虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦領域的應用

1、虛擬現(xiàn)實在煤礦領域中的應用河南理工大學計算機學院河南省高校礦山信息化重點實驗室?guī)追N虛擬現(xiàn)實虛擬環(huán)境虛擬房間虛擬汽車虛擬人虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件配置示意圖： 幾種常用的虛擬現(xiàn)實設備：幾種常用的虛擬現(xiàn)實設備： 高性能圖形計算機環(huán)形屏幕頭盔眼鏡三維顯示器三維鼠標手套虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦領域中的應用 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦中的應用 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦安全培訓中的應用 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦應用中的不足 近期發(fā)展方向 虛擬現(xiàn)實在礦山應用案例 1.虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用 與其他領域相比，煤炭企由于資金等條件的限制，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用研究顯得比較滯后，一直沒有能夠得到人們重視。直到20世紀90年代后

2、期，隨著煤炭行業(yè)信息化進程的日益加快，國內(nèi)外的研究人員才逐漸認識到虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于煤炭行業(yè)的重要性，并在理論和實際應用方面做了探索性的研究。主要體現(xiàn)在： (l) 礦井規(guī)劃、設計與輔助決策礦井規(guī)劃、設計與輔助決策普陽露天煤礦五期改建規(guī)劃設計總平面布置圖1.虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用 (2) (2)井下作業(yè)模擬與設備操作訓練井下作業(yè)模擬與設備操作訓練 VR創(chuàng)造出的礦山生產(chǎn)環(huán)境具有逼真、交互的特點，可以模擬采礦作業(yè)過程和空間環(huán)境，適于井下作業(yè)模擬與虛擬培訓。 系統(tǒng)提供了靈活的用戶界面，可以設定設備型號及數(shù)量、作業(yè)參數(shù)，也可選擇煤柱尺寸、回采巷道的數(shù)量和幾何參數(shù)等，而且可動態(tài)顯

3、示房柱式生產(chǎn)系統(tǒng)的平面圖或三維立體圖。還可以通過對不同型號設備、不同開采參數(shù)下的生產(chǎn)系統(tǒng)進行動態(tài)模擬，從而達到優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的目的 a. 煤礦技能模擬操作實訓臺b.采煤機模擬實訓1.虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用 (3)(3)井下環(huán)境風險評估井下環(huán)境風險評估 風險評估目前已成為現(xiàn)代礦山生產(chǎn)管理的重要工作，其主要內(nèi)容是評價人員對生產(chǎn)過程安全狀況的辨識。然而，識別井下復雜環(huán)境下的所有因素是困難的，常常會影響到風險分析的結(jié)果，甚至可能導致人為的失誤，造成災難性后果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展為風險評價提供了有效的手段。在計算機生成的虛擬環(huán)境中，可以交互式地對作業(yè)空間進行多角度觀測，實現(xiàn)對生產(chǎn)

4、過程更加科學的評估。1.虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用(4)(4)事故調(diào)查與分析事故調(diào)查與分析 在計算機里再現(xiàn)事故發(fā)生的過程，事故調(diào)查者可以從各種角度去觀測、析事故發(fā)生的經(jīng)過，找出事故發(fā)生的原因，包括系統(tǒng)設計原因和現(xiàn)場人員的動作行為；同時可以通過交互式地改變VR環(huán)境中模型的參數(shù)或狀態(tài)，找到如何避免類似事故發(fā)生的途徑，制定相關預防措施。 1.虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用 (5) (5)安全監(jiān)察與危險識別安全監(jiān)察與危險識別 通過基于VR的安全監(jiān)察與危險識別訓練系統(tǒng)，訓練者在VR生成的虛擬作業(yè)現(xiàn)場導航，對各種動態(tài)目標和靜態(tài)對象進行觀察，以識別潛在的危險、風險和行

5、為;一經(jīng)發(fā)現(xiàn)危險源，使用者必須回答一系列相關問題，選擇出正確的危險處理方法，實現(xiàn)訓練目標。 諾丁漢大學開發(fā)的SAEF-VR系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實在安全監(jiān)察與危險識別中的典型應用之一。 參加訓練者可以在虛擬場景中按頂板支護規(guī)程監(jiān)察頂板的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛在的危險，如不正確安裝的螺栓、不正確的支架間距、滲水等。 參訓者可在不同操作狀態(tài)下對設備的各個部分和環(huán)境進行多種情形下的檢驗。當參加培訓者進入不正確的位置或進行不正確操作時，危險就會發(fā)生 1.虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用虛擬現(xiàn)實在煤礦領域的應用 (6) (6)礦井火災、瓦斯等事故仿真礦井火災、瓦斯等事故仿真 通過模擬真實的礦井作業(yè)環(huán)境，并結(jié)合通風網(wǎng)絡分析和CFD模

