一种用于矿井全息一张图的可视化方法与流程

本发明属于矿井工程信息化技术领域，尤其涉及一种用于矿井全息一张图的可视化方法。

背景技术：

煤矿生产环境复杂多变，为了实现煤矿的安全生产，需要煤矿地测、一通三防、机电、生产、监测等部门紧密协作。煤矿生产同时是一个动态、实时变化的过程，伴随着煤矿的开采，各种数据实时在变化，因此需要各部门实时数据的及时更新、一体化地供给所需要主题、场景或者位置的数据。

虽然有现有技术公开了“一张图模式”的煤矿管理系统，其公开了管理系统的架构，即包括数据源层、协同更新服务层、数据存储服务层和业务应用层，但是数据源层通过协同更新层将内部数据分别纳入数据存储层中对应的各个数据库中，导致数据更新慢，而且只能提供部分图像的关联显示，不能进行三维显示，也不能真正实现按照主题或者场景、位置灵活获取矿产相关数据。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的技术方案。因此，本发明的一个方面，提供了一种用于矿井全息一张图的可视化方法，该方法包括：

通过协同设计平台采集巷道数据；

对采集的巷道空数据进行存储；

对存储的巷道空数据进行格式化，格式化后的巷道数据包括巷道信息、导线点信息；

对格式化的巷道数据进行导线平滑过度处理；

对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染。

可选的，对格式化的巷道数据进行导线平滑过度处理，包括：对夹角在预定角度范围的两个导线的交叉点进行倒角处理。

可选的，对夹角在预定角度范围的两个导线的交叉点进行倒角处理，具体包括：

根据夹角和邦宽计算缩进距离、缩进位置，所述导线点信息包括邦宽；

根据夹角、缩进位置、邦宽计算出夹角的角分线上的位置；

以所述位置为圆心，以邦宽为半径，在两条导线的缩进位置间画弧形。

可选的，对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染，具体包括：

根据所述弧形，邦宽向左右延伸，构建左右邦底板；

根据所述左右邦底板向上延伸，确定顶板端点位置，

根据顶板端点位置进行插值绘制拱形。

可选的，对格式化的巷道数据进行导线平滑过度处理，包括对三条以上的导线的交叉点进行平滑处理。

可选的，对三条以上的导线的交叉点进行平滑处理，具体包括下述步骤：

对交叉点分支的导线进行排序；

按照顺序，根据邦宽依次在角分线上做投影；

根据投影点构建交叉点底板。

可选的，对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染，包括：

根据所述底板、巷高垂直向上构建顶板端点；

根据所述顶板端点进行插值，生成顶板曲面。

可选的，先根据所述顶板端点插值生成多边形，再根据所述多边形插值生成贝塞尔曲面。

可选的，对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染包括包括：

获取规范化平面图，所述规范化平面图包括巷道中心线三维坐标、巷道截面的几何轮廓参数；

根据所述规范化平面图进行巷道的拓扑表示与初始化；

对巷道进行三角网剖分；

对剖分后的巷道进行纹理映射渲染；

利用3d引擎进行巷道的三维显示。

可选的，根据所述规范化平面图进行巷道的拓扑表示与初始化，包括：

利用n个离散点序列表示巷道从地面侧边到穹顶的截面。

可选的，对巷道进行三角网剖分，包括利用四边形集合分别对巷道壁、巷道地面建模。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本发明基于工程平面图，能够自动生成3d模型巷道以及纹理贴图，从而能够基于二维的图像以及相关信息实现巷道的三维显示，从而进一步实现巷道场景的虚拟现实漫游。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述技术方案和其目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明提出的一种用于矿井全息一张图的可视化方法的流程图；

