基于3DVR的綜采工作面虛擬現(xiàn)實關鍵技術研究

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快速發(fā)展的產物，它涉及計算機圖形學、計算機仿真技術、人機接口開發(fā)技術、多媒體技術和傳感 “幻真”技術，基于3DVR的綜采工作面虛擬現(xiàn)實關鍵技術研究及其應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。

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

中圖分類號：TD821 文獻標識碼：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，當監(jiān)控多臺設備時會出現(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備運行情況與設備動作，并可以遠程控制采煤機的開停等，具有直觀、可控等優(yōu)勢。該技術的發(fā)展勢在必行。

2 系統(tǒng)主要運用技術

2.1 動態(tài)環(huán)境建模技術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，并依據其運動時的先后關系及其三維圖形動態(tài)生成。

2.2 立體顯示和傳感技術

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，比如剖析地質結構、仿真復雜的時空變化、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)實的空間感知經驗。三維GIS海量數據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 數據集成與遠程控制技術

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備數據及狀態(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)。調度操控人員，在地面通過計算機觸發(fā)相應的控制信號，從而驅動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 數據倉庫平臺

項目有一個強大的系統(tǒng)平臺做支撐，以滿足技術的發(fā)展和需求變化的需要，主要用于數據庫結構的定制、權限管理、流程和報表的定制、WEB界面布置等。

3.2 生產管理監(jiān)測功能

根據煤礦井上下巷道布置，工作面狀態(tài)，設備安裝位置及運行狀態(tài)，人員信息等數據，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)及設備的變動狀況做出真實的反映；當生產過程出現(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聯(lián)設備進行遠程開停、遠程控制。

3.3 信息查詢

可以通過建立的數據關系及定位信息，全方位的查詢煤礦各場所的實時狀況和設備運行信息；查詢設備（巷道內）和巷道，監(jiān)督生產進程和設備更新狀況。

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，測距儀及其目標效果等。

5 效益分析

該系統(tǒng)為煤礦開采生產過程和設備運行提供智能的監(jiān)控及管理服務。在安全生產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，有助于提高企業(yè)效益和管理水平、技術創(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 結語

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

參考文獻

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