CN116663210A - 三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法和应用系统。通风网络解算需将真实的三维巷道转换成符合图论中图数学特征的通风网络解算数学模型进行方程建立和求解计算。本发明利用地理信息系统(GIS)中存有的巷道空间关系和属性数据，以及拓扑关系和属性数据的强大管理功能，在真实三维巷道上增加若干属性，使得程序能够自动完成这一转换，增加的属性包括巷道位置属性、巷道方向属性。算法通过属性自动计算出进回风井口，然后添加连接进回风井口的大气分支，使得构成闭环的网络图，进而生成通风网络解算模型。该方法使得可以在GIS的三维真实巷道上直接进行通风网络解算，避免了绘制网络拓扑图，添加大气分支的繁琐过程。

Description

三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法和系统

技术领域

本发明涉及煤矿井下通风领域，尤其涉及一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法和应用系统。

背景技术

智能通风系统建设是煤矿智能化建设的重要组成部分，智能通风系统建设要求对通风系统实现三维动态可视化分析，那么如何在真实三维巷道模型上建立通风网络解算模型是关键问题。通风网络解算数学模型，是需要在一个闭环的基于图论的网络图中，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，传统的做法是在表达通风系统的二维网络图的进回风井口之间通过交互式手动增加大气分支(虚拟分支)来使通风系统形成一个闭环的网络图，而在基于真实三维坐标巷道模型的三维通风仿真应用中，如果添加虚拟分支，会破坏真实巷道拓扑和度量空间关系，因此并不适用。

目前矿山的一些图形成果是基于CAD技术的，没有拓扑关系的描述功能，属性数据管理功能也较弱，在转换时十分困难。与此相比，地理信息系统(GIS)具有更加强大的空间关系和属性数据的管理功能，能够存储、管理、处理和分析各种地理空间数据，可以将地理空间数据与属性数据进行关联，支持空间数据模型和算法，数据模型更加丰富，可以更加准确地描述地理空间关系。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法和应用系统。

本发明实施例提供了一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法，所述转换方法包括：

在所述真实三维巷道上添加位置属性和方向属性；

根据所述真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图；

在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网；

针对每个子网，依据所述位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图；

在所述闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型。

可选地，所述位置属性包括：连通大气、内部巷道、独头巷道、废弃巷道；

所述方向属性包括：正向或者反向；

其中，所述真实三维巷道的默认方向是正向，即按照构建巷道的坐标点顺序确定的方向，实际风流方向和巷道的默认方向一致的为正向，不一致的为反向。

可选地，根据所述真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图，包括：

依据所述真实三维巷道的拐点坐标数据，建立直接拓扑图；

进行简化处理，合并串联分支，并在分支上记录合并的拐点坐标数据，形成所述开环网络拓扑图。

可选地，依据所述真实三维巷道的拐点坐标数据，建立直接拓扑图，包括：

记网络拓扑图的节点集合为V，边集合为E，形成的拓扑图记作G＝(V,E)；所述每条巷道数据是一组按照先后顺序排列的三维点坐标，一个含有n个拐点的巷道记为P＝{p0,…,pn}，其中p0为巷道的始端点，pn为巷道的末端点；所有巷道组成的集合记为M＝{P1,P2,P3…}；

依据所有巷道组成的集合M，建立直接拓扑图G1＝(V1,E1)的具体方法：

遍历所述集合M，对于其中的每一条巷道P，依次遍历其拐点，对于拐点pi，在集合V中查找是否有位置重合的节点，如果没有，则向V1中添加一个新节点vi，如果有则记录已有的节点；对于拐点pi+1，在集合V1中查找是否有位置重合的节点，如果没有，则向V1中添加一个新节点vi+1，如果有则记录已有的节点；向边集合E1中添加边ei＝(vi,vi+1)。

