由通风网络结构数据自动生成通风网络图研究3.pdf

文章编号1673 - 193X2005 - 06 - 0025 - 04 收稿日期2005 - 10 - 10 作者简介吴兵,副教授,博士。 基金项目国家自然科学基金重点项目编号50134 040 资助 由通风网络结构数据自动生成通风网络图研究 3 吴 兵,卢本陶,水林娜 中国矿业大学,北京 100083 摘 要通风网络图是矿井通风管理的一种重要图件。本文根据通风网络图的特点,介绍了 一种由通风网络结构数据自动生成通风网络图的方法,并进行了开发实现和实践应用。 关键词矿井通风;通风网络结构数据;网络图;最长路径算法;自动生成 中图分类号TD72 文献标识码A Automatic generation of ventilation network graph from ventilation network structural data WU Bin , LU Ben - tao , SHUI Lin - na China University of Mining Technology ,Beijing 100083 ,China Abstract Ventilation network graph is one kind of important graphic document of the mine ventilation manage2 ment. According to the characteristics of ventilation network graph , this paper introduced a by which we can trans the ventilation network structural data to ventilation network graph automatically. Based on the , we developed the programme , applied it to practice and got the approving result. Key words mine ventilation ; structural ventilation network data ; network graph ; longest path algorithm;auto2 matic generation 1 引言 矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一 个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行抽象 描述,把通风系统变成一个由线、 点及其属性组成 的系统,称为通风网络。矿井通风网络图是用直观 的几何图形来表示通风系统的图形,能清楚地反映 风网的结构和风流的流动特性,是进行各种通风计 算的基础。矿井通风系统纵横交错,构成一个复杂 的网络,在对矿井通风系统进行分析计算之前,需 要首先画出通风网络图。由于通风网络图只反映 风流方向及节点与分支间的相互关系,节点位置与 分支线的形状可以任意改变,因此对于同样的通风 网络结构数据可以画出无数个通风网络图。 矿井通风网络图的绘制是一项十分繁琐的工 作。靠手工绘制不仅效率低、 速度慢、 工作量大,而 且易于出错,修改也非常不方便。现有的通风网络 解算软件大多是文本方式的数据处理,没有跟通风 网络图进行很好的对应。这些缺点极大地制约了 矿井通风网络解算软件的推广使用。 针对这种情况,笔者通过研究与实践,找到了 一种由通风网络结构数据自动生成通风网络图的 算法,采用Visual C 开发出了相应的软件,并进 行了实践应用。 第1卷 第6期中 国 安 全 生 产 科 学 技 术Vol. 1 No. 6 2005年12月Journal of Safety Science and TechnologyDec. 2005 2 最长路径法算法 在一个网络中,首先设定起始节点和末节点, 这样才能确定网络中每个节点的最长路径。在此, 我们设定地面的大气基础节点为起始节点,而风机 出口节点为末节点。则到网络中任意节点j的最 长路径为流入节点j的所有分支的始节点i中路 径长度最长者加一,其计算公式为 图1 示例网络图 对于一个有n个节点的网络 JnLen[j] 0 ,j 0 大气基础节点 JnLen[j] Max{JnLen[i1 ] , JnLen[i2 ] ,. . . JnLen[in]} 1 ,j 2 ,⋯⋯,n。 式中JnLen[j] 节点j的最长路径长度; JnLen[i] 为流入节点j的所有分支始节点i 的最长路径长度。 示例如下如图1所示的通风网络图中节点4 到节点1的最长路径长度为 JnLen[4] Max{JnLen[3] ,JnLen[2]} 1 而JnLen[3] JnLen[2] 1 , JnLen[2] 1 ,所 以JnLen[4] JnLen[3] 1 1 1 1 3 ,同时把 节点3保存为节点4的最长路径的前节点,所以节 点4到节点1的最长路径长度为3 ,所经过的节点 为4 ,3 ,2 ,1。 具体算法流程图如图2所示。 3 由最长路径法生成通风网络图 通风网络结构数据中只包含了分支与分支、 分 支与节点的拓扑关系,没有包含位置坐标关系。根 据通风网络结构数据自动生成通风网络图实质就 是根据这种拓扑关系来确定每个节点的位置及每 条分支的形状,生成美观实用的通风网络图。 图2 节点最长路径算法流程图 3. 1 通风网络图的绘制原则 通风网络图有两种类型,一种是与通风系统图 形状基本一致的网络图;另一种是曲线形状的网络 图,一般常用曲线网络图,本文所说的通风网络图 也是指曲线网络图。通风网络图的绘制原则一般 如下 1用风地点并排布置在网络图中部,进风节 点位于其下边;回风节点在网络图的上部,风机出 口节点在最上部; 2分支方向基本都应由下至上; 3分支间的交叉尽可能少; 4网络图总的形状基本为 “椭圆” 形。 5合并节点,某些距离较近、 阻力很小的几个 节点,可简化为一个节点。 3. 