【正文】 伴隨著這一活動的全過程?，F(xiàn)在重點應(yīng)從礦山特有現(xiàn)象出發(fā)，探討 M G IS最適合的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 M G IS仍處在理論研究和科學(xué)實驗階段。在我國礦區(qū)，有些單位已經(jīng)開發(fā)了各種信息系統(tǒng)（或數(shù)據(jù)庫），但還沒有建立適合我國礦山特點的 M G IS。 經(jīng)過近些年的發(fā)展城市地下管線信怠管理系統(tǒng)在平面管線圖形的技術(shù)方面已比較成熟，功能強大且管理完善。新加坡利用 GIS技術(shù)建立了地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)，以提供電力設(shè)施部門所需的電線追蹤和其它分析功能。 國外在地下管線GIS研究與應(yīng)用方面起步較早，井積累了豐富的經(jīng)驗。上述做法適合于我國底下管線歷史資料不全、竣工測量實施不規(guī)范、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)不完整、精度不高的實際情況。 廣州市地下管線信息系統(tǒng)注重以下的兩個方面： 一方面，建立地下管線普查與竣工測量數(shù)據(jù)庫，即高精度，高可靠性的地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫；另一方面，通過建立地下管線工程規(guī)劃審批數(shù)據(jù)庫，將己批準的管線工程也存入計算機中，當(dāng)竣工測量數(shù)據(jù)存入現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中時，根據(jù)規(guī)劃審批案號，自動從規(guī)劃審批庫中刪除該管線的記錄，以確保地下管線（現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫＋規(guī)劃審批庫）的數(shù)據(jù)唯一性與現(xiàn)實性。形成了對新建地下管線較為完善的規(guī)劃報建、施工、技術(shù)監(jiān)督與竣工驗收管理體制，從而保證了地下管線資料動態(tài)更新，資料與現(xiàn)狀的一致性。在這種情況下，首先必須完成地下管線情況的普查，然后在查清現(xiàn)狀的情況下進行動態(tài)管理。 但現(xiàn)實中我國許多大城市是沒有約束機制來確保每條管線工程施工前有報建，鋪設(shè)埋土前有竣工測量的。功能模塊設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容進行了多方面的研究。據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前為止，我國的廈門、克拉瑪依、廣州、中山、盤錦、呼和浩特、鄭州、瓦房店等多個城市己建立了城市地下管線信息管理系統(tǒng)，另有 200多個城市建立了單一專業(yè)的地下管線信息管理系統(tǒng)。在上海，自來水公司選用Intergraph軟件管理到每戶的自來水表，電纜輸配電公司用 SGI工作站上的ARC／INFO管理全市區(qū)各類電壓等級的電力電纜，有近7000張電纜電路圖（1：500）以及數(shù)億萬計的電纜臺帳卡作為信息源。3維城市可視化模型的建立為城市模型的真實顯示以及虛擬現(xiàn)實的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。早在1996年，Michael就探討了反映真實景觀的3維UGIS的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法［20］， Sinning等還提出了適合空間分析和設(shè)計的 3維城市模型[21]；Haala等提出了基于 2維 GIS和數(shù)字表面模型建立 3維城市模型的方法，即同時結(jié)合數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM）引入了數(shù)字表面模型，但數(shù)字表面模型的引入并沒有針對單個3D實體進行建模[22]；RanZinger等研究了可用于3維城市規(guī)劃的3維GIS數(shù)據(jù)集[23]。 進入90年代以后，人們開始尋求一種適合3維GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ritsch、LIR、 MOIenaar闡述了3維GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[1013]，從理論上討論了3維GIS的矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用方法： Pigot、Meij、Molenaar等針對空間信息系統(tǒng)的特點，提出了3維GIS模型的拓撲結(jié)構(gòu)[1418]，3維空間拓撲結(jié)構(gòu)的建立，使得3維GIS的空間分析能力大大加強，為3維GIS向?qū)嵱没较蜣D(zhuǎn)變確立了理論依據(jù)；在此之后，又有一些專家（如Arnaud）提出了針對3維GIS的空間數(shù)據(jù)分析方法，較為系統(tǒng)地闡述了3維空間拓撲結(jié)構(gòu)和3維GIS可視的方法[19]。 