vr虛擬實(shí)訓(xùn)室之VR煤礦仿真系統(tǒng)
時(shí)間：2019-05-20 00:00:00
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欄目：虛擬現(xiàn)實(shí)
標(biāo)簽：VR煤礦仿真系統(tǒng) vr煤炭 北京vr虛擬仿真公司
導(dǎo)讀：國(guó)內(nèi)在虛擬現(xiàn)實(shí)研究方面則是剛剛起步，在煤礦中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用在重大事故調(diào)查事故分析中,。如陜西某礦發(fā)生的特別重大瓦斯爆炸事故,，開(kāi)發(fā)了煤礦瓦斯爆炸及火災(zāi)事故虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于對(duì)該礦事故的調(diào)查分析,，利用粒子系統(tǒng)和動(dòng)...
國(guó)內(nèi)在虛擬現(xiàn)實(shí)研究方面則是剛剛起步,，在煤礦中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用在重大事故調(diào)查事故分析中。如陜西某礦發(fā)生的特別重大瓦斯爆炸事故,，開(kāi)發(fā)了煤礦瓦斯爆炸及火災(zāi)事故虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于對(duì)該礦事故的調(diào)查分析,，利用粒子系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)文理技術(shù)表現(xiàn)瓦斯爆炸,、火災(zāi),，形象地顯示了復(fù)雜的事故過(guò)程和發(fā)生原因。
1.簡(jiǎn)介
利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬井下各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境,，供采礦工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生VR實(shí)習(xí)訓(xùn)練,，既降低實(shí)習(xí)費(fèi)用，又縮短教學(xué)時(shí)間,，讓更多的人接受高等教育;
VR煤礦仿真系統(tǒng)對(duì)井下工人進(jìn)行上崗前的操作及安全教育培訓(xùn),，虛擬井下的各種工況及險(xiǎn)情，使被訓(xùn)練者身臨其境地去體驗(yàn),，并學(xué)會(huì)采取有效的應(yīng)急措施去處理各種險(xiǎn)情,，以提高人員素質(zhì)，消除事故隱患,。
2.應(yīng)用領(lǐng)域
2.1 礦井開(kāi)采模擬
采掘工作面是煤礦安全生產(chǎn)的比較前線(xiàn),，安全生產(chǎn)矛盾比較為集中、安全條件比較差,、作業(yè)人員比較多,、設(shè)備集中、空間狹窄,、工作行走受限,，是頂板、瓦斯,、煤塵,、火災(zāi)等災(zāi)害的多發(fā)地點(diǎn)，也是系統(tǒng)比較復(fù)雜的地方,。采掘工作面的虛擬實(shí)現(xiàn)不僅包括靜態(tài)的虛擬環(huán)境（如頂板,、巷道、地板等）,，還要包括動(dòng)態(tài)的可交互的虛擬實(shí)體（如采煤機(jī),、掘進(jìn)機(jī),、液壓支架等）,。系統(tǒng)創(chuàng)造的這一三維環(huán)境與現(xiàn)實(shí)中的房柱式開(kāi)采情況極為接近，無(wú)論是采礦作業(yè)過(guò)程,，還是工藝設(shè)備的運(yùn)行都如同是現(xiàn)場(chǎng)拍攝,。更有意義的是操作人員可與這一系統(tǒng)進(jìn)行交互作用，可以在任意時(shí)刻穿越任何空間進(jìn)入系統(tǒng)模擬出的任何區(qū)域,，通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕顯示出所視空間的采礦作業(yè)情況,，如設(shè)備當(dāng)前位置和運(yùn)行狀況，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間,、產(chǎn)量,、設(shè)備間的距離等動(dòng)態(tài)信息,。這種模擬超過(guò)之前以任何方法建立的模型所達(dá)到的效果。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)不同型號(hào)設(shè)備,、不同開(kāi)采參數(shù)下的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。顯然,，這類(lèi)系統(tǒng)還可用于礦井開(kāi)采計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),、生產(chǎn)監(jiān)控、管理和技術(shù)培訓(xùn)等方面,。
.2 煤礦人員技術(shù)培訓(xùn)