2 通风网络图的设置 同一个通风网络结构数据,可以生成无数个拓 扑结构相同的通风网络图,因此,为了自动生成网 62 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第1卷 络图,用户需要根据自己的要求设置网络图的图幅 的方向、 图幅的大小及图形形状如图3所示。网 络图的整体方向指的是大部分分支的方向。图幅 范围指的是整幅图所占的大致范围。由于通风网 络图中分支形状可分为两种,一是直线,二是圆弧。 若为直线时,可由始末节点确定分支的位置。若为 圆弧时,还应根据曲率角度即圆弧的弦的中点与 始节点所组成的线段与弦之间的夹角来确定圆弧 上的另一点的坐标。 图3 网络图设置参数 3. 3 最长路径法确定节点位置和分支形状 1进风节点和回风节点的布置。通风网络图 是一个闭合的有向图,根据虚拟分支可以确定出通 风网络图中进风节点和回风节点。因为前面已经 确定了通风网络图的方向和图幅大小,根据方向可 以确定进回风节点位于图幅的哪侧。根据图幅大 小和进回风的节点总数求出节点之间的宽度,可以 确定进回风节点的具体位置。 2其它节点的布置。确定了进回风节点的位 置,选择进回风中的各一节点,根据前面设置的曲 率角度可以确定由这两个节点所组成的圆弧。根 据前面所说的最长路径法找出这两个节点间的最 长路径中所包含的节点,使这些节点按次序、 等弧 长位于这两个节点所组成的圆弧中,从而可以确定 这两个节点之间最长路径中所包含的节点位置,其 分支形状与两节点间的分支形状一致。当某一分 支确定了位置和形状后,把这分支设置成已绘制完 成的标志,当某一节点的所有流进该节点的分支都 已绘制完成时,把该节点置为进风节点数组中;当 某一节点的所有流出该节点的分支都已绘制完成 时,把该节点置为回风节点数组中;再从进风节点 数组和回风节点数组中各选一节点,根据最长路径 法来确定这两个节点最长路径中所包含的节点的 位置和形状。直到所有节点都计算完成。 3. 4 一些特殊分支的处理 1虚拟分支的处理虚拟分支指虚拟的用于 连接大气节点的分支,是实际中不存在的巷道。由 于虚拟分支的连接,整个网络图成了一个闭合的 图。而最长路径法确定节点的位置时,网络中不能 存在回路,所以在先建立拓扑关系时,虚拟分支不 能包括在内。当其它分支绘制完成时,才处理虚拟 分支。由于当所有节点的位置都确定了时,虚拟分 支的始末节点的位置也已确定,可根据凸率角度确 定出虚拟分支的形状。 2并联分支的处理对于始末节点相同的并 联分支,如果并联分支总数为奇数时,一条分支设 成直线,其余分支设成弧线,并对称的均匀排列在 两侧;如果并联分支总数为偶数时,所有分支都设 成弧线,并对称的均匀排列在两侧。 3分支交叉的处理为了使网络图更为美观 实用,可以对分支进行交叉判断,通过修改分支的 曲率来使分支之间的交点少。 3. 5 通风网络图的编辑修改功能 为方便用户对计算机自动生成的通风网络图 进行修改和美化,程序提供了编辑修改通风网络图 并实现网络解算的功能。用户可以方便的修改分 支曲率,移动节点。当移动节点时,所有与该节点 有关的分支都按原有的曲率进行移动。 4 实例 基于上述原理,笔者开发了自动生成通风网络 图的程序。运用最长路径法能方便的对每个节点 进行定位,同时使整幅图的形状呈 “椭圆形”,同时 软件具有方便强大的编辑修改功能,用户对自动生 成的网络图稍做修改,就可调整出符合自己需要的 网络图,并进行通风网络解算。下图是利用该软件 自动生成潞安某矿经简化后通风网络图的情况。 该网络图共有41个节点,65条分支,自动生成的网 络图所图4所示。由图可见,自动生成的网络图已 经具备符合需要的形状结构,所需要的调整很少。 72 第1卷中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 图4 自动生成的通风网络图 5 结论 由通风网络结构数据自动生成通风网络图并 进行通风网络解算,自动将解算结果在网络图上标 志出来,可以改变传统的设计方法,简化设计过程, 节约手工劳动及工作时间,方便用户的操作,极大 的提高劳动效率,从而使科技人员能更好的把精力 放在方案的设计上。 参考文献 [1] 周心权,吴兵.矿井通风基本概念的理论基础分析.中 国矿业大学学报. 2003 ,32 [2] 王德明,周福宝.基于WINDOWS的矿井通风网络解 算软件的研制.中国矿业大学学报. 2000 ,11 [3] 高红波,王跃明等.矿井可视化通风系统的研究.太原 理工大学学报. 2004 ,53 [4] 黄力波,刘彦伟等.矿井通风网络图.焦作工学院学 报自然科学版 . 2002 ,11 [5] 李湖生.由通风网络结构数据自动生成通风网络图.煤 炭安全. 1998 ,11 中国安全生产科学研究院2005年下半年持续 开展业务培训及学术研讨活动 为进一步加强人才队伍建设和院内学术交流, 提升科技人员、 技术开发人员的专业水平和业务能 力,安科院2005年下半年持续开展业务培训及学 术研讨活动,系列活动已进行了六讲。第一讲,张 兴凯总工程师讲解 安全预评价导则 。第二讲,题 为 城市重大危险源安全规划方法及程序研究,主 讲人魏利军副总工程师。第三讲,科研业务骨干刘 功智、 曾明荣、 邢娟娟同志先后作了 城市重大事故 应急预案编制 、化工园区危险化学品事故应急预 编制 、企业应急预案编制技术方法 的主题报告。 第四讲,题为 危险化学品安全评价,主讲人为重 大危险源监控与事故调查分析鉴定技术中心的负 责人刘骥。第五讲,题为 “职业病危害评价内容与 方法”,职业病危害研究专家邢娟娟研究员深入浅 出地介绍了职业病危害相关法律法规、 职业病危害 评价种类与范围、 职业病危害因素识别与分析、 职 业病危害评价方法等。第六讲,题为 地下工程安 全评价,公共安全研究所钟茂华博士较系统地介 绍了地下工程安全评价理论和方法。 各科研所和技术服务部门的工作人员都积极 参加了培训活动,通过一系列培训和学术研讨活动 的开展,普遍反映个人的业务能力有了进一步的提 高,院内的学术氛围更加浓厚,有利于院内各项资 源的整合、 利用,对提升科研开发水平和科技成果 推广起到了积极作用。 82 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术第1卷