GIS與虛擬現(xiàn)實的發(fā)展在國外，關(guān)于3維GIS及其在虛擬現(xiàn)實中的應(yīng)用的研究開展的比較早。 2）開發(fā) 3 D數(shù)據(jù)管理和空間處理的能力，它從數(shù)據(jù)庫建模方面考慮，從決策角度上來看，它更具有實用性。目前的三維現(xiàn)實包括兩個方向： l）利用三維幾何和 CAD領(lǐng)域的可視化方法構(gòu)成 3 D中交互式的模型和可視化系統(tǒng)。目前， GIS的可視化研究著重在技術(shù)層次上，目標(biāo)是用圖形實時地呈現(xiàn)地學(xué)模型及其處理結(jié)果。但現(xiàn)實世界是真三維空間，二維無法描述諸如地質(zhì)體、礦山、海洋、大氣等地學(xué)真三維數(shù)據(jù)場。繼二維可視化研究之后進一步發(fā)展為對地學(xué)等值線圖（如數(shù)字高程模型）的“三維”圖形顯示技術(shù)的研究, 這種方法主要應(yīng)用三維到二維的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、隱藏線、而消隱、陰影處理、光照模型等技術(shù)把三維空間數(shù)據(jù)投影到二維屏幕上。隨著計算機系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的不斷發(fā)展，GIS得到了快速發(fā)展，使各種空間信息得到了有效地管理與利用，為我們描述空間信息提供了強有力的工具。為3維GIS構(gòu)建3維空間數(shù)據(jù)模型，建立適合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為圖形學(xué)、計算機學(xué)、數(shù)學(xué)、地理學(xué)等相關(guān)學(xué)科普遍關(guān)注的問題。而數(shù)字地球要求對地球空間進行3維描述，使人類能夠突破空間限制，共享地球空間的各種信息。正因為如此，當(dāng)前GIS的研究成果和應(yīng)用系統(tǒng)主要集中于描述2維空間信息，各項技術(shù)已較為成熟。早先的GIS來源于地圖繪制，其空間信息一般只局限于平面信息，即這種GIS是2維的GIS。測量數(shù)據(jù)在采掘工程中始終起著重要的指導(dǎo)作用、而地下采掘工程是隨著時間的延續(xù)逐步推進的，井下巷道圖（包括平面圖和立體圖）自然要隨著巷道的延伸逐步形成、由于井下巷道縱橫交錯，沒有地面測量的通視性與直觀性、因此，研究井下巷道的立體顯示，三維拓撲關(guān)系，并建立一個合適的系統(tǒng)，是對采掘工作有益的輔助。[2]根據(jù)煤礦生產(chǎn)積累的地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立三維的巷道，實現(xiàn)巷道的全景顯示、動態(tài)顯示，實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的快速更新，可以為礦上提供全新的三維動態(tài)顯示系統(tǒng)、查詢系統(tǒng)和決策系統(tǒng)，從而對未采區(qū)和采掘工作提供參考。目前有關(guān)實體模型的算法很多，有一些已經(jīng)得到應(yīng)用。三維圖形可以使人們更加直觀、形象地認識和了解地理信息，使之更好地服務(wù)于社會[1]。最近幾年計算機圖形學(xué)的發(fā)展使得三維表現(xiàn)技術(shù)愈來愈完善，這些三維表現(xiàn)技術(shù)使我們能夠再現(xiàn)世界中的物體，能夠用三維形體來表示復(fù)雜的信息。在這些軟件之上建立的三維模型逼真度很好，但缺少靈活性，可編輯能力差，且不便脫離這些平臺。關(guān)于三維管線的軟件產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)一些，而煤礦巷道的三維產(chǎn)品還不太多。要解決這些問題就涉及幾項技術(shù)。傳統(tǒng)的方法是將大大小小密如蛛網(wǎng)的巷道用大小比例尺不一的圖紙繪出。如何將這些信息有效的組織起來，對其進行空間分析與判斷，使之更好的服務(wù)于煤礦生產(chǎn)，是一項極具意義的工作。煤礦工業(yè)的發(fā)展積累了豐富的地質(zhì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含了豐富的地質(zhì)信息。為我們進行及時，正確的決策提供科學(xué)的有力的保障。到如今很多傳統(tǒng)領(lǐng)域已發(fā)展到定量，而非僅從定性的階段來研究問題。解決的方法是借助于計算機來對這些數(shù)據(jù)進行分析。中國礦業(yè) ****大學(xué)碩士論文—巷道三維顯示與查詢系統(tǒng)研究三維模型顯示發(fā)展畢業(yè)論文 第一章 概 述隨著我國信息技術(shù)與國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)即海量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量之大，用我們傳統(tǒng)的手工與半自動方法是無法想象的。