可选地，进行简化处理，合并串联分支，并在分支上记录合并的拐点坐标数据，形成所述开环网络拓扑图，包括：

遍历集合V1，对于V1中的每一个点vi，其出度和入度之和deg(vi)＝2，则代表该节点是巷道的中间节点生成得到的，沿着该中间节点向两端搜索节点，直到搜索到deg(vj)≠2，deg(vk)≠2，则把节点vj、vk加入到集合V2，向集合E2中添加边e＝(vj,vk)，同时在边e上关联记录搜索中经过的节点坐标信息，用于后续分支长度及自然风压的计算；完成G1的所有节点遍历后即形成开环网络拓扑图G2，G2＝(V2,E2)。

可选地，在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网，包括：

步骤S1：从所述开环网络拓扑图的一个节点出发，对所述开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，搜索到的节点和边组成第一个子网；

步骤S2：选一个不属于所述第一个子网的节点重复步骤S1，形成第二个子网，直到所有节点都包含在子网中，搜索结束，得到多个所述子网。

可选地，从所述开环网络拓扑图的一个节点出发，对所述开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，搜索到的节点和边组成第一个子网，包括：

从所述集合V2的任一节点vi出发，对所述开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，将搜索到的节点加入到集合Vn，将搜索到的边加入到集合En，结束对所述集合V2的搜索后，即形成第一子网Gn＝(Vn,En)。

可选地，选一个不属于所述第一个子网的节点重复步骤S1，形成第二个子网，直到所有节点都包含在子网中，搜索结束，得到多个所述子网，包括：

从所述集合V2中挑选任一节点vi+1，并且继续从所述集合V2搜索所述开环网络拓扑图得到所述第二个子网Gn+1，直至所述集合V2中不存在不属于任何一个子网的节点，搜索结束，得到n个子网，并且所述开环网络拓扑图G2＝Gn∪Gn+1∪Gn+2…。

可选地，针对每个子网，依据所述位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图，包括：

在所述连通大气的分支里，依据方向属性，将一个入度为1的节点与其他节点按照特定方向用虚拟分支连接，形成所述闭环网络图；

设位置属性是连通大气的分支集合Vt、内部巷道的分支集合Vi、独头巷道的分支集合Ve、废弃巷道的分支集合Va，则在集合Vt中，依据方向属性找到一个入度indeg(v)＝1的节点，记作vin，以此为始点，创建虚拟分支连接Vt中出度outdeg(v)＝1的节点，以此为末点，创建虚拟分支连接Vt中其他入度indeg(v)＝1的节点，这些虚拟分支构成集合Ev，则一个闭环网络图Gb＝(Vn,En+Ev)；依次构建所有子网形成所述闭环网络图。

可选地，在所述闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型，包括：

假设闭环网络中有m个节点，n条分支，基本回路矩阵记作C，基本关联矩阵记作B，分支流量列矩阵记作Q，则有质量守恒和能量守恒，具体包括：

对于所述质量守恒有：

闭环网络中流入和流出节点的质量守恒，网络m个节点，可建立m-1个质量守恒方程：

上式中：b_ij表示基本关联矩阵的元素；q_i表示第i条分支的流量；

用矩阵表达为式：

BQ＝0

上式中，B表示基本关联矩阵，Q表示流量列矩阵。

对于所述能量守恒有：

对任一个稳态回路，回路中考虑风流方向，巷道消耗的能量和增加的能量相等，记分支沿程阻力为h_i，自然风压为h_z和机械风压为h_f，分支阻力列矩阵H，则有能量守恒方程：

∑h_i+h_z+h_f＝0

对所有的回路，表示成矩阵形式为：

CH＝0

上式中，C表示基本回路矩阵，H表示分支阻力列矩阵。

即共有m-1个节点质量守恒方程，n-m+1个回路能量守恒方程，共计n条分支，n个未知变量，所述通风网络解算模型构建完成，对所述质量守恒方程、所述能量守恒方程组求解得到各个巷道的风量。

