一种基于三维VR和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统的制作方法

本发明属于采煤演练控制技术领域，特别是涉及一种基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统。

背景技术：

目前，自动化矿井各类安全监测系统、设备、设施单独作业，缺乏统一监管平台。矿井检修培训采用说明书、图纸，通过口头授课的方式进行培训讲解，人为因素对培训的效果影响很大，专业人员的流失也会造成技术的传承出现问题；传统说明书、图纸的培训教材不直观，造成培训效果不理想；通过视频制作的教材直观性强，但是制作成本较高，可复用性差，不能针对培训进行互动；理论的培训和实际的操作结合度低，不能通过虚拟的环境进行模拟实际操作培训。

现有的仿真器不直观，与现场设备有大量的不一致情况；现有的仿真培训不能进行生产现场培训；仿真培训不能做到内操、外操一体化，只能现场进行外操培训或者通过仿真器进行内操的模拟；现场仿真培训无法与现有信息化系统联动，如：sis系统数据、工业监控数据、相关图档数据、其他信息化系统数据。现场故障诊断主要依赖现场人员的经验，故障诊断的准确程度严重依赖现场人员的经验，诊断出错的风险较高；现场人员只能进行设备离线数据进行采集，无法读取到在线的动态监测数据；在线动态监测数据的报警点很多，通过传统表格的方式无法很迅速的识别有效报警；现场人员无法读取到已有的信息化系统数据进行辅助决策，如：dcs系统数据、工业监控数据、相关图档数据、其他信息化系统数据；现场人员发现设备问题时，不能通过系统的手段与诊断系统互动进行故障的排查。设备损坏产生的损失巨大，非停次数多，员工外操、内操的技术水平低，由于人员流动带来的安全隐患大，由于设备故障引起的各项超标排放量大。因此，提供一种基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统，解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统，通过可视化技术、三维地理信息系统技术、vr/ar技术、仿真技术、预知性维修技术将设备故障排查、设备检修、设备培训相结合，把采煤数字转换成几何图像，相关操作人员可以把底层的采煤自动化数据进行模拟计算，设备数据报警、设备的模拟操作过程通过真实感的动态图形来描述，解决了现有的自动化矿井各类安全监测系统、设备、设施单独作业，缺乏统一监管平台，安全生产事故的概率高、从业人员整体安全意识差和安全巡查效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统，包括模拟开采部分、系统集成部分和vr显示部分；模拟开采部分包括三维vr控制器和控制按键；系统集成部分包括数据服务器、历史数据系统、数据增值系统、设备智能监测子系统、安全监测管理可视化子系统、视屏联动监控子系统、重点设备监测子系统和智能分级预警提醒子系统；数据服务器分别与历史数据系统、数据增值系统、设备智能监测子系统、安全监测管理可视化子系统、视屏联动监控子系统、重点设备监测子系统和智能分级预警提醒子系统相联；vr显示部分包括vr显示穿戴设备；数据服务器通过信号分析处理及显示输出模块与vr显示部分相联；三维vr控制器通过信号传输模块与数据服务器相联。

进一步地，模拟开采部分通过三维vr模拟掘进、支护、注混凝土、采煤、运输、提升、运销、洗选、发电的整个工作面开采内容，控制按键包括开始采煤按键、暂停采煤按键、拉近视角按键、拉远视角按键、采煤重置按键、变换视角按键、光线调节按键、开始暂停按键；控制按键通过信号采集传输模块与三维vr控制器相联。

进一步地，历史数据系统包括数据库；数据库包括sis系统数据、预知性维修系统、工业监控数据、相关图档数据及信息化系统数据；数据服务器通过网络传输模块与数据库相联。

进一步地，数据增值系统包括监控设备基础信息展示模块、设备运行工况监控模块、设备预警及报警统计模块、设备状态分类展示模块；数据服务器通过数据分析处理及信号转换传输模块与数据增值系统相联。

进一步地，设备智能监测子系统包括监控设备基础信息展示单元、设备运行工况监控单元、设备预警及报警统计单元、设备状态分类展示单元；设备智能监测子系统监测设备总数信息、正常设备信息、故障设备信息、报警设备信息、未连接设备信息、未标定设备信息，设备状态分类展示单元通过若干种颜色对设备状态信息分类报警。