這也就是為什么現(xiàn)在我們許多傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域需要計算機的原因。我們需要精確的計算，從數(shù)據(jù)的采集，存儲，分析處理，到得出結(jié)果。我國的煤礦產(chǎn)業(yè)尤其如此。隨著生產(chǎn)的進行，其中的某些信息又具有動態(tài)性。具體到礦井，巷道：由于他們在地下的錯綜復(fù)雜性，產(chǎn)生了很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如何組織，形象地顯示出來，是否能被需要使用它的人及時獲得是個不小的問題。結(jié)果是工作量大，精確度差，數(shù)據(jù)更新不及時，更新能力差，直觀性不強，使用不便。包括：數(shù)據(jù)的存儲——數(shù)據(jù)庫技術(shù)，三維顯示技術(shù)，拓撲關(guān)系模型的建立。煤礦巷道的三維顯示也是煤礦現(xiàn)代化的需要，目前一些關(guān)于巷道的三維顯示是基于三維模型生成軟件的，如3DMAX、AUTOCAD等?；诰哂虚_放式的OPENGL圖形接口建立的三維顯示系統(tǒng)卻彌補了以上方法的一些缺陷。這點對于煤礦巷道的三維顯示的應(yīng)用尤為重要。反之，生產(chǎn)、生活的需要又會促進三維顯示技術(shù)的發(fā)展。一些軟件公司已經(jīng)把一些算法濃縮成了幾何原型，如在Windows操作系統(tǒng)中所帶的OpenGL（開放的圖形庫）它就是一種開放式的，適合于多種硬件平臺及操作系統(tǒng)的工業(yè)標(biāo)準的三維計算機圖形接口軟件。也就是說，真三維的巷道可以為煤炭生產(chǎn)的決策提供有力保障。[3] GIS發(fā)展的需要地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System,簡稱GIS）是70年代出發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科，在組織空間數(shù)據(jù)以及進行空間數(shù)據(jù)分析上具有強大的功能[46]。真正的3維GIS軟件，其空間坐標(biāo)（x,y,z）都參加圖形的運算，它的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、拓撲關(guān)系、數(shù)據(jù)顯示和空間分析都要比2維GIS復(fù)雜得多。2維的GIS在處理3維實體時一般將實際的3維實體采用2維的方式方法，所以具有很大的局限性，大量的多維空間信息無法得到利用[7]。為了適應(yīng)數(shù)字地球的研究，需要將傳統(tǒng)的2維GIS的研究成果拓展到3維空間，即進行3維GIS研究。與地球有關(guān)的空間信息種類多、信息量大、數(shù)據(jù)變化快，需要開發(fā)一種能方便、快速、精確地對空間信息進行存儲、查詢、分析和表示的工具，即利用先進的計算機技術(shù)建立地理信息系統(tǒng)。(建議增加地學(xué)可視化geovisualization的相關(guān)內(nèi)容,特殊性、數(shù)據(jù)模型、處理方法等) 可視化（Visualization）是指在人腦中形成對某事物（或某人）的圖像，是一個心智處理過程，它可以提高對事物的觀察力及建立概念等能力，但是，1987年美國國家科學(xué)基金會報告中的科學(xué)計算可視化，卻具有新的含義，科學(xué)計算可視化是通過研制計算機工具、技術(shù)和系統(tǒng)，把實驗或數(shù)值計算獲得的大量抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人的視覺可以直接感受的計算機圖形圖像，從而可進行數(shù)據(jù)探索和分析 早期的可視化研究受限于計算機二維圖形的軟硬件顯示技術(shù)，大量的研究都放在圖形顯示的算法上，如畫線、顏色選擇等。由于這種方法中的地學(xué)數(shù)據(jù)場是二維的而不是真三維實體空間關(guān)系的描述，因此這種“三維”，也就是說，是假三維的可視化表示。 隨著計算機科學(xué)的發(fā)展和空間數(shù)據(jù)庫理論的成熟，使得動態(tài)處理具有復(fù)雜空間關(guān)系的大數(shù)據(jù)量成為可能，也使得時空數(shù)據(jù)模型、圖形實時動態(tài)與反饋等研究方興未艾。三維顯示是指對具有三維地理參考坐標(biāo)的信息進行輸入、存儲、編輯、查詢、空間處理的計算機系統(tǒng)。現(xiàn)在，三維幾何造型技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得很成熟，例如CS G和邊界表達法，但是這些方法幾乎都沒有考慮數(shù)據(jù)的空間拓撲關(guān)系。 從三維角度出發(fā)，分析地質(zhì)體的空間特征，編制能夠自動建立三維模型的分析程序，再借助于人機對話方式把用戶的新思想融入三維模型中，應(yīng)是解決問題的一種可行方法。