基于地球科学馆的三维可视化研究

第一篇：基于地球科学馆的三维可视化研究

基于地球科学馆的三维可视化研究

1.研究背景

地球科学馆是在我校1983年所建“地质陈列馆”和“痕迹化石陈列室”的基础上，经过充实、完善而建立起来的,是一个集教学、科研与科学普及为一体的地球科学园区。本馆主要以服务校内地矿类及其相关专业学生学习有关地质学类课程，并对其他专业学生普及地球科学知识，进行素质教育为宗旨，同时兼具对中、小学生和青少年以及各级干部普及地球科学知识的功能。

馆内展厅包括地球演化、痕迹化石、矿物与矿产资源3个展区，通过大量天然实物标本、模型、图片、简明图表及简要的文字说明，集中展示了人类赖以生存的地球在宇宙中的位臵、物质组成、各圈层及其演化、蕴藏的丰富自然资源，并从不同角度反映了由于人类活动而导致的资源和环境问题，以及人与地球和谐共处及可持续发展问题。为了更直观的展示地球与生物演化、地质作用、痕迹化石、矿物与矿场资源，有效地保护馆藏内容，拟基于三维可视化技术，采用计算机和地理信息系统技术，从三维空间的角度向参观者展示馆藏内容。通过三维建模，运用三维虚拟现实、多媒体、3S等技术，全方位、多角度仿真显示馆藏天然实物标本，可以使更多的人不必进入科学馆就可以浏览馆藏内容，带给他们身临其境的体验。同时，通过数字地球科学馆建设研究，使其成为一个流动的科教基地，打造一个真正的集教学、科研与科学普及为一体的地球科学园区。

2.研究意义：

地球科学是保障人类生存和发展的科学，普及和发展地球科学是关系到中华民族乃至全人类生存和繁荣昌盛的一项意义深远的战略。而近年来，参观人数的增多已逼近科学馆的承载限制，加之外界环境对科学馆的负面环境影响，地球科学馆的保护已迫在眉睫。我们从保护河南理工大学资源环境学院地球科学馆中的珍贵宝石、化石以及实现地球科学馆的数字化、可视化的角度出发，利用三维可视化技术及VTK体系平台来呈现地球科学馆的三维形态，让广大学生、学者能够通过三维影像资料对地球科学馆内知识加以学习研究，达到一种无损参观的效果。这样做的意义是：

①、实现典型化石的可视化；

②、对地球科学馆内部场景进行模拟；

③、根据现有化石还原古地理环境；

④、保护地球科学馆内部的宝石、化石以及其他珍贵资源，避免不必要的人为参观及其他活动对科学馆的破坏行为；

⑤、在省内外乃至国内外宣传地球科学馆，让地球科学馆成为一个流动的科教基地，打造一个真正的集教学、科研与科学普及为一体的地球科学园区。

3.作品特色

(1)基于三维可视化技术，建立数字地球科学馆系统，可以较为真实地展示馆藏情况，集科学馆保护、参观、展览、教学于一体；

(2)利用三维虚拟场景，利用多媒体技术，使静态地球科学馆变成了一个动态可浏览、可移植的教学体验馆；系统建成后，用户足不出户就可以体验馆藏内容，欣赏地球科学的无穷魅力；

(3)系统建成后，用户既可以在多媒体的讲解下，按照预设路线参观，也可以根据自己兴趣爱好自由参观，并可以把放在展位上的展品“拿”起来细细品玩，最大限度调动参观者对地球科学的求知欲，同时可以减轻地球科学馆讲解人员的工作量。

