矿井三维巷道的半自动绘制

矿井三维巷道的半自动绘制

韩福顺1宫良伟1

（1 中国矿业大学，江苏徐州, 221116）

摘要：本文以AutoCAD为图形处理平台，采用手工绘制与编程绘制相结合的半自动绘制方法，即用Visual Basic编程实现绘制三维巷道的关键语句，其它部分仍用手工绘制，再结合后期图件的修整即可完成复杂的三维巷道绘制。这种方法具有程序简单、绘制速度快、用户易于操作、便于后期应用开发等特点。

关键词：AutoCAD，三维巷道，半自动绘制，VB

Development of Semi-automatic Drawing of 3D Tunnels

HAN Fushun, GONG Liangwei

(China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu, 221116) Abstract: Taking AutoCAD as graph processing platform, this paper adopting semi-automatic drawing method by the means of manual combine with auto-drawing program. Applying the above-mentioned method, the author developed a 3D tunnel drawing software that drawing key sections by Visual Basic program, other parts by manual and combining with image processing to simulate complicated 3D tunnels. It is easily operational adaptive, rapid and conveniently develop advanced applications.

Keyword: AutoCAD, 3D Tunnel,Semi-automatic drawing, Visual Basic

1．前言

AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司生产的计算机辅助设计软件，在我国煤矿设计生产中得到了广泛应用[2]。随着煤炭行业对安全、高效、自动化的需求不断提高，实现三维矿图的快速绘制已有一定需求。例如，在三维矿图上可按指定高度、方位对矿图进行任意方向剖切，得到相应的剖面图；对三维巷道进行空心处理（俗称“抽壳”），来模拟真实巷道，并可在三维巷道中的“精确”坐标位置绘制出相应的装备（设备、管线、探头等）；在三维巷道上模拟避灾、通风、运煤线路显得更加真实；将CAD中的三维矿图经适当转换可导入3DMAX等其它三维软件进行进一步开发；此外，一些单位在项目招投标或宣传矿井时，展示色彩鲜明的三维立体矿图也起到了相应的正面作用等等。

目前，绘制三维巷道的方法主要有两种。一是利用AutoCAD自身带有的三维绘制功能，进行一条条巷道的三维巷道绘制（俗称“手工绘制”）；二是采用部分GIS软件的三维模块功能、OpenGL图形程序接口、VRML建模语言或者AutoCAD的ObjectARX、ActiveX等技术进行二次开发（俗称“编程绘制”）。两种方法都有其优点，同时也存在不同程度的问题。

我们知道，在AutoCAD中绘制三维巷道的基本方法是：将沿巷道轴线绘制的三维多段线按拱形（或梯形等）面域进行拉伸即可绘制出三维巷道。国内涉及AutoCAD二次开发的相关论文成果大多基于上述思想[2-4]，但在具体文献中往往存在以下几个问题：①对于编程绘制原理没有清晰地进行阐述或者在绘制的关键地方交代不够清晰；②部分论文理论性较强而实例不足；③采用全数据库自动建模，编程效率虽然较高，但绘制的三维图不易与原平面图随时比较；此外,一些次要巷道如联络巷、临时巷等常因缺少测点而不绘制。

本文介绍的矿井三维巷道的半自动绘制方法是：在矿井已有的平面图基础上，将上述绘制三维巷道的基本方法用短小精悍的VB 程序编制，其它部分仍用手工绘制。这样，将手工绘制与编程绘制方法的优点相结合，避免了上述缺点，从而使煤矿三维矿图的快速绘制成为可能。

矿井三维巷道的半自动绘制的总体绘制流程思路如图1所示。

2．巷道断面及轴线设计

三维巷道设计主要包括两部分，一是巷道断面设计，另一是巷道轴线设计。巷道断面信息主要用来描述巷道的剖面，煤矿巷道中常用的断面形状有半圆拱、圆弧拱、三心拱、梯形和矩形等[5]。考虑到三维巷道的用途，半圆拱和梯形断面形式能满足大多数情况的需求。对于半圆拱断面，输入圆弧半径和墙高两个参数，对于梯形断面，输入高度和顶宽两个参数，就可以确定出巷道断面。

巷道轴线信息是记录巷道形状和位置的关键信息，直接决定了巷道空间分布情况。巷道的轴线主要有直线和圆弧两种形式。为快速生成巷道轴线，根据轴线类型的不同，若为直线则根据起始点和终止点确定一条空间直线，若为圆弧则采用直线逼近圆弧，即在圆弧处画连续的短的直线来代替圆弧，如在井底车场或水仓拐弯处，采用上述方法可以使所拉伸的巷道接近圆弧，即以直线代替圆弧。

遍历数据库或Excel 数据文件，读出巷道底板中心线的信息，用以下语句构建出整个巷道的轴线。

Set Road_Way_Model=acadDoc.ModelSpace.Add3DPoly(points)

注：points 是从数据库读出的节点坐标

3．三维巷道的绘制

3.1 三维巷道手工绘制步骤

以一条巷道的绘制为例，在AutoCAD 中三维巷道手动绘制步骤如下：

1）绘制巷道路径。在AutoCAD 中将该巷道的测点（含高程数据）依次用三维多段线进行连接，之后在三维多段线的“特性”面板，将各点的高程依次输入Z 坐标。

2）绘制巷道断面面域。在图纸任意处按照规格绘制巷道断面（如拱形巷道）并转换为面域。

3）第一次平面旋转及平移。在XY 平面中使用【旋转】命令将巷道断面底边作为基线与巷道路径第一段垂直（旋转点为多段线端点，旋转角度为路径与X 轴夹角的余角的补角），用Excel 建立巷道属性数据库

生成巷道断面面域

沿巷道底板中心线拉伸巷道断面生成三维巷道

用三维多段线绘制巷道底板中心线输入巷道断面属性信息

在采掘工程平面图中手工逐条绘制巷道

三维多段线从数据库中导出巷道中心线导线点数据图1 三维巷道半自动绘制的总体绘制流程图