Bak、Smith提出了地學(xué)領(lǐng)域信息系統(tǒng)的3維表示方法[89]，Raper、Vgn提出了地學(xué)領(lǐng)域的一些3維模型[1011]，這些模型適合于數(shù)字地面模型的真實顯示，僅僅從視覺上顯示3維曲面的效果，井不能對曲面進行3維空間分析和運算。 隨著3維GIS理論的不斷成熟，有關(guān)3維GIS的研究也逐漸開展起來。 Klaus分析了UGIS的拓撲映射關(guān)系[24]； Koninge等詳細闡述了適合城市的 3維 GIS的構(gòu)建方法[25]：Wolf和Danahy在1999年分別提出了3維城市模型數(shù)據(jù)獲取和空間計算的方法以及城市規(guī)劃中數(shù)據(jù)可視化的方法［2627］。我國自20世紀80年代開始研究建立城市地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，1990年北京市地下管線信息管理系統(tǒng)獲得批準；自那時起，上海，無錫，常州，佛山等城市相繼開展地下管線信息管理系統(tǒng)的建立工作，且都選擇了工作站上的ARC／INFO為基礎(chǔ)支撐軟件。 我國地下管線信息管理系統(tǒng)的建立，既有建立在城市規(guī)劃管理部門的綜合性管線信息系統(tǒng)，也有專業(yè)管線主管部門與企業(yè)建立的詳細的專業(yè)管線信息系統(tǒng)。 各城市在系統(tǒng)的建立過程中，均對信息系統(tǒng)的建立模式。尤其是對于綜合性地下管線信息系統(tǒng)，北京市的做法構(gòu)成了一種典型：以工作站的CRC／INFO為支持，以竣工測量表格化結(jié)果為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合數(shù)字化地圖，構(gòu)建地下管線查詢與輸出系統(tǒng)，這要求歷史上有一套行之有效的管線竣工測量管理制度與實施方法，歷史資料較完整。許多城市歷史上沒有搞過管線竣工測量，或管線竣工測量不完整，即歷史資料不完整，精度不高，與現(xiàn)狀不符，在施工過程中經(jīng)常造成地下管線損壞事故的發(fā)生。 廣州市 90年代中期在國內(nèi)首先提出一套“探測與輔助成圖內(nèi)外、體化作業(yè)，同步建庫和動態(tài)管理”的管線普查技術(shù)方案；并以GIS技術(shù)為支撐，研制開發(fā)了廣州市地下管線信息系統(tǒng)，為實現(xiàn)城市地下管線動態(tài)管理提供了技術(shù)保障，具有很高的先進性和科學(xué)性。廣州市的地理信息系統(tǒng)，使廣州市的規(guī)劃管理、地籍管理、市政施工管理計算機網(wǎng)絡(luò)一體化，真正進入了實用階段。 通過這種方式建立起來的信息系統(tǒng)不僅可管理已有管線，而且可管理規(guī)劃審批的設(shè)計方案，為各權(quán)屬單位的合作協(xié)調(diào)施工，減少“拉鏈路面”現(xiàn)象提供了技術(shù)保證。如湛江市在 1997年 10月開始著手準備建立地下管線信息系統(tǒng)的工作，選用廣州市現(xiàn)有的成功模式，借鑒廣州市地下管線信息系統(tǒng)的建立技術(shù)與方法，在 1年左右的時間內(nèi)，高精度地完成 55 km的地下管線情況普查，并同步建立地下管線信息系統(tǒng)，實現(xiàn)動態(tài)管理，為湛江市的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)信息保證。美國洛山磯市啟動了一項污水管道檢修項目，市政工程局通過閉路電視（CCTV）探測其主干排污管道，然后利用 ARC／INFO軟件和管道系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫來確定哪些管道最有可能損壞，從而制定了三年的管道檢修計劃。美國，加拿大等發(fā)達國家的石油公司也都建立了石油管道信息系統(tǒng)。但在地下管線的三維立體化方面的研究缺乏深度，技術(shù)發(fā)展相對滯后，本課題將在此方向上進行深入的研究與探討，在技術(shù)實現(xiàn)上加以創(chuàng)新，在發(fā)展思路上加以擴展。G IS在礦山的應(yīng)用遠遠落后于在其他方而的應(yīng)用。目前， M G IS的系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)目標(biāo)等問題都已取得了統(tǒng)一認識。(增加參考文獻！如資源學(xué)院前幾屆研究生、本科生的論文，郭達志老師及其學(xué)生的研究成果等) 礦山地理信息系統(tǒng)主要面對兩類空間目標(biāo),即掘進巷道和地層，因此礦井掘進巷道是礦山地理信息系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容之一。事實上，測量信息記錄了礦井巷道的延伸過程。 對礦區(qū)的礦井巷道，在不同比例尺下可抽象為不同的對象實體，如對整個礦區(qū)來說，每條巷道可抽象為巷道弧段，巷道弧段間組成巷道空間網(wǎng)絡(luò)；而對于工作面或一條巷道而言，巷道則是三維空間體域 對于礦區(qū)巷道的表達，有些學(xué)者提出了不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系、武漢測繪科技大