- 相關(guān)推薦
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在采煤工藝仿真中的應(yīng)用
摘要：采煤生產(chǎn)工藝過(guò)程循環(huán)框圖礦山天地摘要：井下煤礦開(kāi)采是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，作業(yè)環(huán)境惡劣，人、機(jī)、環(huán)境多種因素共同起作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)技術(shù)的發(fā)展，為井下的工作者提供一種新的、更容易接受的方式來(lái)真正了解采煤工藝，對(duì)解決當(dāng)前煤礦安全、高效生產(chǎn)有著重要的意義。
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)采煤工藝仿真
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)的手法將采煤工藝中最為復(fù)雜、最為重要的綜采工作面的生產(chǎn)場(chǎng)景生動(dòng)形象的顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)綜采工藝過(guò)程的模擬，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作。新、老員工都可以在模擬的常規(guī)作業(yè)環(huán)境中到適合自己的工作方法，使自己的工作技巧可以不受地點(diǎn)的限制而得到很好的磨練或改進(jìn)。同樣可以在模擬的搶險(xiǎn)救災(zāi)場(chǎng)景中尋找逃生自救的方法及必需的救護(hù)設(shè)施，并作為安全經(jīng)驗(yàn)積累下來(lái)。
1、虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)
1.1建模技術(shù)簡(jiǎn)介及評(píng)述。目前，國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)仿真的建模方案有很多種，鑒于其主要的應(yīng)用功能，我們常見(jiàn)的開(kāi)發(fā)的虛擬環(huán)境較少涉及利用外接設(shè)備進(jìn)行觸感和行為反應(yīng)的真實(shí)感覺(jué)，而是更加注重于模型，在這里介紹幾種常見(jiàn)的方案：1.1.1第一種方案主要是利用SGI公司開(kāi)發(fā)的獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的圖形開(kāi)發(fā)系統(tǒng)OpenGL開(kāi)發(fā)平臺(tái)的通用接口，這是一種完全從底層進(jìn)行開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要采用編程語(yǔ)言如C/C++。由于這種系統(tǒng)已經(jīng)具有完整的繪圖命令和函數(shù)庫(kù)(基本庫(kù)、實(shí)用庫(kù)和輔助庫(kù))，開(kāi)發(fā)人員可以直接進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種命令和函數(shù)，將各種幾何形體轉(zhuǎn)述為數(shù)學(xué)模型并加以控制，從而實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)。
1.1.2第二種開(kāi)發(fā)方案是以一些商業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)引擎為基礎(chǔ)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的仿真開(kāi)發(fā)，這樣就避免了需進(jìn)行大規(guī)模底層編程，不僅簡(jiǎn)化了代碼的編寫過(guò)程，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。其達(dá)到的虛擬效果能夠包含透明、動(dòng)畫和反射貼圖紋理，可以直接可以執(zhí)行3D內(nèi)容回放，為復(fù)雜界面提供場(chǎng)景的多層次的有效設(shè)置。
1.2設(shè)備建模技術(shù)。采煤工藝采涉及的設(shè)備很多，包括采煤機(jī)，刮板輸送機(jī)，液壓支架，順槽里的轉(zhuǎn)載機(jī)，破碎機(jī)，轉(zhuǎn)載機(jī)自移裝置，皮帶機(jī)自移機(jī)尾，皮帶機(jī)，乳化液泵站，噴霧泵站，移動(dòng)變電站等。設(shè)備多并且造型復(fù)雜。而且，很多機(jī)械設(shè)備還在實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，還需考慮到動(dòng)畫效果。因此，設(shè)備建模時(shí)，編程實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度太大，本文擬采用前面提到的第三方建模軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，三維建模軟件比較多，常用到的有以下幾類：1.2.1 3DS MAX建模軟件。3DS MAX被廣泛地應(yīng)用于建筑、機(jī)械電視及娛樂(lè)業(yè)中，比如實(shí)現(xiàn)建筑工程的效果圖像，影視作品中片頭動(dòng)畫和視頻游戲的制作及影視特效等方面。今年隨著國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)發(fā)展，3DS MAX在國(guó)內(nèi)發(fā)建筑效果圖和建筑動(dòng)畫制作中的應(yīng)用越來(lái)越成熟。
1.2.2 MAYA建模軟件。這種建模軟件具有許多突出的功能，目前許多國(guó)內(nèi)的影視公司也在使用MAYA制作項(xiàng)目，其特點(diǎn)是具有完整的建模系統(tǒng)、強(qiáng)大的程序紋理材質(zhì)和粒子系統(tǒng)、出色的角色動(dòng)畫系統(tǒng)以及MEL腳本語(yǔ)言。
1.2.3 Sumatra建模軟件。它的功能與MAYA不相上下，擁有真實(shí)的程序紋理材質(zhì)，出色的角色動(dòng)畫系統(tǒng)，強(qiáng)大的動(dòng)畫編輯能力。但由于國(guó)內(nèi)應(yīng)用的較少，導(dǎo)致在后期制作應(yīng)用交流起來(lái)的不方便，同時(shí)其最大的缺點(diǎn)就且它對(duì)硬件的要求過(guò)高。
2、采煤工藝過(guò)程系統(tǒng)分析
綜采工作面采煤工藝過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真其實(shí)就是將各個(gè)工序按照時(shí)間的配合，一個(gè)工序或幾個(gè)工序在某一時(shí)刻同時(shí)進(jìn)行，形成連續(xù)的動(dòng)畫過(guò)程。
