D 系统已经不能满足现代矿山的需要,提出了开发符合我国国情的矿体三维实体模型软件的设想。本论文在总结前人理论和软件开发经验的基础上,以V i s u a lC+6 0 为开发工具,以M D T 6 0 三维图形软件为主体,以M i c r o s o f tS Q L 2 0 0 0 为后台数据库,综合运用了O b j e c t A R X 2 0 0 0 技术、数据库开发技术、O D B C 数据库连接技术、图形图像处理技术,完成了基于M D T 矿体三维实
3、体模型系统的设计与实现。关键宇:采矿C A D 计算机辅助设计C A D 二次开发三维实体模型一I I 东北大学硕士学位论文A bstr a c tR e a l i z a t i o no fM D T-b a s e dT h r e e d i m e n s i o n a lE n t i t y sM o d e lo f O r eB o d yB a s i cR e s e a r c ho fM o d e r nC A DS y s t e mo fM i n eA b s t r a c tW i t hc o m p u t e rt e c h n o l o g
4、 yc o n s t a n ta p p l i c a t i o ni nm i n i n gi n d u s t r y,m i n i n gi n d u s t r yd e v e l o p e df r o me m p i r i c a l,t r a d i t i o n a lt y p et os c i e n t i f i ct y p e,q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n dd e a l i n gw i t ha n da u t o m a t i o n T h ef o r m u l a
5、 t i o na n dt r e a t m e n to ft h er e q u i r e dp a r td r a w i n go fm i n i n gi n d u s t r ya r ei m p o r t a n tc o n t e n t so ft h em i n ed e s i g nW O r k,a n dt h ed r a w i n gw h i c hi sd r a w nt r a d i t i o n a l l yb yh a n do rb yC A Ds y s t e mi st h et w o d i m e n s
6、i o n a lp l a n ef i g u r e si no u rc o t m t r y D e s c r i b i n gt h eo r eb o d yo ft h r e e-d i m e n s i o n a ls p a c ew i t ht h et w o-d i m e n s i o n a ld r a w i n g,t h ev i s i b i l i t yi sb a d,l a c kt h et h r e e d i m e n s i o n a le f f e c t,p r o n et os o m em i s u
7、n d e r s t a n d i n ga n dd i f f i c u l tt op r o f e s s i o n a la n dt e c h n i c a lp e r s o n n e ls h o wt h e i rd e s i g n,S On e e dt os e tu pt h r e e d i m e n s i o n a le n t i t y Sm o d e lu r g e n t l y T h i st h e s i si so nt h eb a s i so fc o n s u l t i n gal a r g en
8、u m b e ro fm a t e r i a l s,c u r r e n ts i t u a t i o no fs t u d yo nm i n i n gC A Dt e c h n o l o g y,d e v e l o p m e n tt r e n da n de x i s t i n gp r o b l e ma r ea n a l y z e d,p o i n to u tt h et r a d i t i o n a lm i n eC A Ds y s t e mc a n ta l r e a d ym e e td e m a n d so
9、fm o d e mm i n e,h a v ep u tf o r w a r dt h ei m a g i n a t i o no fd e v e l o p i n gt h r e e d i m e n s i o n a lc n t i t y sm o d e ls o f t w a r eo fO r eb o d yw h i c ha c c o r d sw i t ht h en a t i o n a lc o n d i t i o n so fo u rc o u n t r y T h i st h e s i si so nt h eb a s i
