基于Unity3D的综采工作面全景虚拟现实漫游系统设计

针对煤矿井下工作环境恶劣、教育培训手段缺失的问题,设计了基于Unity3D的综采工作面全景虚拟现实漫游系统。系统首先基于虚拟现实场景构建及3D虚拟模型制作技术,宏观上对综采工作面进行了布置,为用户提供了在综采工作面中自由漫游的直观感受;建立了综采工作面的整个环境,实现了综采设备的三维虚拟展示和运动仿真模拟;同时基于交互理论,对其与综采设备的人机交互进行了深入设计,使用户能够完整与真实地体验煤矿井下综采工作面的整个生产过程。利用虚拟现实技术将煤矿综采工作面的布置全景与动态运动生动形象地展示出来,为煤矿企业等单位提供一种全新的培训技术手段。     

虚拟综采工作面三机运动状态监测系统研究

针对传统综采工作面监测系统存在的不足,利用虚拟现实软件Unity 3D完成虚拟工作面场景的构建及三机(采煤机、刮板输送机、液压支架)的运动仿真,应用VB6.0软件和数据采集模块WISE-4012E、工业级无线传输模块EKI-6311实现数据采集和调用,研发了一套基于虚拟现实技术的综采工作面三机运动状态监测系统。该系统能够将三机的运动状态直观地展现出来,虚拟场景中建立的三机模型与真实设备的运动状态实时同步,通过场景漫游,可以让工作人员多视角监测三机运动状态。     

智能化综采工作面全景视频远控技术研究及应用

针对智能化综采工作面建设中对井下少人化、无人化的目标诉求，依托先进的无线通信技术，发展全方位的视频监控系统，提升综采设备的远程操控能力，改善相关生产人员的作业环境，是煤矿智能化开采的重要方向。介绍了智能化综采工作面全景视频远控技术方案和该方案的整体架构，详细阐述了井下综采工作面5G网络部署、短物距下大视场摄像机成像、全景视频实时拼接算法等全景视频远控关键技术，以及对采煤机端侧远程操控进行的改造，同时分析了全景视频远控技术在工程实施过程中的难点。具体实践表明，应用综采工作面全景视频远控技术方案能够促进煤炭生产的减人增安，对煤矿智能化综采工作面的建设具有重要意义。     

故障诊断预警系统在煤炭开采的应用

煤矿综采工作面环境恶劣,井下设备故障时有发生,对井下生产和安全构成较大威胁,为了消除设备故障造成的安全隐患和停产,加快智慧矿山建设,实现无人化开采的发展思路,提出了一整套与无人化开采相配套的故障诊断预警系统。提出了设备故障预警理论,基于设备数据研究了故障模型,设计和开发了故障诊断预警算法,建立设备故障体系的知识库和专家库。该系统通过传感器采集的设备数据,实时监测综采工作面设备系统运行状态,预测设备及零部件潜在故障,给出设备维护和检修建议,快速定位突发故障位置,给出故障原因,指导应急抢修,有效减少设备故障对综采工作面开采造成的影响。通过综合接入器接收不同设备传感器采集的数据,利用诊断预警算法监测设备状态,通过知识库和专家库给出故障原因和预警提示。故障诊断预警平台研究传感器接口技术,实现数据处理和跨系统通信。部署故障诊断预警系统,进行井下工业性试验,故障诊断算法有效性超过98%,故障原因准确性超过94%,验证了故障诊断算法和故障预警系统的有效性。故障诊断预警系统提高设备故障处置效率,减少设备故障发生情况,提高综采工作面生产的安全性和高效性,具有很高的经济价值和社会效益。     