4.研究流程

第一，研究三维地质数据模型及可视化方法，采用面向对象方法，根据馆藏标本的特点，设计3D可视化数据模型及数据结构，创建单个标本的三维可视化内容；

第二，通过研究三维可视化关键技术（空间数据插值、三角剖分、三维可视化）探讨基于三维虚拟现实技术的地球科学馆内部结构建模与可视化过程；

第三，将馆藏标本按照目前展区分布情况，将其放臵在馆内三维场景中，还原馆藏实际情况；

第四，设计参观路线；

第五，设计地球科学馆参观讲解词，按照参观路线，分展区、分类别介绍馆藏内容；

第六，搜集地球与生物演化、地质作用、痕迹化石、矿物与矿场资源等相关地球科学知识，形成多媒体文件，必要时，设计并制作部分实体标本介绍的多媒体文件；

第七，将第三、第四和第五部分内容合在一起，形成三维虚拟环境下的地球科学馆参观展示；

第八，将第六部分的内容与第一、第三和第五部分内容关联起来，加入点播功能，用户在自由参观浏览时，可以根据需要自行点播相关多媒体文件。

将以上内容综合起来，形成一个完整的基于三维可视化技术的数字地球科学馆系统。

5.技术指标

(1)在了解科学计算可视化发展概况的基础上，研究并实现相关的三维可视化技术，为三维可视化建模提供理论支持；

(2)基于人机交互的需要，研究VTK 的关键技术；

(3)设计并建立基于三维可视化技术的数字地球科学馆系统，实现以下功能：

a.馆藏实体标本的三维可视化，以及三维实体的浏览、放大、缩小、旋转等功能；

b.地球科学馆内部结构可视化，通过三维建模技术，建立地球科学馆内部的三维虚拟场景，与实体标本可视化一起，真实展示馆内分布，使用户可以在其中自由地参观浏览；

c.参观导航功能，系统向用户提供参观向导，配以人物讲解，按照预设的参观路线，全面、完整地展示馆藏内容；

d.自由浏览与多媒体展示功能，在三维虚拟场景内，用户可自由地参观馆藏内容，并可以把放在展位上的展品“拿”起来细细品玩；

e.多媒体讲解功能，对馆内每一类有代表性的馆藏品，配以多媒体文件向用户详细介绍其内部结构、发展演变过程等地球科学知识，用户需要时，可以自由点播。

6.国内外三维可视化的研究现状

近几年来，国内外在科学可视化、三维地理信息系统(3DGIS)、三维地学模拟系统(3D Geosciences Modeling System，3DGMS)、三维有限元数值模拟(3DFEM)领域的研究进展迅速。3DGMS 是随着科学可视化技术和地质信息计算机模拟技术的发展，在20世纪90年代开始为人们所重视。区别于GIS(地理信息系统)，3DGMS 的主旨是针对地质信息模拟与表达方法的不足和缺陷，借助于计算机和科学可视化技术，直接从三维空间的角度、以数字化的形式去理解、表达和再现地质体与地质环境，进而辅助工程设计、施工与决策。

自20世纪80年代以来，围绕矿山、地质和岩土工程应用，国际上开发了多种3DGMS 软件。1988年法国Nancy 大学的J．L．Mallet 教授推出了GOCAD（地质对象计算机辅助设计），其目的是满足地质、地球物理和油藏工程的三维模拟与辅助设计的需要。在20世纪90年代初期，开发了一系列基于UNIX 操作系统和用于工作站环境的软件（如LYNX，Datamine，Surpac等）；20世纪9O 年代中期以来，随着微机性能的提高，一些3DGMS 软件开始移植到Windows 操作系统和微机环境；2O 世纪9O 年代后期，随着网络技术的发展和NT 操作系统的热潮，相继推出了一些基于NT 环境和支持网络共享的系统。近几年，微机性能得到大幅度的提高，基于工作站的3DGMS 逐渐丧失当年的优势，基于Windows 操作系统和微机环境的3DGMS开始成为主流。美国、加拿大、英国等一些国家相继推出多种代表性的地学可视化建模软件。

我国矿山计算机应用始于80年代初期，经过学术界和工业界的努

力，计算机在我国矿山的应用得到了长足的发展，国内自行开发的计算机矿床模型主要有:霍林河矿矿床地质模型，平庄西矿矿床地质模型等，这些矿模都是用高级语言（FORTRAN，BASIC，C 语言）开发的，其精度和可靠性都较高，基本能满足地质管理和采矿的要求但这些矿床模型都是在DOS 系统下开发的二维平面模型，其可视性和通用性较差。国内对三维地质可视化建模方面的研究起步相对较晚，但也开发了一系列的三维建模软件。其中代表性的有长春科技大学在阿波罗公司TITANGIS 上开发了GeoTransGIS，主要用于建立中国乃至全球岩石圈结构模型的三维信息；石油大学开发的RDMS、南京大学与胜利油田合作开发的SLGRAPH 主要用于三维石油勘探数据可视化；中国地质大学坤迪科技公司开发的三维可视化地学信息系统（GeoView）可实现三维地学信息管理、处理、计算分析与评价决策支持；北京东方泰坦科技有限公司开发TITAN三维建模软件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面数据，建立起三维空间复杂形状物体的真三维实体模型。还有其他一些三维建模的软件，可以说取得了一定的成果。