进一步地，安全监测管理可视化子系统包括安全监控单元、人员定位管理单元、煤矿产量监控单元、矿压监测单元、瓦斯抽放监控单元、通信联络单元；数据服务器通过信号分析处理及信号转换传输模块与安全监测管理可视化子系统相联。

进一步地，视屏联动监控子系统包括设置在现场各视频监测点的视屏采集装置；数据服务器驱动联接视屏采集装置。

进一步地，重点设备监测子系统通过数据传感采集处理及信号转换传输模块与数据服务器相联。

进一步地，智能分级预警提醒子系统通过预设的报警阀值自动分级预警，智能分级预警提醒子系统与设备智能监测子系统相联。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过建设自动化矿井各类安全监测系统、设备、设施统一监管平台，提高从业人员整体安全意识和安全巡查效率、效果，降低发生安全生产事故的概率，确保安全生产工作正常、经济、高效开展，实现远程管控的功能，实现矿井计划、生产、经营、技术等数据的集成及现场数据的可视化应用，为安全生产提供分级预警可视化平台支撑，同时实现各矿自动化系统的远程管控可视化集成，减少了设备损坏产生的损失，减少非停次数，提高员工外操、内操的技术水平，消除由于人员流动带来的安全隐患，减少由于设备故障引起的各项超标排放。

2、本发明基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统，通过可视化技术、三维地理信息系统技术、vr/ar技术、仿真技术、预知性维修技术将设备故障排查、设备检修、设备培训相结合，实现从矿区展现到工业广场漫游、从井上地形显示到井下地质体立体模型、从井巷浏览到设备工作过程动态模拟的自由切换，达到多层级的一体化展示效果，并通过集成已有监测系统与历史数据系统的相关业务数据进行设备关联信息展示，快速在三维场景中定位企业位置并查看企业矿井地图，通过集成已有系统，可在矿井图上直观、形象查看企业厂房建筑、车间、探测设备分布情况及实际位置信息，实时展示各探测设备的实时数据和报警信息，同时提供统计分析、综合数据展示、安全疏导、应急处置等综合分析能力。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统的结构示意图；

图2为本发明安全监测管理可视化子系统的结构示意图；

图3为本发明设备智能监测子系统的结构示意图；

图4为本发明模拟开采部分的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统，包括模拟开采部分、系统集成部分和vr显示部分；模拟开采部分包括三维vr控制器和控制按键；系统集成部分包括数据服务器、历史数据系统、数据增值系统、设备智能监测子系统、安全监测管理可视化子系统、视屏联动监控子系统、重点设备监测子系统和智能分级预警提醒子系统；数据服务器分别与历史数据系统、数据增值系统、设备智能监测子系统、安全监测管理可视化子系统、视屏联动监控子系统、重点设备监测子系统和智能分级预警提醒子系统相联；vr显示部分包括vr显示穿戴设备，数据服务器通过信号分析处理及显示输出模块与vr显示部分相联；三维vr控制器通过信号传输模块与数据服务器相联，借助vr技术，将现场故障诊断与现有的sis系统数据、预知性维修系统、工业监控数据、相关图档数据、其他信息化系统数据有效的结合起来，在生产现场进行有效的故障诊断和远程的辅助决策和技术支持。

其中如图4所示，模拟开采部分通过三维vr模拟掘进、支护、注混凝土、采煤、运输、提升、运销、洗选、发电的整个工作面开采内容，控制按键包括1#按键、2#按键、3#按键、4#按键、5#按键、6#按键、7#按键、8#按键、9#按键、10#按键，分被为开始采煤按键、暂停采煤按键、拉近视角按键、拉远视角按键、采煤重置按键、拉近视角按键、拉远视角按键、变换视角按键、光线调节按键、开始暂停按键；控制按键通过信号采集传输模块与三维vr控制器相联，集地理信息、虚拟现实、增强现实、三维仿真技术于一体，提供对煤矿进行全方位的三维一体化建模与展现，以采煤机为焦点自由旋转，可远离、迫近采煤机，漫游画面流畅；真实展示采煤机采煤过程，包括采煤机一键启动，按指定轨道移动、采煤机钻头高速旋转、煤块从采煤机钻头附近掉下、煤块掉到运输皮带上并被运走、液压支架自动伸缩。