综采工作面设备监测系统在神东矿区的应用

通过井下以太网实时监测综采工作面采煤机、刮板输送机、液压支架和组合开关的运行情况,为设备选型配套提供理论依据,让设备发挥高效运行,提高综采工作面的单产水平。     

煤矿综采面供电系统的优化分析计算

通过对煤矿综采工作面供电系统的分析计算，优化出满足煤矿井下采区设计的供电系统，可以减少设备故障，节约大量资金。     

智能化综采工作面实时虚拟监测方法与关键技术

针对数字化综采工作面的场景构建、虚实交互通道和虚拟模型驱动三大基础问题,提出一种面向智能化综采工作面的实时虚拟监测方法,对高可信度煤层装备联合虚拟仿真与协同规划、实时可靠信息获取与"虚实融合"通道构建技术和虚实融合与感知一致性呈现等方法进行研究,具体包括:①基于Unity3D开发特点和模型所需特性,分别完成了三机装备数字模型和煤层顶底板模型的构建,将虚拟装备布置在虚拟煤层中,实现各装备之间的虚拟协同以及装备与煤层之间的关系构建,完成了虚拟煤层环境下的装备协同推进仿真并对装备群协同运行进行虚拟规划,实现了高仿真度综采虚拟场景的构建;②在装备反映位姿信息的关键位置上布置传感器,通过一系列接口和通道,构建Unity3D与组态软件、数据库和计算软件之间的信息交互。采用分布式协同的驱动模式,优化了数据的传输处理,最终将综采装备的实时运行数据导入虚拟平台,驱动虚拟设备运行,实现了稳定可靠的传感信息协同与调度;③构架了复杂综采虚拟场景实时驱动框架,研究了基于底层模型驱动虚拟单机关键技术,提出了采运装备协同仿真与实时数据驱动的方法、采煤机自动调高方法、刮板输送机和支架协同仿真与实时数据驱动方法、虚拟液压支架群的虚拟驱动方法以及动态透明工作面时空运动学实时分析方法,接着进行了虚拟监测界面设计,实现了传感数据与虚拟仿真运行信息高精度融合。最后在实验室综采成套试验系统和样机试验平台上分别完成了相关试验,验证了三大模块联合运行的正确性和可靠性。试验表明,VR监测系统运行清晰流畅,虚实映射状态同步,可切换性好,呈现信息准确,后台数据库压力也较小,可以完成预期目标。在仿真运行中可实时提取出各装备与煤层运行的相关参数,完成高可靠性虚拟规划。     

矿井虚拟仿真系统设计中3DMax和Virtools的应用

以煤矿井下生产为研究对象,利用3DMax和Virtools软件开发了矿井虚拟仿真系统。该系统能够真实地模拟井下生产情况,并和系统操作人员产生模拟互动。以综采工作面为例实现了该系统的模型制作、贴图纹理、场景生成、动画制作,及系统发布。该系统的实现为煤矿企业的员工培训提供了实时有效的工具。     

基于虚拟现实技术的矿井综采工作面矿压显现仿真系统

以提升矿井综采工作面矿压显现仿真精度和仿真环境视觉效果为目的,研究基于虚拟现实技术的矿井综采工作面矿压显现仿真系统。系统利用Multigen软件构建矿井工作面矿压显现仿真环境,获取矿井综采工作面矿压参数,并利用该参数建立外部数据库和场景数据库,经过场景调度外部数据库与场景数据库实施场景建模、场景形象建模、几何建模等流程建立矿井工作面矿压显现仿真系统,以场景漫游与交互控制实现矿井综采工作面矿压显现操作。实验结果表明,矿井工作面矿压显现系统虚拟场景画面逼真,功能齐全,可有效仿真矿井工作面矿压环境;获取的矿井当前矿压数值与实际值很接近,仿真精准度高。     

一种模糊神经网络的采煤机滚筒温度实时故障预警方法

针对综采工作面采煤机设备割煤过程中滚筒温度过高导致的电气故障的问题,基于模糊神经网络设计了一种故障预警方法。模糊逻辑能对故障症状与故障原因之间的模糊关系进行准确描述,对模糊性信息具有较强的表达能力,而神经网络则具有强大的学习和获取知识的能力,能够降低模糊逻辑依赖模糊规则的局限性,结合两者的优点,设计出了一种模糊逻辑的概率神经网络。为了提高该算法模块的实用性和准确性,通过对采煤机的滚筒温度进行采集与模糊化处理,然后利用.NET提供的机器学习库进行模型的比较和选择,训练出最优模型,实时的预测出设备状态。结果表明,通过该方法进行实时地监测滚筒温度能够提前诊断出采煤机即将发生跳电故障,因此,设计的故障预警方法可以应用于采煤机设备的故障预警分析与决策,降低综采设备的维护成本。