纵观国内外对地质体和空间立体三维可视化系统的研究和开发现状，它们为地质体和空间立体的三维建模和可视化提供了丰富的理论、经验和技术基础，同时也为本项目研究打下了坚实的基础。

第二篇：资源环境学院 参观地球科学馆

资源环境学院

策

划

书

学生会

2010年11月1日资环学院团委

参观地球科学博物馆

一.活动背景展现我院特色，使大学生感受专业魅力，树立职业理想！增进大学生对我院更深的认识，增强大学生对专业的兴趣和喜爱，调动大学生学习专业课的积极性，开拓大学生的视野，资源环境学院学生会宣传部特此筹办此次参观地球科学博物馆的活

二.活动目的展现资环风采，增强专业魅力。动。

三.活动主办单位

资环学院学生会宣传部

四.活动时间和地点

2010年～月～日地球科学博物馆

五.活动对象

资源环境学院09级全体同学

六.活动准备期

（1）为了此次活动的顺利进行我部召开多次全体成员会议，进行讨论各方面事宜。

（2）邀请有关部门的帮助，如学生会的部门，新闻工作社

（3）邀请我院数位优秀的专业的解说员优秀解说员名单：

七.活动流程

（1）宣传工作：我们将把活动目的﹑活动时间﹑活动地点通知到各班班长，让班长通知到各个同学且统计参加人数。然后我们将以沾报的形式把通知写在男女宿舍楼下的宣传板上。

（2）统计工作：我们将以班级为单位把人数统计好，把班级人数少的合并在一起组成一个班级

（3）工作的分配：给工作人员分配相关工作

（4）活动开始前：在指定地点以班级为单位整队，排成四列纵队，然后又有我部负责人宣读参观的注意事项及要遵守的纪律。

（5）活动开始：以班级为单位的四列纵队变成两列纵队由负责人带队由秩序进入地球科学博物馆进行参观学习，（新闻工作社的工作人员拍照记录）队伍以流动式进行有进有出。

（6）活动结束：收拾整理活动地点保证馆内整洁卫生

八.活动费用

九.活动总结

第三篇：水利水电工程三维可视化建模技术研究论文

摘要：随着经济的发展和人们生活水平的逐渐提升，水利水电工程的规模和数量都得到较大幅度的发展，为保证水利水电工程的质量和使用性能，人们尝试将建筑物三维可视化建模技术与水利水电工程相结合，本文以大型水利水电工程建筑物三维可视化建模技术为研究对象，结合某大型水利水电工程建筑物，对数据建模，建筑物建模思路进行分析，并针对大型水利水电工程建筑物几何建模技术、形象建模技术、三维显示技术等展开研究，为加深对大型水利水电工程建筑物三维可视化建模技术的认识，提升我国大型水利水电工程建筑物的整体性能作出努力。

关键词：水利水电工程规划论文

在现代信息技术不断深化发展的过程中，大型水利水电工程建设现代化、数字化发展已经成为其发展的必然趋势，而三维可视化仿真模型的构建是推动其发展的重要环节，三维可视化仿真模型的直观性、可操作性都明显优于传统设计方法，所以对其展开研究对提升大型水利水电工程整体性能具有重要的意义。

1大型水利水电工程的数据模型

数据模型的性能决定其包括能够描述系统的静态特征的数据结构、能够描述系统动态特征得到数据操作和保证系统整体持续运行的完整性约束三个主要结构，其共同使数据模型能够对现实世界真实的模拟，能够通过计算机实现并被人类理解。通常大型水利水电工程建筑物中同时存在规则和不规则的实体，在建筑模型中需要将建筑物中真实存在的面和体分为规则和不规则两种类型，通常平面区域或规则的曲面区域在数据模型中会视为规则面对像，否则为不规则面对像，体对象作为多个面对像构成的空间实体，其中如果存在一个及其以上的不规则面对像，则数据模型视其为不规则体对象，由此在数据模型中将规则面对像表示为多边形或函数构造面；将规则的体对象表示为长方体、圆柱体等几何构造体；将不规则面对像表示为TIN面片；将不规则体对像表示为以上基本元素的组合。某大型水利水电工程建筑物三维可视化建模技术中需要面对建筑物的点、线、面、体对象构建数据模型，其点对象的三维空间位置可以通过Q(x，y，z)表示，而两个点对象的三维空间位置即可以描述建筑物的线段对象，而多个线段对象将共同组成线对象，线对象又可以描述几何要素，由此可见数据模型可以实现对规则或不规则建筑实体的描述，三维可视化建模的数据模型实质上是以面对像或面对像的组合形式对建筑物实体进行仿真，所以在设计的过程中可针对不同的面对像进行优化，有利于建筑物整体性能的提升。

