0 概述

矿井通风可视化系统，一方面具备图形展示各状态下矿井巷道、构筑物变化的功能；另一方面具备图形界面以及图形参数可视化功能，在进行简单的实际操作后可读取相应目标(包括巷道、通风构筑物以及风机动力装置等)的通风参数.在此基础上还可以通过系统的辅助功能进行数据处理，使整个矿井通风系统得到分风优化^[1-2].

近半个世纪以来，矿井通风与计算机的结合得到了迅速的发展，通风网络分析方面无论从理论上，还是计算机软件的研发都取得了丰硕的成果，相关的计算机软件也日益完善，功能越来越强，操作也愈发简单^[3-4].本文在对矿井通风系统可视化理论深入研究的基础上，针对我国在矿井通风网络分析方面技术中存在的不足，开发了基于B/S共享模式矿井通风可视化系统.

1 系统介绍

系统采用了B/S（浏览器/服务器）结构，客户端的用户通过Web浏览器使用本系统，服务器主要监听接收来自客户端的信息，并对其进行分析处理，与数据库建立联系，完成系统的各项功能.

系统主要特点：①操作简单：由于本系统是通过互联网传递数值信息的，信息接收的主体只要具备基础的计算机操作水平和使用浏览器的能力，就可以通过该系统中的导航策略和友好界面的指引及时了解相关内容.②共享性强：只要具备上网条件的多媒体计算机，不需其它载体，不受时间、空间等因素的限制，都可以通过网络终端获取信息.③同步性强：本系统一改以往传递信息单向的传递方式，由于网络信息载体具备双向传递功能，这种双向交流可以是同步的.通过同步准确发布最新数据，从而保证数据的及时性和准确性.④可视化程度高：克服网络解算人机交互性能差，属性数据与图形结合性比较弱的缺点.有利于工程技术人员维护数据和决策人员查看管理数据.⑤扩展性强：通风网络解算是矿山通风仿真的基础，在此通风网络解算可视化基础上，为通风仿真系统提供了新的科学依据.

2 可视化系统的设计 2.1 系统需求分析

开发基于B/S共享模式矿井通风可视化系统，其主要的目的是把矿井通风网络解算结果与矿井通风示意图结合起来，通过图形便可查询矿井通风参数，同时矿山技术管理人员通过网络可以共享资源，提高了管理效率，降低了工作难度.

2.2 系统数据流设计

系统数据流指的是整个系统数据的输入、输出和走向，只有确定了系统数据流，才能确定系统的功能架构，如图 1.

2.3 系统总体结构设计

系统结构设计的任务是定义系统的主要结构元素之间的组成关系.本系统通过对数据流图进行分析，进而得出系统的层次化的模块结构图.系统功能结构设计采用面向数据流图的设计方法，如图 2.

2.4 系统功能设计

该系统功能针对服务器端与客户端用户进行设置.

（1）通风系统、风流的可视化.客户端用户在登录系统后，可通过矿井通风系统示意图查询矿山通风系统的状态，包括：通风构筑物的安装位置与状态、通风风流的方向与状态等.

（2）图属(图形与通风属性)相应查询.可视化系统采用数据库管理矿井通风系统的实体属性，计算机自动将数据和图形实体之间进行无缝连接，服务器端管理员可通过图形进行查询和修改属性数据.客户端用户在查询时只需将鼠标移动在某巷道风路上即可进行数据查询，系统会从后台数据库中查询用户鼠标所在巷道风路的通风属性，并显示在属性框中.

（3）数据文件和图形文件的共享.客户端用户在登录系统后的页面即可进行解算参数数据文件与图形文件的下载.

3 系统的开发与实现

可视化系统采用WindowsServer2003作为整个服务器的操作系统，配合IIS架设系统的Web服务器.服务器端采用ASP，数据库使用Access，站点编程环境为DreamweaverCS4，脚本语言采用VBScript，结合HTML代码组建动态、交互式的Web服务器端应用程序.

3.1 矿井通风系统示意图的建立与录入

矿井通风系统的可视化是整个系统的核心，主要包括通风系统图中巷道、通风构筑物、通风动力装置、风向方向值等图形的可视化，以及标注参数的输入、修改、删除等功能.矿井通风系统示意图的创建^[5]，采用了SWF格式文件向GIF格式文件的转换生成的方式：在FLASH软件绘图环境下，对矿井的通风系统图进行描绘.具体的要求：

（1）巷道的录入.矿井通风可视化巷道录入的方式为在FLASH软件绘图环境下利用工具直接绘制，按节点参数双线型直线描绘巷道，在巷道的交叉处或者端点处采用FLASH 3S的捕捉功能^[3]，确保线段的链接.

（2）构筑物的绘制.构筑物在FLASH中将作为库里面的图形元件可任意调用，通风构筑物如风门、风墙、风窗等都为静态，元件类型选择【图形】，绘制方式是在图形编辑栏利用绘制工具编辑构筑物形状和特征.在添加构筑物的时候，鼠标左键单击库中需要增加的构筑物元件，然后根据鼠标移动来定位该构筑物的位置和角度^[6].

（3）通风动力装置的绘制.通风动力装置与构筑物的添加方式一致，但是在绘制过程中，通风动力装置的原件类型为【影片剪辑】，因为通风动力装置(如风机)是动态的.一般通风动力装置的动态变换只是形状的变换，并无方位的移动.

