基于B/S架構(gòu)的三維礦井GIS系統(tǒng)

閆順璽 王曉雷 甘德清

(華北理工大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063299)

利用三維可視化技術(shù)生成礦山三維模型，結(jié)合GIS技術(shù)對空間和屬性數(shù)據(jù)的編輯、管理、分析等功能，建立礦區(qū)三維GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦山信息的查詢檢索、仿真模擬、地圖量算、安全監(jiān)測、設(shè)備管理，這是當今“數(shù)字礦山”的一個重要研究方向。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，以Visual Studio 2015作為開發(fā)工具，C#、JavaScript作為開發(fā)語言，SQL Sever2008作為數(shù)據(jù)庫進行系統(tǒng)的搭建。

首先系統(tǒng)通過3DMAX軟件搭建三維場景，然后利用SuperMap iDesktop 8C軟件調(diào)用三維模型，再通過SuperMap iServer 8C軟件將處理好的三維數(shù)據(jù)發(fā)布成能調(diào)用的三維場景服務(wù)。

(1)數(shù)據(jù)層設(shè)計。系統(tǒng)采用地理數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲，三維場景數(shù)據(jù)儲存在SuperMap地理數(shù)據(jù)庫中，設(shè)備、人員等信息儲存在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Sever2008中，通過數(shù)據(jù)訪問層來進行訪問，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)層示意Fig.1 Sketch of data layer

(2)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計。基于GIS技術(shù)的井巷三維可視化系統(tǒng)有巷道的漫游、視圖操作、量測、信息查詢、設(shè)備管理和實時監(jiān)管等功能。圖2是基于GIS技術(shù)的井巷三維可視化系統(tǒng)的功能模塊圖。

圖2 功能模塊Fig.2 Functional modules

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

(1)三維井巷瀏覽界面。三維井巷瀏覽界面包括添加場景、漫游、飛行、視圖切換和清空場景等一系列操作按鈕，主要通過SceneControl場景控件類實現(xiàn)。其中位置定位功能是通過輸入經(jīng)度、緯度和相機高度參數(shù)創(chuàng)建Camera對象，然后SceneControl調(diào)用flyTo方法實現(xiàn)；三維標注功能需要利用實例化DrawPlacemarkAction在三維場景中雙擊獲取標注坐標，然后在彈出對話框輸入標注文字完成；飛行功能在獲取飛行路線后，根據(jù)SuperMap提供的flyManager類實現(xiàn)沿預(yù)設(shè)路線飛行。圖3是三維井巷瀏覽界面和飛行功能的一個展示。除了三維界面的瀏覽操作外，系統(tǒng)通過SceneControl場景控件類和TiledDynamicRESTLayer控件類分別加載二維和三維場景服務(wù)并同時顯示。首先為二三維地圖場景綁定鼠標拖拽事件，通過鼠標的拖拽平移量計算出另一場景的平移量；之后根據(jù)這一平移量利用IntegratedPan類對另一場景進行平移和縮放操作，從而實現(xiàn)二三維可視化的聯(lián)動效果。用戶只需要在任一場景中進行隨意的拖動或縮放就可以同時觀察二維地圖和三維地圖的不同效果。

圖3 三維井巷瀏覽界面和飛行功能Fig.3 3D roadway browsing interface and flight function

(2) 設(shè)備管理分析功能模塊。設(shè)備管理模塊是對礦山設(shè)備信息進行綜合管理的功能模塊，包括以下部分：①設(shè)備模型信息屬性查詢功能，該功能根據(jù)輸入的屬性查詢條件，通過SuperMap提供的GetFeaturesBySQLService信息檢索類獲取三維場景中滿足條件的模型信息，并將數(shù)據(jù)以JSON字符串的格式返回給前臺，前臺通過對數(shù)據(jù)進行解析然后以列表形式展示，進一步選中某一查詢結(jié)果，可以通過坐標在地圖上定位該設(shè)備。②設(shè)備模型管理功能，單擊左側(cè)菜單欄中的設(shè)備管理按鈕，則進入設(shè)備管理界面。進入頁面會自動發(fā)送Http異步請求到后臺服務(wù)，然后后臺服務(wù)通過數(shù)據(jù)訪問層到數(shù)據(jù)庫讀取設(shè)備模型信息，服務(wù)以JSON字符串的數(shù)據(jù)形式返回給前臺，前臺通過對返回數(shù)據(jù)進行解析，然后對數(shù)據(jù)進行展示。同時該界面還提供了設(shè)備采購、維護保養(yǎng)和報廢處理等操作功能，以此來實現(xiàn)設(shè)備信息的綜合維護功能。圖4是設(shè)備模型管理功能界面。該模塊還可以對設(shè)備進行維修統(tǒng)計分析、價格分析和空間分布分析，并以統(tǒng)計圖表或三維散點圖的形式表示結(jié)果。

圖4 設(shè)備管理功能界面Fig.4 Device management interface

(3)剖面分析功能模塊。通過SceneControl對象的trackingLayer屬性和鼠標在三維場景中傳入的直線參數(shù)來提取出直線垂直下切與三維場景形成的剖面圖，有助于用戶了解到礦山井巷的剖面分布特征。

(4) 實時監(jiān)管功能模塊。該模塊通過調(diào)用井巷中的監(jiān)控和監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)對礦山的安全監(jiān)管，分為實時視頻、在線設(shè)備和傳感器監(jiān)測這三大部分。其中傳感器監(jiān)測功能通過監(jiān)聽WebSocket端口，可將巷道內(nèi)各類氣體含量以折線圖的形式動態(tài)展示，從而確保井巷生產(chǎn)工作的安全。礦山實時監(jiān)控如圖5所示。

圖5 實時監(jiān)控Fig.5 Real-time monitoring

(5) 量測操作功能模塊。量測模塊主要通過超圖的MeasureDistance和MeasureArea類計算空間量測結(jié)果，包括空間距離、空間面積、高程、依地距離、依地面積和水平距離等多種形式。該功能在三維場景中單擊鼠標左鍵畫線，單擊鼠標右鍵結(jié)束操作并彈出提示框顯示所畫線的長度，并將結(jié)果繪制在三維場景中，如圖6所示。

圖6 量測功能Fig.6 Measurement function

3 結(jié) 論

礦山GIS系統(tǒng)是數(shù)字礦山的重要組成部分，系統(tǒng)將GIS技術(shù)、三維建模技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，通過3DMAX搭建井巷三維模型，通過SuperMap平臺調(diào)用三維模型場景完成一系列地圖操作分析和數(shù)據(jù)發(fā)布。相對于傳統(tǒng)的二維礦山和C/S模式GIS系統(tǒng)，B/S模式通過服務(wù)器發(fā)布系統(tǒng)服務(wù)，用戶在客戶端只需要在瀏覽器中直接調(diào)用即可實現(xiàn)系統(tǒng)的操作，不需要配置復(fù)雜的設(shè)備信息，降低了系統(tǒng)使用難度。三維地圖更加直觀形象，對礦山安全生產(chǎn)更具實際應(yīng)用價值。系統(tǒng)為“數(shù)字礦山”提供了一套全新的GIS解決方案，能夠為礦山管理和安全生產(chǎn)提供輔助決策，提高礦山行業(yè)科技發(fā)展水平。

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