物联网环境下地下矿多源异质时空信息4D集成表示与建模研究

Regarding the real-time data of mining production and ore body and well lane of underground mines as a specific study object, multi-source heterogeneous temporal and spatial information visualization of underground mines under IOT is studied. The multi-source heterogeneous temporal and spatial 4D integration information model is constructed. All different data of mining is considered to fuse, store and manage uniformly. The mechanism and method of mining dynamic process information is proposed. The relatively complete theory and method of underground multi-source heterogeneous temporal-spatial information under IOT is put forward. Firstly, through the analysis of current spatio temporal data models, underground mining engineering multi-source heterogeneous complex spatio-temporal data model can be built; Secondly based on sixteen forks tree four-dimensional space-time entity data structure is designed. Using topological theory, the underground mine temporal and spatial topological relation can be established; Thirdly, adaptive relational spatio temporal database is constructed. Efficient spatial index mechanism and methods are established; Based on multiple attributes, temporal and spatial interactive analysis algorithm can be established. multi-source heterogeneous information model of interactive query and statistical analysis is realized; finally the complete underground multi-source heterogeneous space-time information model theory can be constructed, The theoretical system of underground mine of multi-source heterogeneous information model is perfect. This has significant academic and theoretical value for the visualization of intelligent mining and virtual exploitation in underground.

拟对当前物联网环境下地下矿采矿生产实时数据和地质体及井巷工程数据等多源异质时空信息进行4D集成表示和建模研究，探讨实现地下矿各类采矿工程数据的融合同化、统一存储、统一管理，研究采矿过程信息连续表达的机制和方法，提出较为完整的地下矿多源异质采矿时空信息集成建模理论体系和方法。首先通过研究分析当前国内外时空数据模型的理论和方法，构建地下矿采矿工程多源异质复合时空数据概念模型；其次基于十六叉树设计多源异质时空实体数据结构，利用时空拓扑理论，建立地下矿时间和空间拓扑关系；然后构建自适应对象关系型时空数据库，并建立高效时空索引机制和方法；在此基础上基于多源属性特征来建立时间和空间交互式分析算法，实现多源异质信息模型的交互式查询和统计分析；最终构建完整的地下矿多源异质时空信息模型理论。这将对实现地下矿智能开采和虚拟开采的可视化具有重要的理论意义和学术价值。

综合应用地下采矿学、时空数据建模理论、4DGIS建模理论等对当前物联网环境下地下矿地矿体及井巷工程的静态数据和采矿生产的动态数据等多源异质时空信息进行了4D集成表示和建模研究，探讨实现了地下矿采矿工程数据的融合同化、统一存储、统一管理，初步形成了地下矿多源异质采矿时空信息集成建模理论和方法。首先通过研究分析当前国内外时空数据模型的理论和方法，提出了一种动态多基态变粒度的修正模型，构建了地下矿采矿工程多源异质复合时空数据概念模型，实现了对矿岩体和采矿生产过程的时间和空间变化过程的抽象与表达，提出了较为合理的多源异质数据集成表示和组织方法；其次针对地下矿各实体的空间、时间、属性特征，利用线性十六叉树建立多源时空实体目标的数据结构，提出了时空体数据编码和解码算法，构建了时空体数据编码的通用数学模型，实现了空间实体对象的时空数据一体化编码，在编码的基础上，设计了时空体数据存储结构及低计算量优化方法；在统一的坐标及编码体系下，提出了一种四维十六叉树和多尺度表达R树集成的时空索引方法4DHMR树，实现了多分辨率时空目标对象的数据索引，完成了4DHMR树索引存储结构的设计；最后利用Oracle Spatial数据库技术、HOOPS 3D可视化开发技术，对地下矿采矿生产活动中进行了时空数据库的构建和局部可视化模拟，分别动态模拟了具有时空活动代表性的地下矿采矿生产系统的时空变化以及系统范围内的对象变化，初步实现了地下矿井下开采过程的动态实时回放及井下各时空对象动态变化的跟踪显示，基本完成了预期的研究目标。这将对实现地下矿智能开采和虚拟开采的可视化具有重要的理论意义和学术价值。