图2-4依序示出了对两条巷道形成的交叉点进行倒角计算的过程；

图5示出了对三条以上巷道形成的交叉点进行倒角计算的过程；

图6示出了本发明提出的对巷道进行三维化的流程图。

图7示出了本发明提出的一种用于矿井全息一张图的二三维一体化可视化方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种用于矿井全息一张图的可视化方法，如图1所示，该方法包括：

s1.通过协同设计平台采集巷道数据；

s2.对采集的巷道空数据进行存储；

s3.对存储的巷道空数据进行格式化，格式化后的巷道数据包括巷道信息、导线点信息；

s4.对格式化的巷道数据进行导线平滑过度处理；

s5.对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染。

所述巷道信息包括父巷道geocode、巷道geocode、巷道名称、巷道topo起点、巷道topo终点；所述导线点信息包括导线点geocode,点名、x坐标、y坐标、底高程、巷高、左邦距离、右邦距离、二套邦线是否打开、二套左邦距离、二套右邦距离、巷道geocode。

对格式化的巷道数据进行导线平滑过度处理，包括：对夹角在预定角度范围的两个导线的交叉点进行倒角处理。优选的，所述预定角度范围为5^o-179^o。

作为一种具体实施方式，对夹角在预定角度范围的两个导线的交叉点进行倒角处理，如图2、3、4所示，具体可包括：

根据夹角和邦宽计算缩进距离、缩进位置，所述导线点信息包括邦宽；

根据夹角、缩进位置、邦宽计算出夹角的角分线上的位置；

以所述位置为圆心，以邦宽为半径，在两条导线的缩进位置间画弧形。

在这种实施方式下，对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染，如图5所示，具体包括：

根据所述弧形，邦宽向左右延伸，构建左右邦底板；

根据所述左右邦底板、巷高向上延伸，确定顶板端点位置，一般是顶板的4个端点位置；

根据顶板端点位置进行插值绘制拱形。

对格式化的巷道数据进行导线平滑过度处理，包括对三条以上的导线的交叉点进行平滑处理。

作为另一种具体实施方式，如图5所示，对三条以上的导线的交叉点进行平滑处理，具体包括下述步骤：

对交叉点分支的导线进行排序；

按照顺序，根据邦宽依次在角分线上做投影；

根据投影点构建交叉点底板。

对平滑过度处理后的巷道数据进行三维渲染，包括：

根据所述底板、巷高垂直向上构建顶板端点；

根据所述顶板端点进行插值，生成顶板曲面，具体可先根据所述顶板端点插值生成多边形，再根据所述多边形插值生成贝塞尔曲面。

在本发明中，巷道之间往往具有交叉点，因而经常需要对交叉点进行上述平滑过度处理，对巷道进行三维化时，还需要对各个巷道进行三维渲染，如图6所示，具体包括：

s11.获取规范化平面图，所述规范化平面图包括巷道中心线三维坐标、巷道截面的几何轮廓参数；

s12.根据所述规范化平面图进行巷道的拓扑表示与初始化；

s13.对巷道进行三角网剖分；

s14.对剖分后的巷道进行纹理映射渲染；

s15.利用3d引擎进行巷道的三维显示。

通过本发明提供的上述技术方案，能够根据规范化的采掘工程平面图，自动生成3d模型巷道以及纹理贴图，规范化的平面图提供巷道的中心线三维坐标，用户输入巷道截面的参数化几何轮廓，据此自动进行巷道壁的三角网剖分和纹理贴图，从而构建起3d巷道。从而能够在3d显示平台上实现巷道场景的虚拟现实(vr)漫游，所建立的3d巷道可作为其它监测监控、自动化等3d设备模型的基础背景和载体。

规范化的采掘工程平面图是具有统一坐标标准、利用图层结构存储的平面图。

从用户上传的采掘工程平面图到规范化的采掘工程平面图，作为一种具体实施方式，进行如下数据处理过程：

1）接收客户端上传的采掘工程平面图以及其坐标范围；

2）在利用图形化应用程序平台—oda（teigha）识别dwg（cad使用的文件格式）文件的实体信息,包含图层、扩展属性、样式等，

3）使用切片缓存技术,利用[图层、切片级别、切片编码[0,0],[0,1],...[9,9]...、png图片二进制存储数据]数据结构存储；

4）判断该dwg文件内容是否第一次上传，如果是第一次上传,进行版本号初次定义，如果是dwg文件内容更新上传,进入更新数据流程并更新最新版本号.

