河南理工大学硕士学位论文
我国国内的矿山情况一般都较为复杂，考虑到管理模式又与国外不同，直接采用国外现成的矿山软件是不合适的，而且国外软件无信息安全保障，且价格昂贵、行业规范与语言亦不一致，所以，研制和开发适合我国国情的矿山制图系统是很有必要的。
在竞争日趋激烈的今天，用户对系统的要求也会随之越来越高，评价一个系统的性能好坏主要有以下几个方面[16][17]：
（1）可靠性，在规定的一段时间内和规定的条件下，系统维持其性能水平相关的能力；
（2）易使用性，用户对系统操作要求有关的评价标准； （3）可维护性，与进行规定的修改所需的努力有关的属性； （4）可移植性，软件从一个环境转换到另一个环境的能力。
因此，以上述内容为基础，本文设计并开发出的矿井采掘衔接决策支持系统，将不仅具有很大的实用价值，可以在矿山部门推广使用，而且提出的矿井地质数据模型、数据结构和图形生成算法以及软件开发思路对其他开发者也具有重要的借鉴意义。
1.4 本章小结
本章主要讨论了以下几个问题：
（1）阐述了矿井采掘衔接在煤矿生产中的重要作用。
（2）分析了国内外矿井采掘衔接的研究现状，并指出了现有矿井采掘衔接和系统存在的主要问题和不足之处。
（3）针对目前矿井采掘衔接的问题和不足，提出了论文的研究内容，阐述了论文的研究意义。
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第2章 矿井采掘衔接决策支持系统的总体设计
2 矿井采掘衔接决策支持系统的总体设计
2.1 系统开发方法选择
2.1.1系统分析的方法
系统分析，既包含着对信息和功能两方面的分析，也包含着两者相互关系的分
析。故而有面向功能的方法、面向数据的方法以及最近发展的面向对象的方法之分。
面向功能的方法，又称功能分析法。此法以功能为实现目标的手段。分析时，
首先进行目标——功能——过程转换，由目标导出功能，把总体功能逐层分解和细化，设计出功能体系模型和过程集，然后通过功能——信息分析由过程导出数据，得出每项功能相关信息，设计出信息体系模型和数据类，然后再进行相关分析，构成数据流程总图和总体逻辑结构。但是，若要对采用此方法的系统不断提出新的功能要求时，就会导致频繁修改，不利于长期稳定运行。
面向数据的方法，又称数据规划方法。此法强调数据独立性，业务变化时数据相对稳定。分析时，首先进行数据总体规划，确定数据类，然后，由数据导出过程，最后进行相关分析，最终构成数据流程图和总体的逻辑结构。但是，这种方法片面强调数据的独立性，面对功能的作用有所忽视。而且，在实践中数据也非绝对不变，所以总体规划有一定难度。
面向对象的方法，是近年来发展的新方法，避免了上述两种方法的片面性，比传统的分析方法优越。面向对象方法是以事物（对象）行为为中心来考察问题，也就是说把整个世界模型化的一种方法。面向对象的方法学认为：客观世界是由许多各种各样的对象所组成，每个对象都有自己的内部状态和运动规律，不同对象间相互作用和联系构成各种不同的系统。人们为了应付客观世界的复杂性，逐渐形成了很强的对客观事物分类和抽象概括能力，面向对象正是利用了人类对事物的分类和抽象概括这种思维方法，这与人类认识世界的自然思维方式是一致的，因而得到人们的普遍接受和理解。面向对象方法是建立在人类的认识方法之上的，即人类构造问题的三个基本法则：对象及其属性、整体和部分、类属及其成员。这种方法认为：应将处理的问题视为一个整体对象，对象包括功能和数据，是两者的有机统一体，不能相互分离，而且这两者在系统的各个层次要保持完整性。
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面向对象程序设计方法从根本上改变了人们以往设计软件的思维方式，使得程序设计者可以最大限度地摆脱繁琐的数据格式和冗长的研发过程，将大量的精力集中在对象的设计和研究上，大大提高了软件开发效率[18]。
面向对象（OO）方法包括：面向对象需求分析（Object Oriented Analysis简称OOA）、面向对象设计（Object Oriented Design简称OOD）和面向对象程序（Object Oriented Program简称OOP）三部分。
OO方法学的基本思想可以归纳为以下几点： （1）抽象机制
面向对象的方法中，对象本身是对现实世界各种事物的一种抽象的描述，类又是对具有共同特征对象进一步的抽象。一个类定义为一种对象类型，描述了属于该种类型的所有对象的性质。类将数据及内部操作封装在一起，作为一个整体进行描述。
（2） 操作机制
所有对象被分成各种对象类，每个对象类都定义一组“方法”，方法实现上是允许作用于该类对象上的各种操作，它只能由被传到该对象的“消息”来触发。消息用来请求对象执行某一处理或回答某些信息的要求，从而统一了数据流和控制流。传统的系统控制结构的功能都可以通过对象之间传递消息来实现。
（3）封装机制