10、 so fs u m m a r i z i n gt h ep r e v i o u st h e o r i e sa n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n te x p e r i e n c eo ff o r e f a t h e r s w i t hV i S U a lC+6,0a st h ed e v e l o p m e n tt o o l,w i t hM D Ta st h em a i nb o d yo fs o f t w a r e,w i t hM i c r o s o f tS Q L2 0 0 0a st
11、h eb a c k s t a g es u p p o r t e r Sd a t a b a s e,a n dh a v eu s e da d v a n c e dO b j e e t A R X 2 0 0 0t e c h n o l o g y,D a t a b a s ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g ya n dO D B Cc o n n e c t i o nt e c h n o l o g yh a v ef i n i s h e dt h ed e s i g na n dr e a l i z e do f
12、 t h r e e d i m e n s i o n a le n t i t y Sm o d e lo f o r eb o d yw h i c hb a s e do nM D T K e yW o r d s:M i n i n gC A D,C o m p u t e ra i d e dd e s i g n,C A Ds e c o n d a r yd e v e l o p m e n t,T h r e e d i m e n s i o n a le n t i t y sm o d e lI I I 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中
13、取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流,请在下方签名;否则视为不同意。)学位论文作者签名:庆蛔吁签字日期:0 2 彬中版导师签名:签字日期:东北大学硕士学位论文第
14、一章绪论1 1 问题的提出第一章绪论矿业是古老的行业,它为其他行业的发展提供必需的物质基础。当前,如何利用信息技术来促进采矿业的技术进步,提升矿山的竞争力,是信息时代国内采矿业必须面对的现实。计算机辅助设计(C A D)是用计算机来辅助一项设计的建立、修改、分析和优化并应用于设计、计划和技术管理的一门高新技术。它以交互式计算机绘图为基础,将快速、准确、直观的辅助设计手段和设计者的逻辑思维、综合分析能力及设计经验结合起来,提高产品设计的质量、效率,降低物耗和工程造价,实现设计的半自动化和自动化f 2】。当前计算机技术已广泛应用于矿山生产实践中,在管理方面,计算机技术主要用于财务、生产台账、综合统
15、计和各种报表生成等;在矿体圈定、储量计算及生产计划方面,计算机用于模仿手工作业过程。而在以往的矿山C A D 系统的计算机应用中主要以A U T O C A D 为支持软件平台,在界面上多数是菜单驱动程序和子系统的运行,缺乏系统的连续性和灵活性,其软件设计和运行的特点主要体现在如下几个方面【3】:(1)现行矿用软件应用系统主要模仿手工作业过程,没有优化技术,除了减轻劳动强度以外,没有带来更大的经济效益。(2)在A U T O C A D l1 0 以前的版本,大部分人们只能通过D X F 和S C R 文件进行通讯或使用A U T O L I S P 语言进行一些简单的计算,因而它的应用范围受
16、到定的限制。即便是A U T O C A D I1 0 以上的版本,可使用A D S 接口将C 语言完全融于A U T O C A D 中,但往往也需要使用B O R L A N DC+3 1,A U T O L I S P,A D S 等支持软件,这无疑增加了存储容量等硬指标的要求,往往在三维动画、立体模型设计中要在大型工作站上进行,增加了成本费用,同时这些支持软件又有其无法克服的自身缺点。(3)在汉字字库的选择上,多以U C D O S 或S U P E R D O S 等中文操作系统,由于其字库不全等,在软件设计中带来很多不便。(4)采矿C A D 软件质量不高,且一般都集中在二维工程图
17、形的设计。国内大部分采矿C A D 软件都集中在设计这一块,而涉及管理和规划这一。块几乎没1 东北大学硕士学位论文第一章绪论有。值得指出的是1 9 9 4 年东北大学王青博士留美回国带回大量自己研究的C A D软件,具有方块模型、境界豳定、品位优化等众多功能,确给人耳目一新,将开创采矿C A D 崭新局面的感觉,但由于矿山经济形势急转直下等原因,未在我国矿山推开;通过广泛的调研采矿C A D 开发实践,对目前C A D 技术的研究方法进行了分类和讨论,对采矿C A D 技术的研究现状、发展趋势及存在的问题进行了分析。在此基础上,提出了开发“可视化集成采矿C A D 系统”的设想,并就采矿C A
18、 D开发的可视化及集成化特点和功能进行了说明;我国研究部门对C A D 研究在时间上较为滞后,近年来投入了很多人力主要致力于二维工程图形软件的编制,但针对矿体三维模型和程序上研究却较少,采矿工程是一个十分复杂的系统工程,涉及许多不同的专业领域。因此,不可能期望一个采矿C A D 软件可以解决矿山设计或生产管理的全部问题。但是采矿C A D 软件已经逐渐应用于矿山设计和管理的各个阶段(勘探、测量、设计和管理)。传统矿山C A D 系统主要致力于二维工程图形的绘制,现在已经不能满足矿L U 的需要,因此多快好省地研制开发出高质量、符合我国国情的现代采矿C A D系统是进一步提高我国矿业领域的计算机