2大型水利水电工程建筑物的建模思路

由于构建的三维可视化模型既要表述系统的组成，又要表述复杂系统中不可分解的子系统，所以模型要由不同的模块构成，而模块之间既要有层次结构，又要具有组成和可连续的关系；不同模块其在构建的过程中需要用独立的物理设备或部件；能够通过独立的数学描述各模块的特征。三维可视化模型模块之间的关系决定，对建筑物实体的描述可以通过以下方法实现：针对单纯以简单物体粘合形式构成的物体可以通过空间分割描述，如长方体、圆柱体等；针对简单物体复杂粘合形式构成的物体，可通过构造实体几何表示的方法描述，如并集、交集等；针对复杂物体可通过边界表示法，对物体边界的点、线、面进行描述，不同性质实体描述方法的差异决定某大型水利水电工程应用三维可视化建模技术的过程中需要通过GIS平台，CAD，3dsmax图形处理软件等进行稽核建模、形象建模、三维显示。

3大型水利水电工程建筑物几何建模技术

几何建模技术即结合建筑物实体特征点的实际数据，计算其法向量，进而形成三维几何模型的过程，由于大型水利水电工程建筑物较复杂，其存在简单的建筑物、同高程水域平面、复杂三维实体构造等。构建简单的建筑物模型，可以通过空间分割描述，例如将箱体式房屋视为屋顶面和多个铅直外墙面构成的实体；构建同高程水域平面三维模型可以利用边界多边形的三角剖面表示；构建复杂三维实体三维模型利用制图软件将三维实体的数据在三维空间坐标体系中直接定位，然后利用以下技术进行建模：一种是参数化实体建模技术，其是通过多个参数控制特征部件表述建筑实体的几何关系，并利用代数方程对各部进行结构约束和尺寸约束，此技术以变参数几何模型作为模型构建的基础，能够实现交互参数驱动，而且能够定义参数约束。在某大型水利水电工程中其泄洪潮进水塔、溢洪道等建筑物属于复杂三维实体，在构建三维可视化模型的过程中需要通过以下步骤完成，首先，对建筑物全局变量和局部变量进行定义，例如在构建泄洪潮进水塔三维可视化模型时要选择此建筑物中心线底面点作为控制点，结合其边墙、启闭室等组成部分的关键点与中线点的距离，从全局的角度对其位置、尺寸等进行定义，然后根据定义的数据对局部变量的尺寸进行确定，通过Polylinez等绘图函数将其主体建筑物进行绘制，如进水塔；然后将其次要的组成部分利用拓扑关系按照固定点进行组合，由此形成泄洪洞进水塔建筑物的三维几何模型，此技术的优点是当设计发生改变时，只要对全局变量和局部变量进行更改即可，并不需要彻底的改变几何模型。另一种技术是CAD实体建模技术，此技术是利用CAD软件，通过获取几何元素及表达几何元素关系的约束条件，对几何元素进行确定的技术，如某大型水利水电工程的大坝为例，以大坝的填筑材料、结构等为划分标准，整个大坝会划分为不同的部分，而每部分的形状都很难规则，将不规则的部分细分成规则的形状，针对大量规则的构件进行建模，此时模型中的定量信息成为可以调整的参数，通过对参数赋予不同的数值，可以直接改变各部件的形状、体积，而相同或相似的部件可直接通过软件的图形处理功能实现，使构建的效率和准确性都得到保证，通过对某个部件的构建，实现整体大坝的三维模型构建。针对特征模型还可以利用特征建模技术，其是在系统特征库中存在建筑物建模所需的模型，通过对其进行尺寸约束和位置约束可以将特征模型直接应用于建筑物建模过程的技术，此技术具有效率高、可用性强的特点。