在礦業(yè)領(lǐng)域可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬井下各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境,，供采礦工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生實(shí)習(xí)訓(xùn)練，這樣既可以降低實(shí)習(xí)費(fèi)用,，又可縮短教學(xué)時(shí)間,，讓更多的人接受高等教育，同時(shí)還可對(duì)井下工人進(jìn)行上崗前的操作及安全教育培訓(xùn),。煤礦VR安全體驗(yàn)如虛擬井下的各種工況及險(xiǎn)情,，使被訓(xùn)練者身臨其境地去體驗(yàn),，并學(xué)會(huì)采取有效的應(yīng)急措施去處理各種險(xiǎn)情,，以提高人員素質(zhì)，消除事故隱患,。
諾丁漢大學(xué)AIMS研究室應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的房柱式開(kāi)采模擬系統(tǒng)VR-MINE、蓄電池機(jī)車(chē)模型,、露天礦單斗卡車(chē)工藝生產(chǎn)系統(tǒng)等可分別用于相應(yīng)環(huán)境下工作人員的培訓(xùn)。如用于露天礦卡車(chē)司機(jī)及相關(guān)人員的培訓(xùn)的露天礦卡車(chē)模擬器,，該模擬器除采用一般的VR模擬系統(tǒng)硬件及軟件進(jìn)行人機(jī)交互外，還可通過(guò)方向盤(pán),、加速器和剎車(chē)板控制屏幕上卡車(chē)的運(yùn)行,，猶如駕駛真正的卡車(chē)一般。當(dāng)受訓(xùn)者操作這些硬件時(shí),，面對(duì)的計(jì)算機(jī)屏幕或投影大屏幕上呈現(xiàn)出一個(gè)三維的真實(shí)直觀的露天礦作業(yè)環(huán)境，包括聲音,、甚至煙霧,，如同駕駛著一輛真實(shí)的卡車(chē)運(yùn)行在露天礦的礦坑內(nèi)，無(wú)論是駕駛的卡車(chē)本身，還是環(huán)境中運(yùn)行的其它設(shè)備,，均按照受訓(xùn)者的操作或依據(jù)系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)關(guān)系運(yùn)行,。比如，受訓(xùn)者操作出錯(cuò)時(shí),，同樣會(huì)造成撞車(chē)或從臺(tái)階滾落下去的事故。顯然,，這種培訓(xùn)手段使人與環(huán)境結(jié)合起來(lái),，通過(guò)人機(jī)交互使受訓(xùn)者產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)并達(dá)到或超過(guò)以往其它任何培訓(xùn)形式所能產(chǎn)生的效果。
2.3 煤礦設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)和制造
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于大型設(shè)施,、設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造已有許多成功的實(shí)例,。把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于對(duì)煤礦新設(shè)備的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可視化的性能評(píng)估，則更顯示出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),。由于井下場(chǎng)地狹窄,，環(huán)境惡劣,，因此對(duì)井下設(shè)備的設(shè)計(jì),、運(yùn)行、維修都提出了很高的要求,。煤礦設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)和制造,，其意義不僅僅是節(jié)約資源和時(shí)間，而是完成在地面或在常規(guī)條件下無(wú)法進(jìn)行的工作,。例如采煤機(jī)虛擬設(shè)計(jì)中,，設(shè)計(jì)人員不必等到樣機(jī)制造出來(lái)，再去修改其中不理想,、不合理的部分,，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以容納他們“進(jìn)入”計(jì)算機(jī)中的三維空間圖像，借助多種交互手段直接對(duì)采煤機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行觀察,、討論和修改,，從而大大縮短設(shè)備的研制周期，節(jié)省研制費(fèi)用,。
2.4 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行礦井事故調(diào)查和研究
應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以快速,、有效地以一系列三維圖像在計(jì)算機(jī)屏幕上再現(xiàn)各種事故發(fā)生的過(guò)程，事故調(diào)查者可以從各種角度去觀測(cè),、分析事故發(fā)生的過(guò)程,，找出事故原因，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)人員的動(dòng)作行為,。同時(shí)通過(guò)交互式地改變這虛擬模型中環(huán)境的參數(shù)或狀態(tài),，從而防止其它與此相關(guān)的潛在事故的出現(xiàn)。
礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸是井下工作人員所面臨的主要災(zāi)害。計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使得在災(zāi)變條件下復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)快速解算成為可能,，從而指導(dǎo)井下火災(zāi)發(fā)生時(shí)正確地控制風(fēng)流,，確保井下工作人員安全撤出，防止火災(zāi)和有害氣體,、煙塵等的蔓延。
AIMS的研究人員目前正致力于礦井火災(zāi)VR系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),。該系統(tǒng)通過(guò)模擬某個(gè)真實(shí)的礦井作業(yè)環(huán)境,，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分析和CFD模擬的結(jié)果,，可以逼真地展示出火災(zāi)或爆炸發(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程。除了模擬火煙彌漫狀況外,，該系統(tǒng)還可通過(guò)人機(jī)交互作用顯示出人為因素,，如反風(fēng)、滅火措施等對(duì)整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的影響,。此類(lèi)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),，無(wú)疑可以廣泛地用于礦井火災(zāi)的防治、救災(zāi)和人員培訓(xùn)等方面,。
2.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在煤礦防治水工作中
利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維可視化功能可以真實(shí)的再現(xiàn)地下含水層和隔水層的分布,、含水層的厚度空間的變化情況。以往工作中,，通過(guò)剖面圖展示含水層,、隔水層的分布特點(diǎn)，在平面圖中通過(guò)含水層厚度等表現(xiàn)含水層的空間分布狀況,，總的來(lái)說(shuō)不直觀也不全面,。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中隨著資料的進(jìn)一步完善，能夠直接的將含水系統(tǒng)真實(shí)的展現(xiàn)出來(lái),。水文地質(zhì)研究中的重要部分是地下水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以研究的不僅是含水層的展布,，同時(shí)利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)變化功能也可以對(duì)地下水流的運(yùn)動(dòng)變化特征進(jìn)行虛擬表達(dá)，充分展現(xiàn)地下水流的特點(diǎn)：其流向,、流速和流量乃至儲(chǔ)存量的變化等,，為礦井防治水提供可靠的依據(jù)。
通過(guò)建立三維可視化的真實(shí)場(chǎng)景,，實(shí)現(xiàn)覆蓋全生命周期的設(shè)備完整性管理：
(1)對(duì)井下主要的機(jī)電設(shè)備定位檢測(cè),、檢維修數(shù)據(jù)管理，形成與真實(shí)場(chǎng)景相吻合的井下排水系統(tǒng),、壓風(fēng)系統(tǒng),、供電系統(tǒng),、通風(fēng)系統(tǒng),、通訊系統(tǒng)的工藝流程再現(xiàn);
(2)全面管理礦山各類(lèi)信息,，反映比較新井下真實(shí)狀況，將“各自為政”的信息系統(tǒng)有效共享綜合利用,，是井下安全生產(chǎn)管理和應(yīng)急指揮的支撐,，是員工入井培訓(xùn)和安全應(yīng)急培訓(xùn)的可視化教材,。
基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀,、虛擬環(huán)境中多智能體技術(shù)建模方法研究,，系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是：
（1）控制與反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)可通過(guò)傳感器進(jìn)行控制并作用于虛擬環(huán)境和反饋來(lái)自虛擬世界的信息,。
（2）主計(jì)算機(jī)系統(tǒng),。是進(jìn)行計(jì)算,、模擬的主要計(jì)算機(jī)設(shè)備,。
（3）三維模型。通過(guò)建模軟件形成的礦井中物體的三維模型,。
（4）三維模型運(yùn)動(dòng)控制接口,。三維模型運(yùn)動(dòng)控制接口程序控制礦井生產(chǎn)系統(tǒng)以及礦井中一切需要移動(dòng)的物體
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