李升+趙金升+韓偉+袁峰

摘要：虛擬現(xiàn)實是近幾年來信息技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，它涉及計算機圖形學(xué)、計算機仿真技術(shù)、人機接口開發(fā)技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感 “幻真”技術(shù)，基于3DVR的綜采工作面虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用可以解決煤礦薄煤層開采的無人值守或者少人進入問題，可以實現(xiàn)遠程操作控制，對煤炭企業(yè)危險區(qū)域及薄煤層開發(fā)與資源回收具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；3DVR；真實展現(xiàn)；三遠程操控；仿真技術(shù)

中圖分類號：TD821 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0100-01

1 系統(tǒng)研究背景及意義

減人提效是煤炭企業(yè)的發(fā)展方向，尤其是綜采工作面，而采煤機遠程監(jiān)控是實現(xiàn)減人增效的必要條件。目前，業(yè)內(nèi)主要采用兩種方式實現(xiàn)采煤機的遠程監(jiān)控。一種是基于組態(tài)軟件界面的采煤機遠程監(jiān)控中心，同時配套對應(yīng)攝像頭采集井下現(xiàn)場視頻監(jiān)控。但是存在以下問題：

（1）煤礦井下環(huán)境特殊，氣候惡劣，粉塵、水霧較大，圖像不清晰而無法監(jiān)視；（2）視頻傳輸占用大量帶寬，當(dāng)監(jiān)控多臺設(shè)備時會出現(xiàn)監(jiān)控畫面停滯、延時卡頓等現(xiàn)象；（3）操作人員很難直觀的從組態(tài)界面中獲得三維立體感受，操作比較盲目；（4）監(jiān)控區(qū)域及場所受條件限制，不能從多角度全方位觀察。

另一種方式是基于三維虛擬現(xiàn)實（3DVR）的采煤機遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)主要采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)采煤機及其周邊狀態(tài)的三維仿真，并在采煤機上模擬展示設(shè)備運行情況與設(shè)備動作，并可以遠程控制采煤機的開停等，具有直觀、可控等優(yōu)勢。該技術(shù)的發(fā)展勢在必行。

2 系統(tǒng)主要運用技術(shù)

2.1 動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)與實時三維圖形生成

主要包括采煤機、刮板運輸機、液壓支架、轉(zhuǎn)載機等。采煤機虛擬機要分成主機、左右搖臂、破碎主機、破碎滾筒、左右截割滾筒5個主要部件來建模，并依據(jù)其運動時的先后關(guān)系及其三維圖形動態(tài)生成。

2.2 立體顯示和傳感技術(shù)

三維GIS在很大程度上也依賴視覺表現(xiàn)提供更為豐富逼真的信息，比如剖析地質(zhì)結(jié)構(gòu)、仿真復(fù)雜的時空變化、反演不會重現(xiàn)的歷史過程、推演未來發(fā)展等，由此能獲得各種超越現(xiàn)實的空間感知經(jīng)驗。三維GIS海量數(shù)據(jù)的交互式真實感可視化系統(tǒng)配備一些先進的圖形卡和工作站。

2.3 數(shù)據(jù)集成與遠程控制技術(shù)

實現(xiàn)采煤機井下狀態(tài)的真實展現(xiàn)，綜合集成采煤機的設(shè)備數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，對采煤機實施可視化的遠程監(jiān)控。為采煤機在井下的真實狀態(tài)，提供了不同場景的切換按鈕，實現(xiàn)場景自由切換及漫游，使監(jiān)控人員能夠從不同角度觀測到采煤機的真實工作狀態(tài)。調(diào)度操控人員，在地面通過計算機觸發(fā)相應(yīng)的控制信號，從而驅(qū)動3DVR平臺的虛擬機運動，實現(xiàn)工作面可視化真實操作。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)的平臺

3.1 數(shù)據(jù)倉庫平臺

項目有一個強大的系統(tǒng)平臺做支撐，以滿足技術(shù)的發(fā)展和需求變化的需要，主要用于數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的定制、權(quán)限管理、流程和報表的定制、WEB界面布置等。

3.2 生產(chǎn)管理監(jiān)測功能

根據(jù)煤礦井上下巷道布置，工作面狀態(tài)，設(shè)備安裝位置及運行狀態(tài)，人員信息等數(shù)據(jù)，通過與各系統(tǒng)接口對接，真實展示礦井狀況，并實時更新井下狀況，對其各系統(tǒng)及設(shè)備的變動狀況做出真實的反映；當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)異常時，自助顯示異常地點并彈出異常畫面，并報警，同時操作員可以對井下關(guān)聯(lián)設(shè)備進行遠程開停、遠程控制。

3.3 信息查詢

可以通過建立的數(shù)據(jù)關(guān)系及定位信息，全方位的查詢煤礦各場所的實時狀況和設(shè)備運行信息；查詢設(shè)備（巷道內(nèi)）和巷道，監(jiān)督生產(chǎn)進程和設(shè)備更新狀況。

4 系統(tǒng)功能

（1）建立煤礦綜采工作面場景，實現(xiàn)采煤機的開采狀態(tài)割煤真實效果展現(xiàn)，展示煤塊的開采、垮落過程；（2）建立煤礦綜采工作面場景，實現(xiàn)刮板運輸機的運煤真實效果展現(xiàn)，展示煤塊運出的過程；（3）建立煤礦綜采工作面場景，實現(xiàn)液壓支架的推溜真實效果展現(xiàn)，展示整個推溜形成彎曲段的過程；（4）噴霧效果展現(xiàn)，可以展現(xiàn)采煤機噴霧特效，液壓支架跟機噴霧特效等；（5）采煤機定位紅外收發(fā)器、測距儀等效果展現(xiàn)，可以展現(xiàn)紅外發(fā)射器和接收到紅外發(fā)射信號的接收器效果，測距儀及其目標(biāo)效果等。

5 效益分析

該系統(tǒng)為煤礦開采生產(chǎn)過程和設(shè)備運行提供智能的監(jiān)控及管理服務(wù)。在安全生產(chǎn)和效率提升方面的表現(xiàn)異常明顯，該系統(tǒng)的普及更有利于實現(xiàn)智能化礦井得建設(shè)，有助于提高企業(yè)效益和管理水平、技術(shù)創(chuàng)新與進步、職工觀念的更新和企業(yè)形象的鑄造，最終提升企業(yè)的核心競爭力。

6 結(jié)語

3DVR的綜采工作面虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)為提供了現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)，實時展現(xiàn)了工作面的情況，調(diào)度人員無需下井即可了解到工作面的實時狀況，為生產(chǎn)、調(diào)度、指揮等工作提供實時可靠的數(shù)據(jù)和圖形界面支撐，達到了減員提效的功能，為建立數(shù)字礦山和智慧礦山打下堅實的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)必將受到廣大煤礦的推廣與應(yīng)用。

參考文獻

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