4大型水利水电工程建筑物形象建模技术

形象建模技术是针对已完成的几何模型进行形象美化的过程，使三维模型与建筑物实体更加接近，形象建模技术通常针对建筑物的颜色、透明度、纹理、光泽等进行调整或通过贴图达到使建筑物美化、真实的目的；另外，在形象建模的过程中要考虑到建筑物在真实应用的情况下会存在彼此的遮挡，所以在此过程中需要通过计算消除隐藏面，算法主要有两种，一种是将窗口内的单独像素作为处理单元，确定处理单元中距观察点最近的物体为可见；另一种是以场景中的物体为独立处理单元，以每个物体表面为可见面。

5大型水利水电工程建筑物三维显示技术

三维显示技术即将已经形象美化后的建筑物三维模型投影设置观察点，并对其位置进行合理的调整后将其通过计算机屏幕进行展示的技术，使计算机屏幕上展示的三维可视化模型与建筑物实体两者的逼真度达到最高，三维显示不仅要求对建筑物的整体形象进行展示，而且要求对建筑物与视点的距离、物体与实现的方向、建筑物构件的体积、形状等细节进行展示，可见三维显示技术与计算机的分辨率之间存在密切的关系，分辨率越高，越能够达到三维显示的要求。例如在某大型水利水电工程整体场景展示时，计算机屏幕显示器的分辨率要满足细化水利水电工程中厂房、进水塔、大坝等重要建筑物的需要；当视点转向上游时，计算机屏幕分辨率要满足细化上游洞口、渣场等建筑物的需要，在利用三维显示技术的过程中不仅可以达到通过建筑物三维可视化模型更加了解水利水电工程建筑物，快速获取相关数据的目的，而且其可视化的优势有利于优化建筑物设计细节，提升建筑物的整体性能。

6结论

通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到大型水利水电工程在经济发展、社会稳定中所起到的重要作用，并结合工程计算、计算机图形学、图像处理、人机界面等多学科的知识，创建并不断完善建筑物三维可视化建模技术，为提升大型水利水电工程整体性能提供有效的工具。

第四篇：隧道通风三维可视化网络解算系统_用户手册资料

1.引言

1.1编写目的

为用户提供此文档，以供用户使用软件时参阅和培训之用。

1.2项目背景

公司主营的项目之一，对项目的基本的功能的开发管理和对项目的基本的操作的功能。

2.系统简介

隧道通风三维可视化网络解算系统可以用于隧道通风设计与优化、风机工况点分析、通风系统调整方案制定、风温计算、循环风预测、反风演习、通风系统经济性分析以及以通风仿真为基础的通风决策支持等领域，使用该系统可以帮助矿山企业进行合理的通风管理，节约通风成本，提升矿山企业整体形象。

隧道通风三维可视化网络解算系统采用先进的计算机图形、数据库应用技术和虚拟现实 技术。通过三维建模，用户将复杂的隧道通风过程以三维图形的方式简单、直观的展现出来，用户可从任意角度观察和调整通风系统，实现了巷道风量分配的实时解算，为隧道通风决策人员提供数据依据。通过对不同区间数据进行着色，通风过程的关键数据和薄弱环节一目了然。系统提供通风经济性分析工具，在三维可视化的环境中对通风方法的安全 性、合理性和经济性进行分析，在保证通风系统安全的前提下合理节约通风成本。系统为隧道通风管理提供了全新的操作平台。在系统中，我们通过建立通风网络模型，设置污染源位置，便可以在三维环境下直观的看到污染源的影响范围和扩散过程。系统同样可应用于隧道安全知识培训方面，通过三维通风仿真，通风安全专业问题被直观的展现出来。

系统功能特点

1.通过对隧道通风三维可视化网络解算系统数据进行三维可视化建模，将整个隧道通风三维可视化网络解算系统直观、动态的展现出来，系统建成后可作为矿山企业进行通风系统管理和调整的决策分析平台；