本发明实施例提供了一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的应用系统，所述应用系统包括：

三维巷道可视化模块，用于对三维真实巷道进行可视化，包括对录入属性数据的着色可视化，通风网络解算结果数据的着色可视化；

属性录入模块，用于对三维巷道属性的录入和查询；

拓扑构建模块，用于根据权利要求1-10任一所述的转换方法得到通风网络解算模型；

通风网络解算模块，用于所述通风网络解算模型对应的拓扑网络图上构建并求解方程组，得到通风网络各个巷道的风量。

本发明提供的真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法，首先在真实三维巷道上添加位置属性和方向属性；再根据真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图；之后在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网；针对每个子网，依据位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图；最后在闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型。

本发明借助地理信息系统对拓扑关系和属性数据的管理功能，很好的解决了这个问题，在基于真实三维坐标巷道模型的三维通风仿真应用中，添加虚拟分支，不会破坏真实巷道拓扑和度量空间关系，用户只需要根据巷道的实际情况进行简单设置，程序即可自动建立用于网络解算的闭环图和数学模型。

相比传统的通风网络解算方法，本发明省略了绘制网络拓扑图和添加大气分支的繁琐过程，使得可以在GIS的三维真实巷道上直接进行通风网络解算。本发明的实现依赖于GIS强大的拓扑关系和属性数据管理功能，充分发挥了GIS在数据管理方面的优势，为通风网络解算提供了高效、准确的解决方案。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例的一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法的流程图；

图2是本发明实施例中真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法的概述图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

参照图1，示出了本发明实施例一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法的流程图，该转换方法包括：

步骤101：在真实三维巷道上添加位置属性和方向属性。

本发明基于地理信息系统，以及地理信息系统对拓扑关系和属性数据的管理功能的基础上实现。首先在真实三维巷道上添加位置属性和方向属性，位置属性和方向属性即为属性数据。

在一种可能的实施例中，位置属性包括：连通大气、内部巷道、独头巷道、废弃巷道；方向属性包括：正向或者反向；其中，真实三维巷道的默认方向是正向，即按照构建巷道的坐标点顺序确定的方向一致，实际风流方向和巷道的默认方向一致的为正向，不一致的为反向。

步骤102：根据真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图。

添加属性后，再根据真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图。具体可以包括：

首先依据真实三维巷道的拐点坐标数据，建立直接拓扑图；在进行简化处理，合并串联分支，并在分支上记录合并的拐地坐标数据，即可形成开环网络拓扑图。

其中，建立直接拓扑图的一种较优方式包括：

记网络拓扑图的节点集合为V，边集合为E，形成的拓扑图记作G＝(V,E)；所述每条巷道数据是一组按照先后顺序排列的三维点坐标，一个含有n个拐点的巷道记为P＝{p0,…,pn}，其中p0为巷道的始端点，pn为巷道的末端点；所有巷道组成的集合记为M＝{P1,P2,P3…}。

依据所有巷道组成的集合M，建立直接拓扑图G1＝(V1,E1)的具体方法：

遍历集合M，对于其中的每一条巷道P，依次遍历其拐点，对于拐点pi，在集合V中查找是否有位置重合的节点，如果没有，则向V1中添加一个新节点vi，如果有则记录已有的节点；对于拐点pi+1，在集合V1中查找是否有位置重合的节点，如果没有，则向V1中添加一个新节点vi+1，如果有则记录已有的节点；向边集合E1中添加边ei＝(vi,vi+1)。

进行简化处理，合并串联分支，并在分支上记录合并的拐地坐标数据，形成开环网络拓扑图的一种较优的方式包括：

遍历集合V1，对于V1中的每一个点vi，其出度和入度之和deg(vi)＝2，则代表该节点是巷道的中间节点生成得到的，沿着该中间节点向两端搜索节点，直到搜索到deg(vj)≠2，deg(vk)≠2，则把节点vj、vk加入到集合V2，向集合E2中添加边e＝(vj,vk)，同时在边e上关联记录搜索中经过的节点坐标信息，用于后续分支长度及自然风压的计算；完成G1的所有节点遍历后即形成开环网络拓扑图G2，G2＝(V2,E2)。

步骤103：在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网。

在得到开环网络拓扑图后，可以在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网。具体包括如下两个步骤：

步骤S1：从开环网络拓扑图的一个节点出发，对开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，搜索到的节点和边组成第一个子网；

