1　引言 　　礦井通風(fēng)系統(tǒng)平面圖是反映礦井實際通風(fēng)狀況的開拓開采工程圖，它是礦井的必備圖紙之一，是通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)分析和管理決策的基礎(chǔ)性資料。由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)平面圖大多由不規(guī)則的線條、弧、圖塊等組成，同時隨著井下生產(chǎn)環(huán)境的變化，通風(fēng)圖形也要隨之變化，修改工作量較大。 　　所以采用手工或通用商品化CAD圖形軟件如AutoCAD來繪制礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖不僅勞動強(qiáng)度大、效率低，而且繪圖精度低、容易出錯。這就要求開發(fā)出自動繪制系統(tǒng)圖的輔助設(shè)計CAD系統(tǒng)。 　　目前，我國礦井通風(fēng)系統(tǒng)平面圖輔助設(shè)計CAD系統(tǒng)有：中國礦業(yè)大學(xué)的VentCAD、河南理工大學(xué)開發(fā)的MCAD、安徽理工大學(xué)李湖生開發(fā)的MCANT等。這些礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖繪制系統(tǒng)所存在的問題是：限于當(dāng)時的技術(shù)條件落后和開發(fā)工具單一，它們大都是用LISP和ADS開發(fā)的，這就不可避免造成軟件運(yùn)行速度慢、界面不太友好、人機(jī)交互性較差。另外，這些軟件盡管有些提供有巷道自動繪制模塊，但基本上不能完全自動確定巷道間的空間位置關(guān)系，還需進(jìn)行人工判斷和人機(jī)交互式修改，這就不能最有效地降低工作量和提高工作效率。 　　鑒于此，使用AutoCAD 2000提供的ObjectARX開發(fā)工具（30版）在Visual C++ 60平臺上開發(fā)完成了礦井通風(fēng)系統(tǒng)平面圖自動繪制系統(tǒng)——MventCAD，具有界面友好、模塊性好、獨立性強(qiáng)、連接簡單、使用方便、內(nèi)部功能高效實用等優(yōu)點。MventCAD系統(tǒng)的最大特點是能夠完全自動繪制巷道，能夠自動確定巷道間的空間位置關(guān)系。 　　在MventCAD系統(tǒng)中，繪制一幅礦井通風(fēng)系統(tǒng)平面圖，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算要用到的基本模塊按操作順序依次為：圖紙初始化、添加巷道分支、巷道繪制、添加通風(fēng)設(shè)施等。 　　2　圖紙初始化 　　圖紙初始化模塊是繪制通風(fēng)系統(tǒng)平面圖的第一步，主要功能是確定繪圖環(huán)境，包括設(shè)置繪圖比例、選擇文字樣式、選擇標(biāo)題欄樣式、設(shè)置圖層以及繪制坐標(biāo)方格網(wǎng)。在AutoCAD環(huán)境下，輸入內(nèi)部命令initpaper，彈出的圖紙初始化對話框如圖1所示。 　　圖1　圖紙初始化對話框（略） 　　3　添加巷道分支 　　要實現(xiàn)通風(fēng)巷道的自動繪制，應(yīng)預(yù)先根據(jù)地質(zhì)測量結(jié)果，輸入各條巷道的基本數(shù)據(jù)。這些基本數(shù)據(jù)包括巷道測站的坐標(biāo)X、Y坐標(biāo)，高程H，左邊距Ll（測站與巷道左幫的距離）、右邊距Lr（測站與巷道右?guī)偷木嚯x）。 　　