2.可有效的帮助矿山企业进行科学的通风系统管理和调整，及时预测和发现通 风系

统薄弱环节，合理节约通风成本；

3.兼容对煤层、矿区地形、地质构造，井下实测三维模型数据的真三维可视化 模型整合；

4.在三维可视化环境中通过对风速、风量、风压、风阻、通风成本、风温、高 程等几十种数据进行计算并设置颜色图例，帮助用户快速对数据进行分析和 解译；

5.经济性分析工具帮助优化关键巷道经济断面，可自动从风机数据库中选择最 经济可靠的风机类型；

6.可对井下爆破排烟和柴油机排放物进行动态扩散模拟；

7.可对井下热源、冷源和湿源进行建模，可在三维可视化环境中实现对隧道降 温效果进行定量分析；

8.支持任意多级机站通风系统解算，循环风预测，风机调速、开关和反风模拟；

9.兼容其他三维模型数据。可直接导入 AutoCAD DXF 文件生成通风网络图，也可将建好的三维模型直接导出到 AutoCAD 中形成通风立体图；

10.系统技术成熟、简单易学、容易上手，适合于任意通风复杂度井工矿山，现 已在国内大型煤矿和矿业类科研院所得到广泛应用；

11.可针对大型矿山企业的需要进行定制开发，在系统的基础上整合风机监控系统和井下环境监控系统实时数据；

3.主要功能

3.1系统登录

在桌面上双击隧道通风三维可视化网络解算系统的图标就会出现以下的界面，这时候就会弹出了用户登录的界面，从这个界面中可以到有用户名和密码需要输入，输入完成之后点击登入按钮。而且必须在用户名与密码同时输入正确的情况下才能通过认证登录成功，只有账号和密码都正确的情况下才可以对该软件进行正常的登录使用，详情如下图所示：

点击登录按钮即可进行登录的操作。

3.2三维可视化建模

系统可对隧道通风数据进行真三维建模，主要功能包括：

1)隧道通风系统拓扑关系自动建立和管理；系统提供丰富的三维 图形绘制工具，同时可直接导入 AutoCAD DXF 图形自动建立通 风系统拓扑图；

2)图形操作包括：平移、三维旋转、放大、缩小、选择、隐藏等；

3)节点操作：插入、删除、合并、简化节点；

4)巷道三维图形和单线图显示，建立巷道主要属性数据库；

5)选择显示当前巷道信息如巷道名称、风量、坐标等；

6)风流方向的动态显示； 7)通风设施布置；

8)分支、通风盘区、开采水平以及风流类型三维描述；

9)隧道通风系统属性数据管理及其可视化；

10)任意节点三维坐标数据显示和编辑；

11)隧道通风仿真系统数值计算自动化、可视化；

12)隧道通风系统仿真结果可视化； 具体功能如下图所示：

用户可以对图例中的测量范围、颜色显示、风量检测进行重新的设置，继而重新生成风量及动态风流图。如下图所示。

3.3通风网络解算、通风动态模拟

通风网络解算是系统的基本功能之一，在巷道贯通、密闭，通风 设施构筑后，系统自动对整个风网系统进行解算，动态模拟调整 后风网分量分配。1）建立风网模型、设置各巷道断面参数、摩擦系数和局部阻力； 2）风网主扇、辅扇和局扇工况点分析、选型和仿真；

3）参照测风报表数据，对解算结果进行分析和校验； 4）对模型进行修正； 根据通风系统调整的需要，可在现有风网模型的基础上可进行： 1)模拟新掘井巷的贯通和巷道废弃； 2)模拟井巷断面或长度变化； 3)模拟风门个数、位置、调节量； 4)模拟风机数量、位置和工况点，多分机并联或串联通风模拟； 5)风机特性曲线模拟及调节。

在主扇工况点的网络结算功能中，可以对风机、风路、污染物的信息进行设定。

同时可以查看通风的压能图和温度图，如下图所示

3.4按需分风调节功能

1)网络风流按需分配仿真； 2)网络增阻调节；

3)网络调节节点法

风机的固定风量设定如下图所示，可以通过增加风阻的方式调节风量

3.5高风阻巷道经济断面分析

通过设置主要通风巷道断面参数、巷道掘进工程成本、服务年限 等参数，系统可模拟出不同断面选型下，通风成本和采矿成本的变化 曲线。1）断面参数与通风成本； 2）断面参数与采矿成本； 3）断面参数与风量变化；

不同隧道端面下的通风采矿成本，如下图所示

3.6三维虚拟现实

在计算机系统上，尽可能逼真地虚拟了现实中的隧道，以及井下通 风设施分布情况。系统导入三维实测数据直接生成三维实测巷道模 型。在三维实测巷道模型的的基础上，实现纹理、光照效果和巷道漫 游等功能；