封装就是对象数据与数据的操作（方法）组合在一起，同时放在一个对象中，从而实现数据和过程一体化，使得数据的存取只能通过对象本身的方法来进行。对象内部的实现对外部引用是不可见的。封装是借助于类这一抽象结构来实现的。封装具体的含义是设定一个明确的边界，使各对象的内部实现细节被限定在边界以内，并受到保护，实现细节不被其它类访问，对象间的相互作用通过一个接口实现。因而封装是一种信息的隐蔽技术，用户只能见到对象的封装界面上的信息，对象内部对用户来说是隐蔽的。可见封装性限制了类的数据和方法的可访问性。这就将定义模块和实现模块分开了，使得系统可维护性、可修改性大为改善。
（4）继承机制
继承是自动共享类与子类的数据和方法的机制，它使一个新类可以在现有类的基础上建立起来，新类则称之现有类的子类，而现有类为新类的父类。子类能自动继承其父类的全部数据和方法，而且还可以定义自己所特有的数据和方法，因此在生成新类时只需定义和已有父类不同的数据和操作即可。
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第2章 矿井采掘衔接决策支持系统的总体设计
继承性通常是用来表示应用领域中的抽象层次结构，较低层次的类往往表示具体的特殊概念，而较高层次的类则表示的更为抽象概念。继承还具有传递性，一个子类不仅能够继承其父类的特征，而且还能够继承其父类的操作机制（函数），并一直上溯到最高层的类。继承性使系统呈现出清晰的层次结构，便于理解，而且实现了软件的可重用性，使定义新类的工作量大大减少，从而加快软件开发过程，有效地降低软件开发的复杂性和费用。
总之，面向对象的方法利用客观世界本来“对象”的概念，程序设计人员可以按照问题空间中对象的丰富特征比较自由地定义求解空间对象，从而使面向对象方法学构造的系统比较自然地反映人们思考问题的方式，使得求解空间在结构上尽可能与问题空间一致。
2.1.2面向对象设计原则
面向对象的设计OOD（Object Oriented Design）是对OOA产生的结果，是一个累进的模型扩充过程，包括人机交互、任务管理和数据管理的细节。把OO方法运用到系统的根本目的是改进设计，增进软件生产率，提高软件质量以及加强可维护性。
面向对象可分为四个部分：问题空间部分设计（PDC）、人机交互部分设计（HIC）、任务管理设计（TMC）、数据管理部分设计（DMC）。PDC设计策略包括三部分：直接运用OOA的结果；因需求变化进行改进，理解欠缺的OOA的结果；由于设计上的考虑，对OOA的结果进行增补。HIC设计主要包括人的分类、设计命令层、设计详细的交互、GUI（图形用户交互）设计等。TMC主要进行任务设计，DMC的设计包括数据的存放和相应的服务。
2.2 系统总体设计目标
近年来，随着计算机图形技术、计算机辅助设计技术以及数据库技术、地理信息系统理论和技术的飞速发展，特别是计算机COM组件概念的提出，ADO的完善和ActiveX技术的成熟，广大地质采矿工作者对矿井制图系统的要求也越来越高[19]。因此，本系统总体设计目标定位于面向矿山行业应用的地理信息系统平台，首先要具有计算机辅助设计系统（AutoCAD等）较为强大的图形编辑和输出功能，
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其次还要具有地理信息系统较为强大的专业化图形数据编辑和空间信息管理方案，并以此为基础最终实现矿井采掘衔接的编辑和绘制等功能[20]。
系统编辑功能就是要实现为煤矿生产和管理部门提供煤矿空间数据和业务属性数据的管理提供工具。具体而言，图形编辑系统不仅要像CAD软件那样具备强大、方便、实用的图形编辑功能，还要像GIS软件那样具备数据浏览、查询和分析的功能。
矿井采掘衔接绘制功能就是要改变煤矿以往传统的矿图绘制方式，更好的服务与日常生产和管理工作。相对于传统的手工制图方法，要能够大大减少其制图的工作量，而且还要提高地质图件的精度。
另外，要实现矿井采掘衔接的绘制，需要把矿区基础资料如采区巷道的地质资料、与采煤队相关的一些资料等作为原始数据。本系统的数据来源是煤矿的地质空间数据，数据量大，更新快。因此，系统还需要解决煤矿海量空间地质数据的一体化管理，以达到有效为图形系统提供服务的功能，同时也可实现各部门信息共享的目的。
系统总体设计目标可概括如下[21]： （1）建设煤矿空间数据存储平台
煤矿空间数据的存储方式有三种：①空间数据与属性数据都存放文件中，由文件系统管理；②空间数据存放在文件中，属性数据用数据库管理，两者之间建立联系；③空间数据和属性数据统一由空间数据库管理。不同的用户可能有不同的需求，为了给用户提供灵活的空间，煤矿空间数据存储平台应对三种存储方式都给予支持。
（2）设计煤矿GIS应用平台
煤矿GIS应用平台是整个矿井采掘衔接设计系统的基础，负责对空间数据进行处理、编辑、显示、查询、分析等。因此，煤矿GIS应用平台要具备先进的体系结构，可重用、可扩展性强，同时提供强大的二次开发能力。
（3）构建矿井采掘衔接设计系统专业应用平台
矿井采掘衔接设计系统专业应用平台就是以煤矿地质空间数据为原始数据，在煤矿GIS应用平台的支撑下，开发出相应的系统专业应用功能，如矿井采掘衔接原始资料的输入，采掘衔接方案的生成和显示等。
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