浅谈矿山CAD的设计

张玄德

（山东精诚电子科技有限公司）

  计算机绘图的基本含义是使用计算机，通过算法和程序在显示设备上构造出图形来，图形可以是现实世界中已经存在的事物的图形也可以是虚拟设计的构造。其所设计和构造的研究内容主要涉及到用计算机对图形数据进行处理的硬件和软件两方面的技术。

对于煤矿来说，从地质勘探到采矿生产，矿山工程的各个发展阶段都需要处理大量的基础数据，从处理地质勘探和生产勘探的各种资料到建立矿床地质模型，绘制各种地测图件。从设计采矿方法，定制开采方案，绘制大量的地测和工程图纸到优化生产计划。所以说图形技术在矿山的众多领域中都能用到。煤矿图形技术主要通过计算机图形处理的方式进行矿山工程设计，这样不仅大大提高了设计效率，同时能显著提高设计质量。因此设计煤矿图形软件可以提高煤矿生产的效率。

煤矿绘图技术可以说是CAD技术的基础部分，主要包括生成和表示煤矿设计工程图形图像的准确性和时时性的基础算法，保存方式和逻辑架构。煤矿绘图的基础理论及算法主要包括以下几方面：

一、基础算法：

1、基本图形元素的生成算法 ，如用光栅图形显示器生成直线，多段线，圆弧，椭圆，椭圆弧，基本封闭图元的填充等。

2、基本图形元素的几何变换，即对基本图形的平移，放大和缩小，旋转，修改，镜像，裁减，打断，延伸，撤销，恢复和复制等操作。

3、样条曲线的差值，拟合，拼接，整体和局部的修改

二、保存方式和格式转化：

可以采用是通过自定义数据文件格式或类似*.DXF的数据交互格式保存到计算机的物理介质中,通过分析自定义格式，实现系统结构和文件格式的相互转化，通过dxf文件格式实现了和Auto CAD等其他绘图系统的交互。在实现文字交互的过程中可以采用富文本格式，在对文本进行操作的过程中通过解析rtf格式实现富文本文件的转换显示。

三、通过消息处理函数和事件驱动机制实现交互式绘图技术

所有WINDOWS应用程序都是基于消息驱动的，消息处理是所有WINDOWS应用程序的核心部分，当用户单击鼠标或改变窗口大小时，都将给窗口发送消息，每个消息都对应于某个特定的事件，图形软件通过处理鼠标和键盘等WINDOWS消息，实现交互式绘图，所以说交互式绘图就是指使用输入设备通过交互技术进行可视的，动态的绘制图形，交互技术主要包括定位技术，橡皮条技术，拖动技术，菜单技术，定值技术，拾取技术，捕捉技术，坐标转换技术，鸟瞰技术，填充技术等，这些交互技术都是通过输入设备实现的交互。以基本输入设备键盘和鼠标为例，通过在鼠标按下，移动和键盘的按下等不同消息处理函数中编写不同的代码，结合相应的事件驱动和面向对象的系统架构，配合界面上的按钮，菜单和对话框，就可以实现以上所有的技术

四、面向对象的系统架构

在绘图程序的设计中采用面向对象的方式建立数据模型，把基本绘图元素抽象成现实中的对象，每个对象都有各自内部的属性和状态，不同对象之间的相互作用和联系就构成了绘图系统，通过引入抽象基类和继承类的概念，实现了对象的封装性，继承性和多态性。采用数据抽象和信息隐藏技术，将数据和操作封装在一起，用类来抽象代表现实的基本元素，用类之间的继承关系来代表设计的抽象过程，将系统的架构看成对现实元素的总结分析的过程，所以在设计煤矿绘图的过程中我们本着把煤矿设计图纸化，把煤矿图纸简单化；把简单的图纸标准化；把标准的图纸归类化；把归类的图纸属性化， 把绘图的过程流程化； 把流程的东西驱动化； 最后实现绘图的计算机图形化。

五、矿山CAD的开发原理

1、系统结构

 从功能上来说矿山CAD一般可以分为以下几个部分：数据管理，应用模型，图形和数据的输入输出，交互技术以及计算机优化模型等。

2、数据管理

矿山CAD需要进行大量处理的数据。通常有地质勘测数据，生产测量数据等。通过这些数据，系统获得地质生产信息，绘制地质采矿生产图件。这些数据的特点一是量大，二是随着地质勘探和采矿生产的不断进行，需要补充和修改。为了提高设计系统效率，应建立有效的数据库管理系统来管理这些数据，一方面能及时更新数据库内容，另一方面能及时的响应设计系统的请求，方便的提供有关数据。

3、应用模型

应用模型是根据具体应用目的建立的模型，它包含着需要解决的问题的基本描述信息。这些信息通常包括地质模型，矿体几何信息，开采条件以及开采现场的几何描述，设计规划及针对某些问题的知识结构等。在建模的过程中我们可以把常用的煤矿线性，煤矿图纸，和有规律可循的绘图方法（参数绘图（图1-1）），比如梯形，三心拱断面图等各种形式巷道断面图的绘制，矿车，电缆钩，风筒的绘制等建成相应的数据模型，当应用的时候直接根据命令或参数调用该模型或该流程，生成符合自己需求的计算机图形。从某种意义上来讲，应用模型是加工对象。因此应该设计合理的数据结构来表示模型信息。应用模型的数据结构，不仅能合理准确的表示客观事物，同时要便于和图形设计系统和数据库管理系统进行接口。

1-1各种巷道断面图的绘图流程

4、交互式设计

交互图形设计是矿山CAD系统的核心内容，是在处理图形软件和数据库系统的支持下，实现人机对话的计算机图形处理方式，对应用模型进行加工处理的过程。通过交互图形设计，可以绘制各种地测图件，设计各种采矿工程。在交互式图形软件的设计过程中应考虑以下问题：

①选择图形支撑软件进行再次开发。目前绘图技术的基本算法理论已相对成熟，设计矿山CAD系统可以直接利用这些成熟的图形支撑软件进行深度的开发。避免走弯路，去研究基础算法。

②菜单设计。菜单设计是交互设计系统的用户接口，通过菜单设计实现相应功能的调用。

③屏幕的划分。交互设计都是以屏幕设计为设计平台，通过屏幕的划分，坐标转换及比例的缩放实现图形在屏幕中不同的展示。

④输入输出功能。矿山CAD系统通常要输入大量的图件和数据，因此要规范统一的输入接口，输出图表的格式也要符合矿山的规范

作者简介：张玄德 男 毕业于山东轻工业学院计算机科学技术专业，现任山东精诚电子科技有限公司研发项目部经理