步骤S2：选一个不属于第一个子网的节点重复步骤S1，形成第二个子网，直到所有节点都包含在子网中，搜索结束，得到多个子网。

其中，步骤S1的一种较优实现方式包括：

从集合V2的任一节点vi出发，对开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，将搜索到的节点加入到集合Vn，将搜索到的边加入到集合En，结束对集合V2的搜索后，即形成第一子网Gn＝(Vn,En)。

步骤S2的一种较优实现方式包括：

从集合V2中挑选任一节点vi+1，并且即该任一节点vi+1不属于第一个子网的节点，继续从集合V2搜索开环网络拓扑图得到第二个子网Gn+1，直至集合V2中不存在不属于任何一个子网的节点，搜索结束，得到n个子网，并且开环网络拓扑图G2＝Gn∪Gn+1∪Gn+2…。

步骤104：针对每个子网，依据位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图。

得到多个子网后，针对每一个子网均有：依据位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图。一种较优的实现方式包括：

在连通大气的分支里，依据方向属性，将一个入度为1的节点与其他节点按照特定方向用虚拟分支连接，形成闭环网络图。

设位置属性是连通大气的分支集合Vt、内部巷道的分支集合Vi、独头巷道的分支集合Ve、废弃巷道的分支集合Va，则在集合Vt中，依据方向属性找到一个入度indeg(v)＝1的节点，记作vin，以此为始点，创建虚拟分支连接Vt中出度outdeg(v)＝1的节点，以此为末点，创建虚拟分支连接Vt中其他入度indeg(v)＝1的节点，这些虚拟分支构成集合Ev，则一个闭环网络图Gb＝(Vn,En+Ev)；依次构建所有子网形成闭环网络图。

步骤105：在闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型。

构建所有子网形成闭环网络图后，在闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型。一种较优的实现方式包括：

假设闭环网络中有m个节点，n条分支，基本回路矩阵记作C，基本关联矩阵记作B，分支流量列矩阵记作Q，则有质量守恒和能量守恒，具体包括：

对于质量守恒有：

闭环网络中流入和流出节点的质量守恒，网络m个节点，可建立m-1个质量守恒方程：

上式中：b_ij表示基本关联矩阵的元素；q_i表示第i条分支的流量；

用矩阵表达为式：

BQ＝0

上式中，B表示基本关联矩阵，Q表示流量列矩阵。

对于能量守恒有：

对任一个稳态回路，回路中考虑风流方向，巷道消耗的能量和增加的能量相等，记分支沿程阻力为h_i，自然风压为h_z和机械风压为h_f，分支阻力列矩阵H，则有能量守恒方程：

∑h_i+h_z+h_f＝0

对所有的回路，表示成矩阵形式为：

CH＝0

上式中，C表示基本回路矩阵，H表示分支阻力列矩阵。

即共有m-1个节点质量守恒方程，n-m+1个回路能量守恒方程，共计n条分支，n个未知变量，通风网络解算模型构建完成，对质量守恒方程、能量守恒方程组求解得到各个巷道的风量。

上述整个转换方法可以用图2所示的概述图概括为：

获取到真实巷道数据，添加巷道位置属性、添加巷道方向属性，再计算巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图。紧接着计算图的连通性，划分子网络。对于每个子网络，即遍历每个子网的过程中，均需要：依据位置属性和方向属性查找进回风井口，在进回风井口间添加大气分支，形成闭环网络图，查找回路，建立节点流量守恒方程组，回路能量守恒方程组，形成网络解算数学模型。

本发明实施例中，基于上述真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法，还提出一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的应用系统，应用系统包括：

三维巷道可视化模块，用于对三维真实巷道进行可视化，包括对录入属性数据的着色可视化，通风网络解算结果数据的着色可视化；

属性录入模块，用于对三维巷道属性的录入和查询；

拓扑构建模块，用于根据上述步骤101～步骤105所述的转换方法得到通风网络解算模型；

通风网络解算模块，用于所述通风网络解算模型对应的拓扑网络图上构建并求解方程组，得到通风网络各个巷道的风量。

综上所述，本发明的提供的真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法，首先在真实三维巷道上添加位置属性和方向属性；再根据真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图；之后在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网；针对每个子网，依据位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图；最后在闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型。

