基于OpenGL和OPC技術的煤礦三維可視化信息系統(tǒng)的研究.pdf

1、煤炭作為一種常規(guī)的礦物能源，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展有著不可替代的重要作用。煤炭生產歷史悠久，但煤礦的安全生產一直是一個世界性難題。由于煤礦生產涉及到的系統(tǒng)繁多，數(shù)據(jù)量龐雜，且管理和生產環(huán)節(jié)相互分離，難以進行現(xiàn)場管理，客觀上造成煤礦安全生產管理的諸多困難。近年來，隨著信息化技術的發(fā)展，我國煤礦生產的信息化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化的程度不斷提高，但是受傳統(tǒng)生產模式和工藝的影響，信息孤島現(xiàn)象嚴重，信息可視化程度低，因此，構建一個集成的三維可視化的信息管

2、理平臺，有著深遠的意義。
　　 本文所研究的基于OpenGL(Open Graphics Library，開放圖形庫)和OPC(OLE for Process Control，用于過程控制的OLE)技術的煤礦三維可視化信息系統(tǒng)，屬于煤礦安全生產綜合信息監(jiān)控研究領域，著重研究了三維可視化建模、基于OpenGL的三維可視化和基于OPC接口系統(tǒng)集成的實現(xiàn)。由于煤礦生產管理信息系統(tǒng)是一個龐雜的系統(tǒng)，所以本文提出了分層設計的原則，將系統(tǒng)的

3、設計和實現(xiàn)分為兩步：首先在系統(tǒng)集成、三維可視化技術的基礎上，設計了一個三維的組態(tài)軟件平臺，然后在三維組態(tài)平臺之上，對煤礦各個子系統(tǒng)進行重新整合，進行二次組態(tài)化開發(fā)，構建三維可視化的綜合信息管理系統(tǒng)。利用圖形和動畫易于表達復雜但精度要求不高的信息的特點，非常直觀地展示煤礦運輸巷道與煤炭生產各個重要環(huán)節(jié)以及礦內工作人員活動情況。管理人員可以通過此可視化信息平臺，監(jiān)測井下的各個地點設備的實時狀態(tài)信息，分析安全生產形勢，在必要的時候做出控制或安

4、全生產調度，從而提高了生產效率、減少了生產事故。
　　 本文首先簡述了開發(fā)煤礦生產信息系統(tǒng)的背景和意義，分析了國內外研究現(xiàn)狀，總結了煤礦生產信息管理平臺存在的不足，提出了基于OpenGL和OPC技術的研究方案。
　　 其次，以煤礦生產三維空間實體為對象，對煤礦生產三維可視化建模的關鍵技術和關鍵算法進行綜合分析和深入的研究。針對煤礦場景三維建模的特點，采取了混合建模的方案和基于TIN(Triangulated Irregu

5、larNetwork，不規(guī)則三角網(wǎng))和ARTP(Analogical Right Triangular Prism，似直三棱柱)的地層、巷道三維集成數(shù)據(jù)模型，并在C++語言的平臺上對其數(shù)據(jù)結構進行了設計；分析了基于OpenGL可視化實現(xiàn)的過程；針對煤礦企業(yè)信息孤島的現(xiàn)象，提出了基于OPC技術接口級系統(tǒng)集成的方法來實現(xiàn)煤礦異構系統(tǒng)無縫鏈接，深入分析了OPC技術的實質和通信邏輯。
　　 第三，分析了組態(tài)系統(tǒng)的功能特點和結構，在Vis

6、ual studio2008平臺上，結合OpenGL可視化技術、OPC接口技術、ActiveX控件開發(fā)技術，設計開發(fā)了基于OPC的三維可視化組態(tài)平臺，著重介紹了三維繪圖控制模塊、基于OPC的通訊模塊的程序開發(fā)過程，并詳細說明了實現(xiàn)過程和關鍵環(huán)節(jié)的程序代碼。
　　 最后，利用三維組態(tài)平臺進行二次開發(fā)，構建煤礦生產三維可視化信息系統(tǒng)。介紹了煤礦生產三維可視化系統(tǒng)總體設計的構架和實施方案，以及系統(tǒng)的性能特點、可視化界面的設計風格、界面