19、应用水平当务之急。现代采矿C A D 系统与传统采矿C A D 系统主要差别在于三维图形显示方面。其中三维实体模型的构建与实现是现代采矿C A D 系统的基础,这一方面的研制将加速我国现代采矿C A D 系统的研发进程,并为缩小和赶上国外采矿C A D 系统做出定的贡献。1 2 国内外的研究和应用现状1 2 1 国外的研究和应用现状目前,国外采矿C A D 技术在采矿中的应用主要集中在二维工程图形设计和三维地质构模两个方面。国外与采矿C A D 有关的矿业软件主要有D A T A M I N E、L Y N X、M O S S、S h e r p a和S u r p a c 等,其中,D A
20、T A M l N E 软件的最大特点是屏幕上的作图显示功能,可以将露天或地下矿山设计所需要的各种图形一一钻孔及岩芯分布、矿体及主要开拓巷道位置(露天矿坑)等以三维和彩色的形式在计算机屏幕上演示出来。如果使用高分辨率的工作站,则显示效果更好。L Y N X 软件有两个显著特点:一2 一东北大学硕士学位论文第一章堵论有。值得指出的是1 9 9 4 年东北大学王青博士留美回国带回大量自己研究的C A D软件,具有方块模型、境界圈定、品位优化等众多功能,确给人耳目新,将开创采矿C A D 崭新局面的感觉,但由于矿山经济形势急转直下等原因,未在我国矿山推开;通过广泛的调研采矿C A D 开发实践,对目
21、前C A D 技术的研究力法进行了分类和讨论,对采矿C A D 技术的研究现状、拉展趋势及存在的问题进行了分析。在此基础上,提出了开发“可视化集成采矿C A D 系统”的设想,并就采矿C A D开发的可视化及集成化特点和功能进行了既明;我国研究部门对C A D 研究在时间上较为滞后,近年来投入了很多人力主要致力于二维工程图形软件的编制,但针对矿体三维模型和程序上研究却较少,采矿工程是一个十分复杂的系统工程,涉及许多不同的专业领域。因此,不可能期望一个采矿C A D 软件可以解决矿山设计或生产管理的全部问题。但是采矿C A D 软件已经逐渐应用于矿山设计和管理的各个阶段(勘探、测量、设计和管理)
22、。传统矿山C A D 系统主要致力于二维工程图形的绘制,现在已经不能满足矿L L f 的需要,因此多快好省地研制开发出高质量、符合我国国情的现代采矿C A D系统是进一步提高我国矿业领域的计算机应用水平当务之急。现代采矿C A D 系统与传统采矿C A D 系统主要差别在于三维图形显示方面。其中三维实体模型的构建与实现是现代采矿C A D 系统的基础,这一方面的研制将加速我国现代采矿C A D 系统的研发进程,并为缩小和赶上国外采矿C A D 系统做出一定的贡献。1 2 国内外的研究和应用现状1 2 1 国外的研究和应用现状目前,国外采矿C A D 技术在采矿中的应用主要集中在二维工程图形设计
23、和三维地质构模两个方面。国外与采矿C A D 有关的矿业软件主要有D A T A M I N E、L Y N X、M O S S、S h e r p a和S u r p a c 等,其中,D A T A M I N E 软件的最火特点是屏幕上的作图显示功能,可以将露天或地下矿山设计所需要的各种图形钻孔及岩芯分布、矿体及主要开拓巷道位置(露天矿坑)等以i 维和彩色的形式在计算机屏幕:演示出来,如果使用高分辨率的工作站,则显示效果更好。L Y N X 软件有两个显著特点:如果使用高分辨率的工作站,则显示效果更好。L Y N X 软件有两个显著特点:2 东北大学硕士学位论文第一章绪论其一是将地质统计
24、学的一些算法(如克里格法)应用于空间数据的处理,进行预测和分析;其二是利用独特的光栅和微量模拟算法模拟三维矿体和巷道。它还包括了环境污染分析等功能。M O s S 是由公路C A D 系统发行而来的软件,适用于大型露天矿(特别是层状矿体,如煤矿)的设计和规划。它可以用于一个矿山自设计至闭坑复垦整个过程中的各个阶段。在矿山规划时期,可以由大地测量、航测生成地表模型;在设计阶段,除了常规露天矿设计外还可进行总图(运输道路、铁路、尾矿坝、水库及管线)的设计:在生产阶段可进行优化排土场、运输道路和破碎站位置设计;在复垦时期,可以分丰斥复垦计划,演示矿坑未来的远景。S h e r p a 是一个A P
25、E X 的矿山成本分析软件,其最大特点是有一个庞大的、与采矿相关的数据库,内含矿山投资估算和采矿成本分析所需的主要参考数据。该软件的主要输出结果有:详细投资构成和经营成本、员工构成、设备配置、开拓和辅助设施要求、原材料和动力要求等等。S u r p a c 是一种三维模块式软件,具有地表测量数据处理、地质勘探资料分析和采矿设计三种主要功能。对于露天矿来讲,可用于炮孔和挖掘设计、边界品位控制及更新生产进度计划:对地下矿山来讲,可以进行深孔落矿的扇形炮孔和矿房底部漏斗的设计。V U L C A N 是一种三级地质模拟和矿山计划软件。它可以利用地质统计学方法处理原始数据并预测品位变化,可以进行露天或
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- 硕士论文 基于 MDT 矿体 三维 实体 模型 实现
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