本发明借助地理信息系统对拓扑关系和属性数据的管理功能，很好的解决了这个问题，在基于真实三维坐标巷道模型的三维通风仿真应用中，添加虚拟分支，不会破坏真实巷道拓扑和度量空间关系，用户只需要根据巷道的实际情况进行简单设置，程序即可自动建立用于网络解算的闭环图和数学模型。

相比传统的通风网络解算方法，本发明省略了绘制网络拓扑图和添加大气分支的繁琐过程，使得可以在GIS的三维真实巷道上直接进行通风网络解算。本发明的实现依赖于GIS强大的拓扑关系和属性数据管理功能，充分发挥了GIS在数据管理方面的优势，为通风网络解算提供了高效、准确的解决方案。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括：

在所述真实三维巷道上添加位置属性和方向属性；

根据所述真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图；

在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网；

针对每个子网，依据所述位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图；

在所述闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型。

2.根据权利要求1所述的转换方法，其特征在于，所述位置属性包括：连通大气、内部巷道、独头巷道、废弃巷道；

所述方向属性包括：正向或者反向；

其中，所述真实三维巷道的默认方向是正向，即按照构建巷道的坐标点顺序确定的方向，实际风流方向和巷道的默认方向一致的为正向，不一致的为反向。

3.根据权利要求1所述的转换方法，其特征在于，根据所述真实三维巷道的真实三维坐标计算巷道的连接关系，建立巷道拓扑关系，形成开环网络拓扑图，包括：

依据所述真实三维巷道的拐点坐标数据，建立直接拓扑图；

进行简化处理，合并串联分支，并在分支上记录合并的拐点坐标数据，形成所述开环网络拓扑图。

4.根据权利要求3所述的转换方法，其特征在于，依据所述真实三维巷道的拐点坐标数据，建立直接拓扑图，包括：

记网络拓扑图的节点集合为V，边集合为E，形成的拓扑图记作G＝(V,E)；所述每条巷道数据是一组按照先后顺序排列的三维点坐标，一个含有n个拐点的巷道记为P＝{p0,…,pn}，其中p0为巷道的始端点，pn为巷道的末端点；所有巷道组成的集合记为M＝{P1,P2,P3…}；

依据所有巷道组成的集合M，建立直接拓扑图G1＝(V1,E1)的具体方法：

遍历所述集合M，对于其中的每一条巷道P，依次遍历其拐点，对于拐点pi，在集合V中查找是否有位置重合的节点，如果没有，则向V1中添加一个新节点vi，如果有则记录已有的节点；对于拐点pi+1，在集合V1中查找是否有位置重合的节点，如果没有，则向V1中添加一个新节点vi+1，如果有则记录已有的节点；向边集合E1中添加边ei＝(vi,vi+1)。

5.根据权利要求4所述的转换方法，其特征在于，进行简化处理，合并串联分支，并在分支上记录合并的拐点坐标数据，形成所述开环网络拓扑图，包括：

遍历集合V1，对于V1中的每一个点vi，其出度和入度之和deg(vi)＝2，则代表该节点是巷道的中间节点生成得到的，沿着该中间节点向两端搜索节点，直到搜索到deg(vj)≠2，deg(vk)≠2，则把节点vj、vk加入到集合V2，向集合E2中添加边e＝(vj,vk)，同时在边e上关联记录搜索中经过的节点坐标信息，用于后续分支长度及自然风压的计算；完成G1的所有节点遍历后即形成开环网络拓扑图G2，G2＝(V2,E2)。

6.根据权利要求5所述的转换方法，其特征在于，在开环网络拓扑图中计算图的连通性，划分成多个子网，包括：

步骤S1：从所述开环网络拓扑图的一个节点出发，对所述开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，搜索到的节点和边组成第一个子网；