在MventCAD中，要添加某條巷道分支的基本數(shù)據(jù)，首先應(yīng)在激活該命令后彈出的對話框中輸入該條巷道的名稱，然后在彈出的“巷道數(shù)據(jù)輸入”表格中，根據(jù)要求輸入該巷道各測站的具體數(shù)值，最后這些數(shù)據(jù)作為記錄被存儲到數(shù)據(jù)庫名為HdEntermdb的“坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入”表中。 　　4　巷道繪制 　　MventCAD系統(tǒng)在其核心模塊——巷道繪制中，不僅完全實現(xiàn)了巷道的雙線自動繪制，而且能夠自動對巷道間的空間位置關(guān)系進(jìn)行正確判斷，根據(jù)判斷的結(jié)果，對巷道的連接、相交或交叉自動進(jìn)行消隱處理。經(jīng)過多個具體例子證明，只要輸入的巷道分支基本數(shù)據(jù)能夠控制在一定誤差內(nèi)，巷道自動繪制并進(jìn)行自動處理后的結(jié)果，基本上符合礦井井巷實際布置狀況，很少需要進(jìn)行人工修改。 　　巷道繪制模塊具體又分為巷道自動繪制，巷道消隱處理和巷道相連接處理3個子模塊。 　　41　巷道自動繪制 　　在添加巷道分支模塊結(jié)束后，運(yùn)行該子模塊，系統(tǒng)將調(diào)用“坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入”表，循環(huán)讀入每條巷道的基本數(shù)據(jù)，然后按照一定的步驟和方法進(jìn)行自動繪制。系統(tǒng)在實現(xiàn)巷道自動繪制的算法時，其核心內(nèi)容參照了手工繪制巷道的步驟。 　　首先以某礦一條巷道中的三測站兩段為例簡單介紹一下手工繪制巷道的步驟。 　　第一步，將現(xiàn)場實測巷道的數(shù)據(jù)列成表格。某礦3個測站的基本數(shù)據(jù)列于表1。 　　第二步，分別用三個測站的X、Y坐標(biāo)在圖紙的相應(yīng)位置繪出3個測站的平面位置，見圖3中的pt1、pt2和pt3。 　　第三步，由pt1點在pt1和pt2連線的近似垂直方向上分別量取左邊距Ll1和右邊距Lr1，得到點pt11和pt12。同理，可得到兩段巷道的另外6個邊界點pt21、pt212、pt31、pt22、pt222和pt32。 　　第四步，分別連接pt11、pt21并延長至ptj1，連接pt31、pt212并延長至ptj1，形成左側(cè)巷道。 　　第五步，分別連接pt12、pt22并縮短至ptj2，連接pt32、pt222并縮短至ptj2，形成右側(cè)巷道。 　　第六步，進(jìn)行測站名稱和底板標(biāo)高及其它工作，完成圖形。 　　表1　某礦3個測站的基本數(shù)據(jù)（略） 　　在MventCAD系統(tǒng)中，建立一個CHangDao類，并提供了一個與手工繪制巷道步驟相一致的重要類方法（函數(shù)）——draw（）。CHangDao類封裝了實現(xiàn)巷道繪制的具體細(xì)節(jié)，提供了同用戶進(jìn)行交互的數(shù)據(jù)輸入接口（成員函數(shù)）。在使用CHangDao類時，只需為其類對象的數(shù)據(jù)輸入成員函數(shù)賦值，并調(diào)用有關(guān)的繪制函數(shù)，即可自動繪制出一條巷道。MventCAD在執(zhí)行“巷道自動繪制”子模塊時，將循環(huán)從“坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入”表中讀入所需數(shù)據(jù)，然后按照上述代碼格式，構(gòu)造巷道對象，并調(diào)用數(shù)據(jù)輸入成員函數(shù)和巷道繪制函數(shù)，最后自動繪制成圖。 　　