其中，历史数据系统包括数据库；数据库包括sis系统数据、预知性维修系统、工业监控数据、相关图档数据及信息化系统数据；数据服务器通过网络传输模块与数据库相联，通过物联网技术把监测数据实时传送到实时数据库，作为预知性维修和远程诊断的依据，实现把预知性维修技术与仿真技术、可视化技术、三维地理信息系统技术、vr技术的结合。

其中，数据增值系统包括监控设备基础信息展示模块、设备运行工况监控模块、设备预警及报警统计模块、设备状态分类展示模块；数据服务器通过数据分析处理及信号转换传输模块与数据增值系统相联。

其中如图3所示，设备智能监测子系统包括监控设备基础信息展示单元、设备运行工况监控单元、设备预警及报警统计单元、设备状态分类展示单元；设备智能监测子系统监测设备总数信息、正常设备信息、故障设备信息、报警设备信息、未连接设备信息、未标定设备信息，设备状态分类展示单元通过不同的颜色对设备状态信息分类报警，数据服务器采煤数字转换成几何图像，操作人员把底层的采煤自动化数据进行模拟计算、设备数据报警、设备的模拟操作过程通过真实感的动态图形来描述，实现可视化、操作可视化、动设备数据可视化。

其中如图2所示，安全监测管理可视化子系统包括安全监控单元、人员定位管理单元、煤矿产量监控单元、矿压监测单元、瓦斯抽放监控单元、通信联络单元；数据服务器通过信号分析处理及信号转换传输模块与安全监测管理可视化子系统相联，通过三维地理信息系统系统有效的在数字地球上进行集团化企业管理，把煤矿周边以及周边地理环境可以纳入到管理范围，实现人员定位、设备精确定位。

其中，视屏联动监控子系统包括设置在现场各视频监测点的视屏采集装置；数据服务器驱动联接视屏采集装置，当车间内设备出现故障或报警时，安全监控人员先查看现场设备报警关联的联动视频，在确认现场无危险后，再进入现场进行故障或报警的处理，达到安全、快速定位并处理故障的效果。

其中，重点设备监测子系统通过数据传感采集处理及信号转换传输模块与数据服务器相联，重点设备监测子系统采集到的设备状态在三维系统中进行可视化展示。

其中，智能分级预警提醒子系统通过预设的报警阀值自动分级预警，智能分级预警提醒子系统与设备智能监测子系统相联，当现场设备出现故障或报警时，系统将依据报警阀值设置情况对报警进行自动分级，并在“三维场景”中进行展示。

本实施例的一个具体应用为：

根据矿区内地形地质、井巷工程、地面与井下场所、设备结构与原理进行矿区场景搭建；通过导入主流通用建模软件3dmax三维模型，对导入的数据信息进行编辑，集地理信息、虚拟现实、增强现实、三维仿真技术于一体，提供对煤矿进行全方位的三维一体化建模与展现；通过模型id将模型与相关信息关联集成，实现对模型对象信息的查询、浏览、集成、管理；系统支持pdms项目库导入和rvm文件无损导入平台，并可对导入的数据信息进行编辑；同时平台具有丰富的开发接口，通过接口进行二次开发，集成其他设备综合管理系统、实时数据库系统、视频监控系统、状态监测系统；基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统平台支持c/s、b/s架构，既可以客户端打开，也可以在浏览器中打开；系统有独立的数据库，可以随时备份数据，保证发生异常时系统能持续稳定的运行；结合基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统，快速在三维场景中定位企业位置并查看企业矿井地图，通过集成已有系统，可在矿井图上直观、形象查看企业厂房建筑、车间、探测设备分布情况及实际位置信息，实时展示各探测设备的实时数据和报警信息，主要包括监控区域、通道描述、探测介质、报警值、报警状态、首报时间、最后报警时间，并在三维场景上方显示安全责任人姓名和电话，可快速联系责任人进行故障处理。

基于三维vr和数据服务器的虚拟采煤演练控制系统从矿区展现到工业广场漫游、从井上地形显示到井下地质体立体模型、从井巷浏览到设备工作过程动态模拟的自由切换，达到多层级的一体化展示效果，并通过集成已有监测系统与历史数据系统的相关业务数据进行设备关联信息展示，快速在三维场景中定位企业位置并查看企业矿井地图，通过集成已有系统，可在矿井图上直观、形象查看企业厂房建筑、车间、探测设备分布情况及实际位置信息，实时展示各探测设备的实时数据和报警信息，同时提供统计分析、综合数据展示、安全疏导、应急处置等综合分析能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。