[發明專利]基于三維幾何模型的煤礦安全生產過程VR仿真培訓平臺

在審

• 申請號: 202210912978.X
• 申請日: 2022-07-31
• 公開（公告）號: CN115601495A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 肖瀟;杜偉;趙一鳴;陳闖
• 申請（專利權）人: 淮北礦業股份有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/00;G06F3/01;G09B5/02
• 代理公司: 深圳眾邦專利代理有限公司 44545
• 代理人: 熊指揮

本發明公開了基于三維幾何模型的煤礦安全生產過程VR仿真培訓平臺，包括煤礦生產數據收集模塊、實體場景建模模塊、場景合成模塊、VR交互模塊及實時性程序開發模塊。本發明提高安全培訓教學質量，利用VR技術構建虛擬現實環境，則能給學員提供一個將知識轉化為技能的實踐平臺；提高培訓人員學習效率；利用VR技術構建的虛擬現實環境里，學員完成給定的任務，以互動的操作，提高學員學習積極性，在潛移默化中提高學員操作技能水平，提高安全經濟效益，通過構建虛擬礦井環境提高員工安全操作技能水平，提高煤礦企業安全經濟效益；提高煤礦安全生產水平，通過虛擬現實培訓系統的應用，提高員工安全操作水平。

技術領域

本發明涉及煤礦安全生產過程VR仿真技術領域，具體來說，涉及基于三維幾何模型的煤礦安全生產過程VR仿真培訓平臺。

背景技術

近年來，虛擬現實技術為礦山安全生產、優化設計及礦工技術培訓等技術手段提供了安全保障。在國外，礦工們逐漸開始拋棄傳統的復雜培訓課程，而更加樂于接受一些叫做“Safety Jail”的課程，這些課程提供了以虛擬現實模擬為基礎的安全管理和培訓，礦工們坐在教室內，通過虛擬環境獲得培訓必備的技能和知識。

此外，虛擬現實模擬裝置可以為礦工模擬出具有真實感的操作環境，并提供設備操作的整個過程，其與增強現實技術相結合，可以為礦工提供更加強大的設備培訓和員工訓練。例如，礦工通過“數字眼鏡”查看出現故障的機器。電腦會給出非常詳細的且有動畫演示的維修步驟，礦工不需要親自去檢查機器，完全由電腦來檢查并處理數據，對于井下的安全操作規程可以像玩游戲一樣親身體會和學習；除了可以自動演示整個綜采工藝過程外，還可以借助于鼠標、鍵盤進行簡單的人機交互，控采煤機的運行狀態，液壓支架的升、降、前移等操作。

現有技術中，礦山安全生產的安全技術培訓存在以下缺陷：

1、傳統的安全技術培訓以文字、圖片、影像為信息載體，學員被動接受，缺乏互動和實踐，培訓效果差，傳統設備運維的人才技術傳承沒有成體系。

2、傳統形式的安全教育相對枯燥，學習缺乏互動性，不能將所學知識充分轉化為技能，降低了培訓質量。

3、礦井生產環境復雜，員工操作技術水平和安全生產意識對礦井的安全生產起著至關重要的作用，需要預先模擬礦井生產的場景，但是虛擬技術手段在礦井生產的場景運用不夠成熟。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的問題，本發明提出基于三維幾何模型的煤礦安全生產過程VR仿真培訓平臺，以克服現有相關技術所存在的上述技術問題。

為此，本發明采用的具體技術方案如下：

基于三維幾何模型的煤礦安全生產過程VR仿真培訓平臺，包括煤礦生產數據收集模塊、實體場景建模模塊、場景合成模塊、VR交互模塊及實時性程序開發模塊；

所述煤礦生產數據收集模塊，用于收集煤礦采集地層、巷道及施工設備數據的實體場景數據信息；

所述實體場景建模模塊，用于接收煤礦生產數據收集系統的實體場景數據，基于實體場景數據配置加權移動平均值的仿真煤礦生產建模數據，執行實體場景與仿真煤礦生產建模數據的模型轉換，并得到實體場景；

所述場景合成模塊，用于利用開源三維軟件blender完成實驗專業模型的構建工作，并根據VR交互設備的操控對實體場景的建模文件進行調整；

所述VR交互模塊，用于通過操控場景合成模塊來讀取實體場景模型文件，并利用UML對所述實體場景的建模文件進行調整，采用Unity3D完成三維場景的建模；

所述實時性程序開發模塊，用于與VR交互設備之間建立數據通信，并對調整后的實體場景模型文件進行仿真計算，采用JavaScript生成實時性自動調整程序。