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矿山地下巷道应急路径实时求解算法的研究

作　者: 章程
导　师: 方源敏; 吴俐民
学　校: 昆明理工大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 矿山应急逃生系统 巷道 最短路径 时间复杂度
分类号: TD77
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 116次
引　用: 1次
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内容摘要


近年来,采矿业的发展大大促进了经济的发展,但是矿山事故也给矿下作业人员的生命安全带来了巨大的隐患。所以针对我国矿山事故多发的现状,我们在事故发生后,如何在第一时间做出正确的避灾和救援方案,才能确保井下作业人员的生命安全呢?这是个值得深思的问题。当矿山发生事故时,如何选择一条正确的应急路线,对于矿山事故救援和井下人员逃生具有深远的意义。因此,矿山逃生应急系统的建立对保障矿山安全生产具有重要的意义。首先,本文针对我国矿山事故频发的现状提出了研究问题,并通过学习目前国内外数字化矿山的研究现状,发现针对矿山应急逃生系统的研究比较少。所以文中对大红山铜矿的应急逃生系统进行了理论性的设计与功能分析,并选取其中应急逃生模块作为本文的研究重点。系统的介绍了应急逃生路径涉及的图论基础和常用的经典最短路径算法。对国内外专家学者提出的经典最短路径算法进行了研究,并分析对比了不同算法的空间复杂度和适用范围。然后,本文以大红山铜矿地下巷道CAD数据为基础提取矿山地下巷道中心线数据,并对数据进行预处理。通过对数据特点的分析,提出了求解矿山应急逃生路径的问题模型。再通过分析数据结构的特征,属于典型的稀疏结构,针对数据特点选取算法和数据存储结构,然后对所选Dijkstra算法的性能瓶颈进行了分析,针对Dijkstra算法效率低的特点,对其进行三步改进,实验结果表明,优化后的算法时间效率大大的提升,具有很强的实用性和可靠性。并结合openGL技术实现了应急逃生路径的模拟,并在Qt平台上展示了应急逃生模块的功能。最后,作者对自己的研究工作进行了总结,并对矿山应急逃生系统中存在的不足和研究的前景进行了展望。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 问题的提出  9
  1.2 研究背景与意义  9-11
    1.2.1 研究背景  9-10
    1.2.2 研究意义  10-11
  1.3 国内外数字矿山发展现状  11-14
    1.3.1 国内研究现状  11-13
    1.3.2 国外研究现状  13-14
  1.4 本文研究的主要内容  14
  1.5 内容组织  14-15
  1.6 本章小结  15-17
第二章 矿山应急逃生系统分析与设计  17-25
  2.1 需求分析  17-18
  2.2 系统设计原则  18
  2.3 系统框架设计  18
  2.4 系统功能分析与设计  18-21
    2.4.1 管理模块  19-20
    2.4.2 事故预测模块  20
    2.4.3 应急逃生路径模块  20
    2.4.4 地图查询模块  20-21
  2.5 主要实现技术  21-23
    2.5.1 C++编程语言  21-22
    2.5.2 openGL三维绘制简介  22-23
    2.5.3 QT界面简介  23
  2.6 本章小结  23-25
第三章 图论与算法介绍  25-37
  3.1 图论基础  25-26
  3.2 图的存储结构  26-28
    3.2.1 数组(邻接矩阵)表示法  26-27
    3.2.2 邻接表  27-28
  3.3 稀疏矩阵  28-30
  3.4 红黑树简介  30-31
  3.5 传统最短路径算法  31-35
    3.5.1 Dijkstra算法  31-32
    3.5.2 A~*算法  32-33
    3.5.3 Floyd-Warshall算法  33-34
    3.5.4 SPFA算法  34
    3.5.5 算法分析与比较  34-35
  3.6 本章小结  35-37
第四章 矿井数据组织及预处理  37-43
  4.1 矿山巷道线性网络  37-40
    4.1.1 矿山巷道  37
    4.1.2 巷道线性网络  37-40
  4.2 巷道的作用与分类  40-42
    4.2.1 地下巷道的作用  40
    4.2.2 矿井巷道的命名和分类  40
    4.2.3 常用的矿井巷道  40-42
  4.3 可通行性分析  42
  4.4 本章小结  42-43
第五章 算法选用与改进  43-55
  5.1 数据特点和问题模型  43-44
    5.1.1 数据特点  43-44
    5.1.2 问题模型  44
  5.2 算法选用与改进  44-50
    5.2.1 算法选用  44-45
    5.2.2 数据存储结构分析与选择  45-46
    5.2.3 Dijkstra算法的性能瓶颈分析  46-47
    5.2.4 算法改进  47-49
    5.2.5 改进结果对比与分析  49-50
  5.3 改进的算法在应用中的实现  50-53
  5.4 本章小结  53-55
第六章 总结与展望  55-57
  6.1 论文研究成果  55
  6.2 不足与展望  55-57
致谢  57-59
参考文献  59-63
附录  63

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿山事故及救护
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