3.7综合分析、评价与报告

系统提供风网主要性能分析和评价功能，风网解算数据可直接输出 为 Excel 文件： 1)地面主扇风机选型与多风机联合运转分析； 2)调节位置合理性分析与评价； 3)巷道风速分布分析与评价； 4)隧道需风量分析与评价； 5)隧道功耗分析； 6)通风系统可靠性分析 7)通风系统灵敏性分析； 8)通风系统最大通风能力分析； 9)通风系统最小需风量分析； 10)隧道自然风压分析； 11)井下空气成分分析； 12)隧道分区通风分析； 13)隧道串联通风分析。

其中通风系统数据库与三维图形一一对应如下图所示

隧道自然风压分析

循环风检测并闪耀提示

风网主要性能参数统计分析如下图所示

风网能耗分析如下图所示

第五篇：探究城市地下管线信息化及管线三维可视化建设流程及难点

探究城市地下管线信息化及管线三维可视化建设流程及难

点

摘 要：本文将就管线信息化建设问题进行探讨，着重讨论管线信息化建设中三维建设相关的内容。

关键词：地下管线 信息化 三维可视化 流程

近年来，随着国家及各级政府对地下管线建设的重视，各地地下管线普查蓬勃开展，地下管线信息化规范化成为城市信息化建设中的重要一环。而管线探测自身具有的难度，管线老化带来的问题使得事故一旦出现，便会对城市居民生活及城市建设产生巨大影响。因此，从数据初步探测、数据规范人库管理，以及后期数据处理、利用等一系列与地下管线信息化系统建设相关的环节，都需具备规范的流程、安全的数据管理方式，以便更好的管理利用管线数据，供国家建设、工程建设使用，为城市居民提供更好的生活环境。

―、管线信息化建设现状

由于每个城市都存在庞大而复杂的地下管网系统，而传统的地下管线管理采用人工借助图纸等纸质资料来存放管理，在数据完备程度、精度、更新速度方面都有许多制约。管线建设工作分为外业探测及内业数据库建设。目前，在流程上内外业管线普查一体化探测技术已基本成熟，在全国大部分地区也已采用此技术，并且使用该技术的城市数量也逐年递增：所开发的基于地理信息系统的管线信息系统实现了不同管线类别与地形信息结合的综合管理，针对不同的用户也实现了辅助功能的开发，并实现网络化，以达到合理配置资源的目的二维管线信息系统基本能够实现对数据的检索、处理、查询统计等基本功能，同时能够为管线规划、建设、维护、管理以及应对突发事故等起到积极作用，基本实现管线的规范化、自动化、科学化管理。

虽然二维管线信息化建设初具规模，但仍存在数据采集标准各地区执行上的差异性。数据不全面、探测数据重复、管理系统数据更新机制不健全、功能不全面等也是目管前管线信息化建设存在的问题。

地下管线三维可视化信息系统的建设，能够结合三维城市模型与管线模型信息进行地上地下数据统一分析，通过三维GIS地下管线系统，使地下三维管线数据的自?忧?动生成和城市地表三维模型的关联关系，从而实现了整个城市的地上地下部分一体化，具有了真实的现实意义。目前该技术已经在全国多个城市进行了很好的推广和拓展。

二、管线信息化建设意义

城市地下管线属于城市的基础设施，涉及城市主要信息，在城市规划、建设、维护等占据重要地位，管线信息化建设具有重要意义。

首先，管线信息化建设改变了管线信息传统管理方式，解决了传统管线信息存储存在的各种问题。传统管线数据存储以纸类为媒介，除据重复、缺漏，?搜?、更新、资料保管等都对管网的建设和维护造成了制约。而随着城市化进程不断加快，各类管网错综复杂，建设、更新速度也不断加快，传统管线数据存储导致不同种类管线数据存储分散，在需要对管网进行综合管理的存在各种不便。而利用计算机技术对管线数据进行统一处理，借助地理信息系统来管理管线数据，对管线的建设、维护，以及应对紧急事件，进行预警分析都具有重要意义。

其次，采用信息化管理方式，产生了显著的经济效益与社会效益。信息化管理方将本来由不同部门管理的管线数据统一在综合管理平台下，节省了人工成本，提高了数据利用率及查询效率，能够为规划管理部门及时提供较好的参考信息。另外，地下管线数据的准确度得到提高，避免和减少了挖断底线管线事故，将不必要的损失降到最低。同时，综合管线信息系统中信息完备，为新建管线提供了较好的参考，为构建数字城市创造了良好的条件。