步骤S2：选一个不属于所述第一个子网的节点重复步骤S1，形成第二个子网，直到所有节点都包含在子网中，搜索结束，得到多个所述子网。

7.根据权利要求6所述的转换方法，其特征在于，从所述开环网络拓扑图的一个节点出发，对所述开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，搜索到的节点和边组成第一个子网，包括：

从所述集合V2的任一节点vi出发，对所述开环网络拓扑图进行宽度优先搜索，将搜索到的节点加入到集合Vn，将搜索到的边加入到集合En，结束对所述集合V2的搜索后，即形成第一子网Gn＝(Vn,En)。

8.根据权利要求6所述的转换方法，其特征在于，选一个不属于所述第一个子网的节点重复步骤S1，形成第二个子网，直到所有节点都包含在子网中，搜索结束，得到多个所述子网，包括：

从所述集合V2中挑选任一节点vi+1，并且继续从所述集合V2搜索所述开环网络拓扑图得到所述第二个子网Gn+1，直至所述集合V2中不存在不属于任何一个子网的节点，搜索结束，得到n个子网，并且所述开环网络拓扑图G2＝Gn∪Gn+1∪Gn+2…。

9.根据权利8所述的转换方法，其特征在于，针对每个子网，依据所述位置属性和方向属性查找进回风井口，添加虚拟分支连接回风井井口到进风井井口，形成闭环网络图，包括：

在所述连通大气的分支里，依据方向属性，将一个入度为1的节点与其他节点按照特定方向用虚拟分支连接，形成所述闭环网络图；

设位置属性是连通大气的分支集合Vt、内部巷道的分支集合Vi、独头巷道的分支集合Ve、废弃巷道的分支集合Va，则在集合Vt中，依据方向属性找到一个入度indeg(v)＝1的节点，记作vin，以此为始点，创建虚拟分支连接Vt中出度outdeg(v)＝1的节点，以此为末点，创建虚拟分支连接Vt中其他入度indeg(v)＝1的节点，这些虚拟分支构成集合Ev，则一个闭环网络图Gb＝(Vn,En+Ev)；依次构建所有子网形成所述闭环网络图。

10.根据权利1所述的转换方法，其特征在于，在所述闭环网络图上，查找最小树，圈划回路，建立节点流量守恒方程组和回路能量守恒方程组，得到通风网络解算模型，包括：

假设闭环网络中有m个节点，n条分支，基本回路矩阵记作C，基本关联矩阵记作B，分支流量列矩阵记作Q，则有质量守恒和能量守恒，具体包括：

对于所述质量守恒有：

闭环网络中流入和流出节点的质量守恒，网络m个节点，可建立m-1个质量守恒方程：

上式中：b_ij表示基本关联矩阵的元素；q_i表示第i条分支的流量；

用矩阵表达为式：

BQ＝0

上式中，B表示基本关联矩阵，Q表示流量列矩阵。

对于所述能量守恒有：

对任一个稳态回路，回路中考虑风流方向，巷道消耗的能量和增加的能量相等，记分支沿程阻力为h_i，自然风压为h_z和机械风压为h_f，分支阻力列矩阵H，则有能量守恒方程：

h_i+h_z+h_f＝0

对所有的回路，表示成矩阵形式为：

CH＝0

上式中，C表示基本回路矩阵，H表示分支阻力列矩阵。

即共有m-1个节点质量守恒方程，n-m+1个回路能量守恒方程，共计n条分支，n个未知变量，所述通风网络解算模型构建完成，对所述质量守恒方程、所述能量守恒方程组求解得到各个巷道的风量。

11.一种真实三维巷道空间关系到通风网络解算模型的应用系统，其特征在于，所述应用系统包括：

三维巷道可视化模块，用于对三维真实巷道进行可视化，包括对录入属性数据的着色可视化，通风网络解算结果数据的着色可视化；

属性录入模块，用于对三维巷道属性的录入和查询；

拓扑构建模块，用于根据权利要求1-10任一所述的转换方法得到通风网络解算模型；

通风网络解算模块，用于所述通风网络解算模型对应的拓扑网络图上构建并求解方程组，得到通风网络各个巷道的风量。