由矿井通风系统图自动生成通风网格图.pdf

第17卷 第2期 1997年6月 西 安 矿 业 学 院 学 报 JOURNAL OF XI’AN MINING INSTITUTE Vol. 17 No. 2 Jun. 1997 由矿井通风系统图自动生成通风网络图 Ξ 李湖生 淮南矿业学院资源开发与管理工程系,淮南232001 ,男,33岁,副教授 摘 要 根据矿井通风网络图的特点,提出了将其结构数据与图形数据相分离的设想。介绍 了由通风系统单线条图自动生成通风网络图的原理和方法,并给出了应用示例。 关键词 通风系统 通风网络 自动生成软件 中图分类号 TD 803 矿井通风井巷纵横交错,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。在通风网络图中用有向线段代表通风井巷,称为 “分支”; 用点表示井巷的分叉与汇合,称为 “节点” 。对每一分支和节点都给予一个特定的编号,称 为 “分支号” 和 “节点号” 。每一条实际的通风井巷都可由一条分支表示。井巷的长度、 断 面、 摩擦阻力系数、 风阻、 风量、 阻力等参数称为分支的 “属性” 或 “权” 。经过这样抽象处理 后,利用图论的有关算法和质量守恒、 能量守恒等基本定律,就可以研究各种矿井通风问 题,如风量分配计算、 风量调节计算等。由于通风网络图能清楚地反映风流的方向和分合 关系,并且是进行各种通风计算的基础,因此我国 煤矿安全规程1992年版第125条 规定矿井通风部门应绘制矿井通风网络图并设置通风网络图图板。 但矿井通风网络图的绘制是一项十分繁琐的工作。靠手工绘制不仅速度慢、 工作量 大,而且易于出错,修改起来也非常不便。因此,有很多矿井的通风网络图过于老化,不能 反映实际的通风状况;或者干脆不绘制矿井通风网络图。这不仅使矿井缺少了一份宝贵 的基础技术资料,也阻碍了矿井通风网络解算及其它通风应用软件的推广应用。 针对这种情况,研究开发了一个通风网络图计算机辅助绘制软件,在其中实现了由通 风系统单线条图自动生成通风网络图的功能,从而使网络图绘制和修改困难的状况得到 根本改变。下面简要介绍实现这一功能的方法。 1 矿井通风网络图的特点 目前用计算机绘制和存储图形,主要有两种形式 1 图像文件即以像素点为单位 保存图像信息的文件。图像信息可以由扫描仪、 摄像机等输入设备将现成的图像数字化 后得到,也可以采用图像处理软件绘制。图像的特点是生动、 逼真,但对图像的操作是以 点为单位,因此不易抽取出有用的特征信息,修改困难,存储数据量大。2图形文件即 以基本图形元素,如点、 直线、 矩形、 圆、 圆弧、 方块等为单位保存图形信息的文件。在显 示或输出图形时由计算机软件根据这些特征信息自动生成图像信息。由于图形文件需要 Ξ收稿日期 1996209211 存储的信息较少且易于修改,因此一般工程图纸都采用这种文件形式。 目前国内外用计算机绘制矿图,一般都是采用通用绘图软件,如Auto CAD等,或以 此为基础经二次开发的软件。对于象矿图这类标准化图块很少的图形,绘制起来也是十 分复杂。 矿井通风网络图的主要作用是直观明了地反映矿井井巷间的连接关系及风流的流动 路线。单纯从网络图的外观来看,它与一般的图形并没有什么不同,也是由基本图形元素 组成的。但网络图中隐含了另一类更重要的网络结构数据,即网络的分支和节点及其连 结关系。如果使用Auto CAD等通用绘图软件绘制网络图,得到的只是通风网络的一种 物理表现形式,并不能直接得到网络图的结构数据。对于一个给定的通风网络,其结构数 据是唯一的,但其物理表现形式可以千变万化。仅仅绘制出网络图的图形,其作用并不 大,在网络解算时仍需人工编写网络结构数据,而且对网络图进行修改也很困难。 针对网络图的特点,在设计通风网络图CAD软件时,将通风网络图的结构数据和图 形数据分别存储,只要用软件绘出通风网络图,就可同时得到网络图结构数据和图形数 据。在修改网络图时,只要改变一个节点的位置,则与该节点相连的分支连线都会自动跟 着改变,因此对网络图进行修改变得简单易行。 2 由通风系统图自动生成通风网络图 2. 1 绘制单线条通风系统图 计算机自动生成通风网络图的基础是通风系统图。为了使绘图和生成网络图时的工 作尽可能简单,故采用单线条通风系统图。单线条通风系统图可用Auto CAD或自行开 发的通风系统图软件绘制。 在单线条系统图上代表通风井巷的是直线段和圆弧。线段的端点即是井巷的端点, 若某线段的端点落在另一线段之上,则表示该井巷是从另一井巷分叉出去的,即为风流的 分、 汇点。在绘图时允许存在一定的绘图误差,即线段端点不必准确无误地落在另一线段 上,其误差只要控制在一定的范围内即可。两条相互交叉的线段,若其交叉处不是任何线 段的端点,则表示两条处于不同层位上彼此交错的巷道;若有一端点落在该交叉点处,则 表示处于同一层位上相交的巷道。 2. 2 自动生成通风网络图 计算机自动生成网络图的基本思想是以单线条通风系统图中的线段为单位,自动判 断各线段的分叉、 汇合情况,对各分叉和汇合点自动编节点号,给相应的线段自动编分支 号,并根据用户要求对串联和并联分支自动进行简化。从而得到通风网络图。 2. 2. 1 网络图的数据结构 为了方便应用,将每个通风网络图的数据文件分为结构数据文件和图形数据文件分 别存盘。 结构数据文件中的数据以分支为单位,即每个分支的数据相当于一个记录。为了能 直接将结构数据文件应用于网络解算,每个分支的数据包括以下数据项分支号、 分支名 称、 分支类型、 断面形状、 始节点号、 末节点号、 分支长度、 断面面积、 风阻、 需风量等。