此外，在预警决策方面，需要准确完备的管线信息才能够在遭遇突发性事故时进行最好的应对。管线信息化系统的不断完善对于长期保持城市地下管网的正常安全运行具有重要意义，只有信息准确、更新及时，才能变被动救援三维管线建设在覆盖二维管线信息化优势的基础上，对管线信息进行三维化，能够将二维无法体现的信息进行进-步展现，使管线数据表达更为直观。例如在对井进行探测时，二维数据仅能够以数字形式展示深度信息，而三维信息能够在虚拟环境中模拟井内现况，为事故处理、管线建设提供更好的参考。

三、管线信息化建设流程

管线数据信息化建设环节主要包括：野外数据采集、数据处理、质量检测、数据建库（二三维数据库建设）、软件动态管理等。外业数据采集由人工进行，同时按照数据采集标准进

行初步处理。在数据采集后，使用质量检测T.具，根据数据质量检测标准剔除、修正不合理数据。管线数据检测完毕后，将准确的数据进行人库。针对二维与三维数据库，有不同的数据采集标准，以便对数据进行进一步处理。其中，因为三维管线化生产需要对管线进行建模，三维数据的采集必须经过严格质检，采集要求也与二维不同。管线信息采集人库整理是一个长期持续的过程，需对现实情况中的管线变化进行定时跟踪、实时更新。同时管理软件对数据库中的管线数据信息进行实时管理、使用，在进行长期维护的同时，软件自身功能也需要根据不同用户的需求进行开发。而管线信息的动态更新也是管线数据库建设的难点之一。

四、管线三维信息化难点

管线信息化建设开展已有一段时间，基本已投入实际应用。但在一些方面仍存在技术难点，特别是三维管线信息化建设，由于起步较晚，某些方面技术还未能完全满足现实需求。

1、数据采集标准

由于管线数据采集标准未能做到完全统一，在全国范围内不仅各地区存在一些差异，具体到单个外业采集人员，也不能够完全做到按照数据标准进行采集，数据采集标准的规范与落实程度成为管线信息化过程中的难点之一。三维管线数据采集与二维管线数据的采集不完全相同，暂时还未形成完备统一的采集标准，在目前投入使用的一些管理系统中，管线原始数据较为混乱在构建三维管线模耐，必须严格按照计算机图形学要求，保持采集数据的正确性与完整性，采取标准的数据采集、处理方式，再通过质检系统对数据进行修正处理，才能顺利完成三维管线模型生产。

因此需要制定统一的三维管线数据采集标准，根据数据采集标准对外业采集人员进行培训，规范原始采集数据，提高数据质量，减少数据质量检测过程中的数据损失。

2、动态更新

为了对管线数据进行科学管理，避免管线数据重复储存、数据库与实际管线建设、修改同步，需采用动态更新机制以便对数据进行实时修改三维数据库动态更新涉及的模型的重新生产问题，在更新管线数据的同时，需关联管线模型，完成旧模型打入历史库新模型生产：这就要求外业采集、质检过程、数据库与模型库死者之间有完备的动态链接机制：由于不同环节的工作分离，数据未有统一标准等情况，要将这四个环节处理进行统一规定具有难度。

3、三维造型

三维管线生产实际即为根据采集的管线数据生成三维模型，模型与现实中的管线相似度高，参数一致，以达到对管线维护建设提供支持目的。在管线三维模型建设时，由于三维模型生产批量大，精细程度要求高，对程序性能提出的要求较好此外，数据采集的局限性导致不同类型的井室生产与现实情况完全匹配具有较大难度。

除以上三点，在对管线数据的管理、功能性分析（如日照分析）上也存在一些技术难点，本文不再进行深入探讨。

4、地下管线三维与地面三维的精确匹配

由于管线探测的高精度（厘米级），地面三维的高程精度一般为几十厘米以上，所以地下管线三维的精度与地面三维的高程精度不一致，很多时候容易导致不匹配，对平原地区还好，对于有山地的城市往往存在匹配的矛盾，需要研究相应的算法或者提高地面三维高程的精度来解决。

五、小结

管线信息化建设作为三维数字城市建设的一部分，已经初具规模。其具有重大的建设意义，同时现阶段也存在着一些不足，有待发展。在提高数据探测技术，规范数据采集标准的前提下，合理利用计算机科学技术，增加对管线信息的管理与利用，提高城市地下管线综合水平，也对我国三维数字城市的综合监视具有重要意义。