42　巷道消隱處理 　　“巷道繪制”子模塊結(jié)束后，巷道的形狀、位置按照投影關(guān)系都被清晰地表示出來，但巷道間的空間位置關(guān)系還沒表示出來，所以必須進(jìn)行巷道消隱處理。 　　巷道消隱處理指的是對于投影在平面圖上相互交叉的兩個巷道，根據(jù)它們的空間位置關(guān)系，對交叉部位的隱藏線自動進(jìn)行消除，并重新進(jìn)行繪制，從而能正確地在平面圖上顯示出巷道間的層次關(guān)系。 　　MventCAD系統(tǒng)把巷道間的空間相對位置關(guān)系歸納為以下5種（圖2所示）： 　?。?）一巷從另一巷上部跨過，簡稱“上跨”（如圖2中A巷與B巷）。 　?。?）一巷從另一巷下部穿過，簡稱“下穿”（如圖2中A巷與C巷）。 　　（3）一巷與另一巷相貫通， 簡稱“貫通”（如圖2中A巷與D巷）。 　?。?） 一巷與另一巷相接， 簡稱“相接”（如圖2中A巷與E巷）。 　　（5） 一巷與另一巷不相關(guān)， 簡稱“無關(guān)”（如圖2中A巷與F巷）。 　　圖2　巷道空間位置關(guān)系示意圖（略） 　　系統(tǒng)在自動判斷某條巷道A與某條巷道B的位置關(guān)系屬于上面5種關(guān)系里的哪一種時，需進(jìn)行以下兩個步驟：① 計算巷道A的左、右壁與巷道B的左、右壁在投影平面上的交點數(shù)和交點坐標(biāo)。設(shè)交點數(shù)為m，則如果m=0，那么巷道A與B的關(guān)系屬于“無關(guān)”；如果m=2,那么巷道A與巷道B的關(guān)系屬于“相接”；如果m=4，那么需要進(jìn)行第二步判斷。② 在m=4的前提下，分別求出巷道A與巷道B在某一個交點處的高程坐標(biāo)h1和h2。如果h1－h(huán)2＞ε（ε為高程誤差值，在MventCAD系統(tǒng)中ε為5m），那么巷道A與B的關(guān)系屬于“上跨”。如果h1－h(huán)2＜－ε，那么巷道A與巷道B的關(guān)系屬于“下穿”。如果h1－h(huán)2≥－ε并且h1－h(huán)2≤ε，那么巷道A與巷道B的關(guān)系屬于“貫通”。 　　應(yīng)特別注意的是，系統(tǒng)在進(jìn)行這兩個判斷步驟前，必須保證巷道A與巷道B最多只能交叉一次，即其交點數(shù)最多只能為4個。如果出現(xiàn)巷道B在巷道A上的交叉位置多于一個，那么必須在輸入巷道B數(shù)據(jù)時，把它分成兩段或多段，保證每一段與A最多交叉一次，然后分別對巷道A與B的每一段進(jìn)行消隱處理。 　　在上面進(jìn)行巷道關(guān)系判斷的步驟①中，要求巷道A與巷道B的交點坐標(biāo)以及交點數(shù)，需用到CHangDao類的成員函數(shù)intersect，程序指令為Pts=A->intersect（B）（Pts為交點坐標(biāo)數(shù)組，A、B為CHangDao類）。在成員函數(shù)intersect（）中，首先把兩條巷道的左、右壁用兩個多義線實體表示出來，然后四次調(diào)用了ObjectARX類庫中的一個重要重載函數(shù)intersectWith（）（該函數(shù)返回圖形中一個實體與另一個實體的交點）。 　　在上面進(jìn)行巷道關(guān)系判斷的步驟②中，要求出巷道交點處的高程坐標(biāo)，需調(diào)用程序中的CalHeight（）函數(shù)。在該函數(shù)內(nèi)部，首先判斷交點位于巷道哪個壁以及壁上哪兩個已知高程的點之間，然后分兩種情況求出交點高程。這兩種情況如圖3？？？4所示，圖上P表示交點，A、B表示在巷道壁上與P相鄰的兩點，P1、A1、B1分別表示點P、A、B在平面圖上的投影，h1為A點高程，h2為B點高程，hx為P點高程。 　　圖中，已知A、P和B點的X、Y坐標(biāo)，并且已知A和B點高程為h1和h2，現(xiàn)求P點高程hx。