前面提到的采煤工藝，首先是端部斜切進(jìn)刀，這一過(guò)程包括割三角煤的各個(gè)步驟;采煤機(jī)正常割煤15m后開(kāi)始推移刮板輸送機(jī)，推刮板輸送機(jī)后開(kāi)始移架，采取單架依次順序移動(dòng)的方式，包括降架、移架、升架三個(gè)步驟;在采煤機(jī)割至下端頭之前，刮板運(yùn)輸機(jī)和液壓支架互為支點(diǎn)依次前移。采煤機(jī)割至下端頭后，工作面前進(jìn)一刀煤的距離0.75m，完成一個(gè)循環(huán)，然后又從端部進(jìn)刀開(kāi)始重復(fù)上述過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程的簡(jiǎn)易循環(huán)圖如右所示：整個(gè)工藝循環(huán)，采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)是主線，液壓支架、刮板輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)都是配合采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)的。在配合過(guò)程中，液壓支架的升降，時(shí)間是運(yùn)動(dòng)進(jìn)行或終止的決定因素。對(duì)液壓支架的控制是通過(guò)控制時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間到達(dá)某一點(diǎn)時(shí)時(shí)鐘激活，這時(shí)液壓支架開(kāi)始動(dòng)作，而采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)也在同時(shí)運(yùn)動(dòng)。時(shí)鐘是設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的主要途徑，設(shè)備每一個(gè)部件如每一個(gè)液壓支架的降架、移架和升架過(guò)程都有其始點(diǎn)和終點(diǎn)，這一過(guò)程必須由時(shí)鐘來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。
3、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在采煤工藝應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)分析
隨著整個(gè)信息行業(yè)的不斷發(fā)展，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)硬件、軟件成本的逐漸降低，技術(shù)也有很大提高。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山優(yōu)化設(shè)計(jì)、礦產(chǎn)資源普查，環(huán)境保護(hù)、礦山安全與救災(zāi)等方面都有廣闊的應(yīng)用前景。筆者認(rèn)為，目前和今后一段時(shí)間內(nèi)以下幾方面還有很大的發(fā)展空間：
3.1 礦山系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)。目前的國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員在進(jìn)行礦山設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用較多的都是在二維坐標(biāo)系下進(jìn)行設(shè)計(jì)的，如礦井開(kāi)拓平面圖、工程平面圖、井上下對(duì)照?qǐng)D等。如澳大利亞CSIRO MineEngineering GROUP研究開(kāi)發(fā)了Virtual Mine虛擬煤礦環(huán)境系統(tǒng)。但是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的礦山設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)可以使設(shè)計(jì)者“所想即所見(jiàn)”，用戶可以將自己置身于虛擬礦山中，身臨其境、多視角的觀察目標(biāo)對(duì)象，并可進(jìn)行交互操作和單通道立體現(xiàn)實(shí)。形象直觀表現(xiàn)了礦山開(kāi)采的整個(gè)工藝過(guò)程，對(duì)礦山開(kāi)采提供決策支持，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
3.2礦井重大災(zāi)害模擬。南非(Centre of Scientific and In-dus trial Res earch，CSIR)公司礦業(yè)分公司用區(qū)域3D沉積模型來(lái)模擬各種斷裂構(gòu)造，通過(guò)該模型可以看到斷裂面之間復(fù)雜的內(nèi)部關(guān)系，預(yù)測(cè)斷裂構(gòu)造在時(shí)間和空間上的分布，加深對(duì)地質(zhì)條件的了解和掌握，從而能更有效地采取防災(zāi)、減災(zāi)和救災(zāi)措施。煤礦常見(jiàn)五大自然災(zāi)害中，瓦斯、水、火和煤塵引發(fā)的災(zāi)害后果是煤礦五大自然災(zāi)害中最常見(jiàn)的，也是產(chǎn)生后果最嚴(yán)重的造成了重大的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為礦井災(zāi)害機(jī)理研究及重大災(zāi)害的模擬預(yù)測(cè)提供有力的工具和手段。
3.3礦山工作人員技能及安全培訓(xùn)。虛擬軟件的應(yīng)用通，使礦山工作人員能夠身臨其境，多視角的觀察目標(biāo)對(duì)象增強(qiáng)其安全意識(shí)，提高管理水平，安全有效，同時(shí)還能節(jié)省大量的培訓(xùn)費(fèi)用。
實(shí)踐表明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)發(fā)展應(yīng)用，無(wú)疑必將徹底改變傳統(tǒng)礦業(yè)低效，粗曠的面貌，為礦業(yè)發(fā)展開(kāi)辟了一條新的道路，有效的促進(jìn)礦業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，同時(shí)也會(huì)為今后礦山實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采奠定基礎(chǔ)。
【虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在采煤工藝仿真中的應(yīng)用】相關(guān)文章：
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用研究06-09
地方工藝美術(shù)在美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值08-02
信息技術(shù)在美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用05-30
談?wù)勆锛夹g(shù)在林業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用05-23
圖書館新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用06-07
分析基于現(xiàn)網(wǎng)的OTN技術(shù)應(yīng)用06-11
采煤專業(yè)畢業(yè)論文格式08-15