其中 分支类型用于在网络解算或优化调节计算时区分不同类型分支,如风机分支、 地面伪分 821 西 安 矿 业 学 院 学 报 1997年 图1 自动生成网络图的程序框图 Fig. 1 Flow chart of automatic generation of network 支、 固定风量分支、 不可调节分支等。 结构数据直接以ASCII码格式的文本 文件形式存盘,也可以以xBase类数据 库文件DBF的形式存盘。网络结构 数据可直接用于通风网络解算。 网络图形数据采用关系结构模 型,各数据结构模式如图2所示,所有 数据都以二进制紧凑格式存于一个文 件中。 每一条分支可以由若干条直线或 圆弧组合而成,这些直线或圆弧称作 为分支连线。每一条分支连线由始 点、 中间点圆弧时和末点坐标确定。 由于分支连线的始点或者是分支始节 点,或者是前一分支连线的末点,因此 不必专门说明。分支连线的中间点和 末点统称为中间点,通过中间点编号 即可得到其坐标。所有分支连线数据 都按分支顺序排列,为确定某一分支 的全部分支连线,只需在分支BR数 据中查找其起始分支连线号,而结束 分支连线号可由下一分支的起始分支 连线号确定。 每个 分 支 还 对 应 一 个 标 注 点 NP ,在该处可标注分支号或各种分 支数据,如风量、 风阻、 阻力和风速等。 图形数据文件中除了网络图的节 点、 中间点和标注点坐标及分支连线等数据外,还包含了关于图幅大小、 图层定义及图上 标注的各种文字符号等辅助绘图数据。 2. 2. 2 生成分支和节点 生成新节点将已有节点数加1 ,以该数作为新节点的编号,并将该点的X和Y坐标 保存到图形文件中的J P节点坐标数据单元中。 生成新分支将已有分支数加1 ,以该数作为新分支的编号;根据分支线段形状计算 分支长度。将分支始、 末节点号和分支长度保存到结构数据文件中,并将其它分支数据赋 0值。将BR中的分支 “所在图层号” 赋为系统图上该线段所在的图层号。将分支连线数 加1 ,并将其赋给BR中的 “起始分支连线号” 。将ML中的 “连线末点对应中间点号” 赋为 0 ;若分支线段为直线,则将ML中的 “连线中间点号” 赋0 ,若为圆弧,则将中间点总数加 1 ,将其赋给 “连线中间点号”,并将该圆弧上的特征点坐标赋给MP中对应中间点的X和 921第2期 李湖生 由矿井通风系统图自动生成通风网络图 Y坐标。 2. 2. 3 网络图的简化 在生成网络图时或之后都可以选择对串联和并联分支进行合并,以简化通风网络图。 串联合并对于首尾相连的若干条串联分支,进行合并时将第一条分支的末点变为最 后一条分支的末点;中间各节点都变为第一条分支的中间点,相应增加中间连线,这样分 支合并后的图形形状不变。将分支长度、 风阻等参数相加。删除其它几条分支和多余节 点。 BR分支号所在图层号起始分支连线号 L Y图层号图层名线型颜色状态 ML连线号连线中间点号连线末点对应中间号 MP中间点号中间点X坐标中间点Y坐标 JP节点号节点X坐标节点Y坐标 NP分支号标注点X坐标标注点Y坐标 图2 通风网络图形数据结构模式 Fig. 2 at of records in drawing of ventilation network 并联合并对于始、 末节点相 同的若干条分支,按并联风路的 风阻计算式计算总风阻,并赋给 第一条分支,保留第一条分支,删 除其它分支。 2. 2. 4 对网络图进行修改 自动生成的网络图的形状与 原系统图基本一样,软件在生成 网络图时不自动对网络图进行变 形处理。对生成的网络图进行变 形、 简化和修改等操作,可以利用 有关编辑命令人机交互地实现。 软件也提供了自动生成曲线网络 图龟形图的功能,关于其算法及示例另文介绍。 结束语 由矿井通风系统图自动生成通风网络图,可以彻底解决人工绘制网络图时工作量大、 容易出错等问题。只要绘制一些反映矿井井巷连接关系的简单线条,就可以由计算机自 动生成通风网络图,并可得到网络解算所需的结构数据文件。这不仅大大减轻了绘制通 风网络图的工作量,使这项以往费时费力的工作变得简单易行,而且生成的网络图也非常 易于修改。这一新工具的使用,也将促进通风网络解算等软件在矿山的推广应用。 AUTOMATIC GENERATION OF VENTILATION NETWORK FROM MINE VENTILATION SYSTEM DRAWING Li Husheng Dept.of Mining Engineering ,Huainan Mining Institute ,Huainan 232001 Abstract Based on the special features of the mine ventilation network ,an assumption to separate the structual data from the drawing data of ventilation network is proposed. The principle and for the automatic generation of a ventilation network from a single line ventilation system drawing are introduced , and an actural example is illustrated. Keywords ventilation system ventilation network automatic generation software 031 西 安 矿 业 学 院 学 报 1997年