對于情況1：｜h1｜＜｜ h2｜，過A點作垂直于AA1的直線，交PP1于點P11，交BB1于點BB1，則從圖上可看出：hx＝h1＋｜PP11｜，而由兩三角形相似定理，可求得｜ PP11｜＝｜AP11｜×（｜ h2｜－｜ h1｜）／｜AB11｜（其中｜ AP11｜和｜ AB11｜由兩點坐標(biāo)公式計算而得），代入上式即可得hx得計算公式：hx＝h1＋｜ AP11｜×（｜ h2｜－｜ h1｜）／｜ AB11｜。同理，對于情況2：｜ h1｜＞｜ h2｜，可求得hx得計算公式：hx＝h2＋｜BP11｜×（｜ h2｜－｜ h1｜）／｜BA11｜。〖BP）〗 　　經(jīng)過步驟①和②，只要輸入數(shù)據(jù)正確，巷道間的空間位置相對關(guān)系基本上能夠正確無誤地自動確定下來，這種關(guān)系類型以及交點坐標(biāo)最終被存儲到hddatamdb數(shù)據(jù)庫中的"消隱表"中。接下來，應(yīng)根據(jù)“消隱表”中的數(shù)據(jù)，對于需要消除隱藏線的巷道重新進(jìn)行繪制。當(dāng)某條巷道與其它巷道的相對位置關(guān)系為“下穿”、“貫通”或“相接”時，需在交叉部位消除隱藏線，而當(dāng)關(guān)系為“上跨”和“無關(guān)”時，無需進(jìn)行處理。〖JP〗 　　現(xiàn)以圖3中的巷道A為例，來具體說明系統(tǒng)是如何自動消除隱藏線的（該圖表示的是沒有經(jīng)過消隱處理的通風(fēng)系統(tǒng)局部圖）。從圖3中可看出，巷道A共有3個測站，如果用一個CHangDao類的對象（設(shè)名稱為HdA）來描述巷道A，那么在消隱前，HdA的屬性之一“巷道左壁數(shù)組”共包括3點，分別為圖中的1、2、3點，HdA的屬性之二“巷道右壁數(shù)組”也包括3個點，分別為圖中的4、5、6點。在自動消隱時，系統(tǒng)順序讀入“消隱表”中與巷道A相關(guān)的記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)項“巷道關(guān)系”的內(nèi)容，可知：巷道A與巷道C的關(guān)系為“下跨”，巷道A與巷道D的關(guān)系為“貫通”，巷道A與巷道E的關(guān)系為“相接”，這樣，需在它們的交叉位置（圖3中X、Y、Z）消除隱藏線。然后，分別讀取記錄中“交點坐標(biāo)”數(shù)據(jù)，在HdA的“巷道左壁數(shù)組”屬性中，添加4個點（見圖3中的7、8、9、10），在HdA的“巷道右壁數(shù)組”屬性中，添加6個點（見圖3中的11、12、13、14、15、16）。最后，刪除巷道A構(gòu)成的組實體，再分別用直線（在程序中為AcDbLine類）連接1和7、8和2、2和9、10和3構(gòu)成巷道左壁，分別用直線連接4和11、12和5、5和13、14和15、16和6，構(gòu)成巷道右壁。對巷道A進(jìn)行消隱處理后，系統(tǒng)按同樣的方法，自動對巷道B、C、D、E和F進(jìn)行處理，最終得到的圖形如圖2所示。 　　圖3　通風(fēng)系統(tǒng)局部圖（略） 　　43　巷道相連接處理 　　隨著礦井生產(chǎn)布局的變化，經(jīng)常要開拓出一些新的巷道，如果新增加的巷道與某條已存在的巷道首部或尾部相連接，那么就需進(jìn)行該子模塊的處理，以便能在通風(fēng)圖中自動準(zhǔn)確連接這兩個巷道。MventCAD系統(tǒng)在判斷巷道A與巷道B是否相連接時，拿巷道A的首、尾坐標(biāo)（即測站坐標(biāo)）同巷道B的首、尾坐標(biāo)相比較，如果屬于以下4種情況：A的首坐標(biāo)等于B的首坐標(biāo)、A的首坐標(biāo)等于B的尾坐標(biāo)、A的尾坐標(biāo)等于B的首坐標(biāo)或A的尾坐標(biāo)等于B的尾坐標(biāo)，那么系統(tǒng)認(rèn)為巷道A與巷道B相連接。