5)建立监听机制,感知图形进行更新,浏览器业务应用自动更新渲染矿井工程图。

本发明还提供在步骤s11中快速更新并提供规范化平面工程图的实施方式，具体包括：

选择图层，根据所选择图层的级别进行主题图切片；

获取到更改区域的图层编码，在主题图中的信息；

对图像编码以及其在主题图中的信息进行更新存储，并提供更新后的平面工程图。

本发明通过对平面图的维护、更新能够获取到相对应的巷道3d视图。

根据所述规范化平面图进行巷道的拓扑表示与初始化，包括：

利用n个离散点序列表示巷道从地面侧边到的截面：利用参数描述巷道截面，比如用圆弧穹，半圆穹，三心穹，梯形穹等参数来描述巷道截面轮廓形状。结合不同几何形状和相关参数，可以生成从地面侧边到穹顶的截面“半轮廓线”（假设巷道截面轮廓是左右对称的）在二维平面上的2d模板，并用n个离散点序列：表示，满足。其中(xt,yt)表示第t个点的二维坐标。

利用带权的图结构来表示巷道中心线构成的拓扑连通图，v表示巷道交叉点集合，e表示连接交叉点的巷道集合，即表示三维坐标点集，表示连接交叉点的巷道集合。对每条边表示成元组，其中分别表示边上的两个端点；给定端点，分别表示在三维坐标系下，由2d模板生成的，巷道截面上的左右两边半轮廓线的3d离散点序列，其中时表示右边，表示左边。

对上述半轮廓线离散点序列的初始化如下：令表示以为起点，以为终点的单位向量，并称为“前向量”；令指向正上方的单位向量；令表示向量垂直方向上的单位法向量，成为“右向量”。

设表示的第个分量，令，对。

对巷道进行三角网剖分，包括利用四边形集合分别对巷道壁、巷道地面建模，具体包括：

(1)对应每条巷道生成四边形集合表示为，其，

的含义是巷道截面的左右两边“半轮廓线”，沿巷道方向拉伸形成的四边形集合，对应巷道壁建模。表示截面底部沿巷道拉伸的左右两个四边形，对应巷道地面建模。

(2)对结点度数的情形，设巷道集合，满足。设函数满足；记函数表示向量在二维水平面上的投影。

对应巷道有岔口的情形，此时相邻两个巷道的延伸线会产生相交从而产生切割，因此需要调整。在此情况下，得到多边形剖分的具体算法如下：

令多边形剖分集合

#其中|v|为点集v的元素个数

设角度集合

令

对两个前向量进行2维投影

#计算夹角，并调整到区间

令

令

令为直线和直线异面垂线段的中心

令

令为直线和直线异面垂线段的中心

令

令（按上节计算）

输出多边形集合，算法结束。

通过上述多边形剖分，容易形成三角网，即完成对巷道的三角剖分，从而基于规范化的采掘工程平面图生成三维巷道。

如图7所示，本发明提供一种用于矿井全息一张图的二三维一体化可视化方法，在该方法中，采用docker微服务架构,提供后台2d-gis接口服务和丰富前端sdk封装接口，实现在线览图,自动监听,快速实时更新图功能，本发明所提供的技术方案实现了完全兼容打开autocad图形，服务之前采用rpc通讯方式，采用c++读取显示autocad图形，采用golang实现web服务层，对不同切片请求采用多进程方式处理，同时请求瓦片时，采用golang的协程进行并发处理；利用opengl渲染引擎以及gpu，提高绘制性能，使用灵活的sdk开发接口，满足二次开发需要。基于上述技术特点，本发明能够实现矿场一张图二三维一体可视化，具体过程包括：利用协同设计平台基于采掘工程平面图采集巷道数据，所属巷道数据以图层形式存储，通过2d-gissdk接口对于一主题下的图层集合，进行二维gisweb显示，另一方面可对所述的基于采掘工程平面图的巷道数据，进行格式化处理，并利用前面所述的三维可视方法进行三维gisweb显示，从而实现二三维一体可视化。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：能够基于采掘工程平面图以及相关信息实现巷道的三维显示以及二三维一体化显示，从而进一步实现巷道场景的虚拟现实漫游。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。