6、擬的結(jié)果，可以逼真地展示出火災或爆炸發(fā)生的動態(tài)過程除了模擬煙火彌漫狀況外，還可通過人機交互作用顯示出人為因素，如反風、滅火措施等對整個通風網(wǎng)絡的影響。 在礦井的某些位置，可以對火災或爆炸進行模擬，并隨之產(chǎn)生有關環(huán)境參數(shù)的各種變化。 巷道火災跑車事故2.虛擬現(xiàn)實在礦山安全培訓方面的應用虛擬現(xiàn)實在礦山安全培訓方面的應用 VRCoal主要用于采煤機的操作培訓。可構(gòu)建較真實的采煤環(huán)境，為用戶提供了采煤機、梭式礦車、采煤工作面、煤層、煤層頂?shù)装宓娜S模型;另外，可為用戶提供了聲音效果，這些聲音是在真實的采礦環(huán)境中錄制的，并進行了混音處理?？墒褂脩舭凑照娴牟僮髅姘鍖Σ擅簷C進行虛擬控制，如采煤機的前進、后退

7、、對齊煤層、裝車等。當采煤機遇到不同巖性的巖石時，采煤速度會自動改變，如遇到焦變煤時會加速，遇到巖石時會減速等。VRCoal可以保存學員的培訓日志，供教員在評估培訓效果時參考，以決定該員是否達到培訓要求。 2.虛擬現(xiàn)實在礦山安全培訓方面的應用虛擬現(xiàn)實在礦山安全培訓方面的應用 SafeVR是英國諾丁漢大學AIMS研究所的研究人員開發(fā)的安全培訓VR軟件包?？捎柧殞W員正確判斷險情并作相應的處理。用戶可以讓學員指出一種險情并選擇最佳的解決方案。用戶可以定義自己列表并創(chuàng)建一種險情。用戶還可為每一類對象關聯(lián)聲音，聲音是根據(jù)情的存在與否而定的(如管道泄露時會發(fā)出“世噬”的響聲)。 使用鍵盤，鼠標，或者操縱桿

8、操作，可用鼠標或觸摸屏來排查險情。系統(tǒng)提供培訓課程的全面總結(jié)。學員可以看到所有他所遺漏的險情，并可以讓程序給出它們的位置。對于每一個險情，都有附加的文件與其相關聯(lián)。當學員要求得到任險情的其它信息時，不同的多媒體文件(聲音、錄像、文本等)，甚至其它的應用程序，能夠自動地顯示或打開。2.虛擬現(xiàn)實在礦山安全培訓方面的應用虛擬現(xiàn)實在礦山安全培訓方面的應用 VROOM是AIMS的研究人員開發(fā)的另一個軟件，主要用于礦山機械設備的操作培訓方面，如采掘機的使用，拖車的實時駕駛等。包含大量的虛擬礦山模型，如礦山表面紋理、卡車、托運線路、鉆機、推土機、索斗鏟、維修車、礦山工人等，以便完成虛擬環(huán)境的創(chuàng)建。 VROO

9、M具有如下功能:可以導入數(shù)字高程模型或者地表和地下礦坑的線框模型用真實的地表紋理選擇性地繪制地表;從三維對象庫中添加植被或礦山地形;導入或者數(shù)字化道路，并可添加活動物體，如拖車、推土機等;設置交通工具的屬性;為固定的視點位置設定坐標。完成了虛擬環(huán)境建模，用戶便可進入虛擬環(huán)境，在地表或地下飛行、行走或者駕駛車輛。用戶可以使用鍵、鼠標或者操縱桿來操縱方向，在與其它車輛相遇時，還會有逼真的聲音效果。3.虛擬技術(shù)在煤礦中應用的不足虛擬技術(shù)在煤礦中應用的不足 （1）目前國內(nèi)外煤礦VR系統(tǒng)中，著重于虛擬環(huán)境圖形信息的幾何表達，基本未著重考慮虛擬環(huán)境的智能性問題； （2）大多數(shù)場景中的物體是靜態(tài)的、被動的、無生命的，還缺少對井下作業(yè)人員、運輸車輛等高級實體的行為建模與研究，不能表現(xiàn)高級實體在環(huán)境中的行為方式及其與虛擬環(huán)境的交互作用; （3）缺少對井下物理環(huán)境的逼真表達與模擬方法，或者使用了過于簡單的自然環(huán)境模型，造成虛擬環(huán)境與真實世界有較大差異，嚴重制約了VR系統(tǒng)的應用價值。近期發(fā)展方向 嵌入式3D可視化操控平臺 以虛擬仿真技術(shù)為主要平臺進行開發(fā)，采集工作面中相關設備的真實數(shù)據(jù)，真實再現(xiàn)井上井下設備的操作及控制; 替代傳統(tǒng)二維圖片設備控制，提升遠程操作安全和準確性。 智能化成套裝備仿真體