系統(tǒng)根據(jù)不同情況的連接問題，用不同方法分別進(jìn)行了處理，實現(xiàn)了巷道的自動準(zhǔn)確連接。 　　例如，圖4中，a圖表示的是巷道A的尾坐標(biāo)等于巷道B的首坐標(biāo)的連接問題，經(jīng)過系統(tǒng)處理，形成b圖，實現(xiàn)了準(zhǔn)確連接。 　　圖4　巷道連接問題的處理（略） 　　5　添加通風(fēng)設(shè)施 　　在通風(fēng)系統(tǒng)圖上，必須用合適的符號表明通風(fēng)設(shè)施的類型和位置，以表明通風(fēng)系統(tǒng)布置情況。為了提高繪圖效率，MventCAD系統(tǒng)參照《煤礦礦井設(shè)計手冊》和《通風(fēng)安全工程圖集》預(yù)先建立了標(biāo)準(zhǔn)化的通風(fēng)圖例庫。圖例庫中包括通風(fēng)設(shè)施、通風(fēng)機(jī)、風(fēng)流方向、安全監(jiān)測、防塵等圖塊。 　　6　結(jié)論 　　MventCAD系統(tǒng)實際應(yīng)用在平頂山煤業(yè)集團(tuán)公司一礦、六礦、鄭州新登煤礦和神火煤業(yè)集團(tuán)新莊煤礦等礦井的通風(fēng)系統(tǒng)平面圖繪制當(dāng)中，并都取得了較好的應(yīng)用效果。通過多次實際應(yīng)用，證明該系統(tǒng)具有以下功能和特點： 　?。?）能夠自動繪制出反映礦井通風(fēng)巷道實際布置情況和相對空間位置關(guān)系的通風(fēng)系統(tǒng)平面圖。 　?。?）繪制出的平面圖易于編輯、修改和長期保存。 　?。?）界面友好，人機(jī)交互性強(qiáng)。 　?。?）操作簡便，易于上手。 　?。?）程序易于維護(hù)和升級。 　　該系統(tǒng)具有較高的推廣應(yīng)用價值，能夠應(yīng)用在高等院校、煤炭研究所、礦務(wù)局、煤礦、培訓(xùn)中心等單位，并將成倍降低工作量。 　　參考文獻(xiàn) 　　1　呂慶剛等.礦井通風(fēng)圖形繪制系統(tǒng)研究.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)碩士論文，1996 　　2　王都霞.礦井通風(fēng)系統(tǒng)平面圖繪制程序的研制.煤礦自動化，2000（2） 　　3　余承飛等.Auto CAD 2000二次開發(fā)技術(shù)（ObjectARX）.北京：人民出版社，19998 　　4　李湖生.礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖CAD軟件的研制.煤礦安全，1996（10） 　　5　謝賢平.礦井通風(fēng)系統(tǒng)CAD應(yīng)用之捷徑.煤礦設(shè)計，1997（1） 　　6　李湖生.由礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖自動生成通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖.西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，19976 　　7　郭金運(yùn).采礦工程平面圖自動繪制系統(tǒng).中國圖像圖形學(xué)報，2000（3） 　　8　Volkwein．Ventilation of automated mining systems．Preprint - Society of Mining Engineers of AIME Feb 26-Mar 1 1990 轉(zhuǎn)自：中國煤炭