（4）绘制风流方向.在此系统中矿井风流方向的变动情况是通过通风网路解算的数据来得知的，初始时某条巷道的风量是一个正值，当矿井通风系统发生变化后，利用通风网路解算程序再次进行网路解算，解算之后该条巷道的风流还是正值，则该条巷道的风流方向没有发生改变，如果风流是负值，则表示该巷道风流方向发生了改变^[7-8].添加风流方向的方式与构筑物的添加方式是一致的.在绘制过程中，风流方向的原件类型为【影片剪辑】，风流方向的动态变换只是方位的移动，无形状的变换.

（5）通风元件的删除.通风构筑物与风流方向都是库中的元件在图形中的调用，元件的删除不能从库中进行，因为库中的元件被删除后，在图形其他位置被调用的同一元件也会被一并删除.

3.2 矿井通风网络解算

矿井通风网络解算是整个可视化系统的基础，所有的可视化工作都是建立在网络解算结果正确的基础上，所以在风路，风机参数的输入至关重要，这将直接关系到网络解算的正确性.

系统采用的通风网络解算方法采用Hardy-Cross方法对矿井复杂通风网络进行解算，该方法具有算法简单、容易学习掌握和易在微机上实现等优点.流程如下：原始数据输入、确定网孔个数、风机曲线输入、网路节点信息及支路风阻的读入、风机特性曲线的描述、风阻大小排列、选择网络最小树、形成独立网孔、初拟风量值、自然风压处理、风量迭代计算、固定风量风道的阻力与风阻处理、数据输出.输出的数据主要包括：风机编号及所对应的风量、风压值，巷道编号及其对应的风量、风阻与风压值等，节点和自然风压信息等.

3.3 数据库的设计

在通风网络解算程序中，重要的巷道反映的参数很多，如：风量、巷道断面积、风压、风速和风阻等，如果这些参数全部标注在系统图上，整体上会使通风系统图显得很杂乱.因此，在通风可视化系统中只选择风量、风速、风压这3项重要参数，来反映一个巷道的通风状态.

（1）数据库的设定.创建任何一个数据库的第一步是规划数据库，在本系统中，一个数据表存储有关某一主题(如节点)的数据^[9].表中按列存放该主题不同类型的数据(如节点的序号)，按行描述该主题的全部数据(如节点的具体通风参数).表中的每一行称为一条记录，而每一列称为一个字段，如图 3所示.

（2）数据库的访问.Web数据库访问技术采用ASP技术，ASP是一个服务器端(Server—side)脚本执行语言，用户可用它产生和执行高性能的、动态的、交互的Web服务器应用程序^[10].

其详细的方法为ASP+ADO技术访问Web数据库方法^[11-12]：

首先创建数据源名DSN.DSN分为用户DSN、系统DSN和文件DSN，一般定义系统DSN；接着通过服务器对象的CreateObject方法创建数据库链接：SetConn=Server.CreateObject(“ADODB.Connection”)；再用Open方法打开待访的数据库Conn.open“DSN名”；最后用SQL执行查询等数据库操作SetRS=Conn.Execute(“SQL语句”)并显示或返回操作结果.

3.4 系统可视化站点的设计

站点根目录文件夹由6部分组成：图形文件夹、数据报表文件夹、数据库(mdb)、ASP文件(ASP)、系统窗口框架网页文件(html)和矿井通风网页文件(后缀名为.asp，为动态服务器页面).

（1）站点功能的规划.站点功能结构由3大模块组成，即通风系统、动态风流可视化；数据文件和图形文件的下载；页面之间的链接，如图 4所示.

（2）可视化功能的实现.①巷道、构筑物、通风动力装置的可视化；前面已经提到矿井通风系统示意图的绘制及其格式的转换，在这里只需在DreamweaverCS4环境下对GIF格式矿井通风系统图形进行引用；②巷道风流参数可视化.用Dreamweaver网页制作工具完成课件开发系统的界面设计，用HTML语言设计网页的外观构架，静态页面制作中主要采用了Dreamweaver中的层和行为的概念.事先将通风网路图作为背景层，然后每个点需要读取的数据，通过添加ASP语句和SQL查询语句提取与之对应的数据，将其编辑在相应的表格内，并置入页面中；③风机参数的可视化.风机参数的标识与风路参数的标识方法相同.在实际操作过程中，由于矿井通风解算结果的差异，风机参数的可视化与巷道风路的可视化相比，少了1个“风速”参数.页面效果如图 5所示.

（3）文件的链接和下载.系统页面的转换和资料的下载都是由超级链接来完成.超级链接是指站点内不同网页之间，站点与Web之间的链接关系.它可以使站点内的网页成为有机的整体，还能够使不同站点之间建立联系，如图 6所示.

（4）基于B/S的共享模式通风可视化系统的组建.基于B/S的共享模式通风可视化系统是利用Windows2003server的IIS平台，使用ASP结合HTML网页、ASP指令和后台数据库等组建成的动态、交互且高效的Web服务器应用程序.

基于B/S的共享模式通风可视化系统程序的组建的步骤：①设置站点文件夹的路径；②设置IIS的属性；③系统的调试.

4 结束语

通过对矿井通风系统及其可视化理论的研究，对现有矿井通风系统可视化技术进行科学分析.利用现代计算机技术，成功实现了基于B/S共享模式矿井通风可视化系统的研究及开发.通过本可视化系统，利用计算机技术将数据库与图形结合，不但便于矿井通风系统管理者直接通过图形进行查询和数据管理，同时客户端用户也可通过本系统获得网络数据共享功能，使得通风管理方式更直观、快速和高效.