一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台制造技术

本发明专利技术提出了一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，包括控制器，控制器与显示器相连接，控制器上设有参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块，参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块均与控制器相连接，数据传输模块与云平台相连接，云平台上设有数据存储模块和数据分析模块，数据存储模块与数据分析模块相连接，数据存储模块与数据库相连接。本发明专利技术不仅可以作为隧道掘进机的学习及培训平台，也可以作为仿真测试平台，既可以模拟不同的掘进参数在不同的地质环境下的不同掘进效果，也可以通过模拟不同的地质环境来优化测试隧道掘进机的掘进参数，形成一套隧道掘进机在不同地质环境下的决策知识库，有较高的理论价值和实际意义。

A Practical Training Platform for Tunnel Boring Machine Based on Virtual Reality and Big Data

The invention proposes a tunnel boring machine training platform based on virtual reality and large data, which includes a controller, which is connected with the display. The controller is equipped with parameter setting module, three-dimensional rendering module and data transmission module. The parameter setting module, three-dimensional rendering module and data transmission module are all connected with the controller, and the data transmission module is connected with the cloud platform. There are data storage module and data analysis module on cloud platform. Data storage module is connected with data analysis module and data storage module is connected with database. The invention can not only be used as a learning and training platform for tunnel boring machines, but also as a simulation test platform. It can simulate different tunneling parameters in different geological environments and different tunneling effects. It can also optimize and test tunneling parameters of tunnel boring machines by simulating different geological environments to form a set of decision-making knowledge of tunnel boring machines in different geological environments. The library has higher theoretical value and practical significance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台
本专利技术涉及隧道掘进机实训平台的
，尤其涉及一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台。
技术介绍
近些年来，随着城市的不断发展进步，各大城市的地铁建设、地下综合管廊建设迅猛发展。对于地铁、综合管廊等建设中的主要设备-----隧道掘进机的投入也越来越大。而国内隧道掘进机的驾驶人员一直非常紧缺，且隧道掘进机的驾驶学习及培训成本一直较高。一方面由于隧道掘进机的购置成本非常高，因此实际操作风险相对较高；其次隧道掘进机的实际运行环境往往在环境较差的铁路隧道、公路隧道、水工隧道等，人员实训的效果和环境都不好。因此，开发一种为隧道掘进机驾驶人员实训的平台，来克服或缓解上述不利因素的影响，同时，通过此平台来优化真实隧道掘进机的各项设计参数以及施工过程中的掘进参数，就显得尤为重要。
技术实现思路
针对隧道掘进机成本较高，运行环境较差，实际操作训练风险较高和操作环境差的技术问题，本专利技术提出一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，能够支持用户基于虚拟现实和大数据进行隧道掘进机实训。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，包括控制器，所述控制器与显示器相连接，控制器上设有参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块，参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块均与控制器相连接，数据传输模块与云平台相连接，云平台上设有数据存储模块和数据分析模块，数据存储模块与数据分析模块相连接，数据存储模块与数据库相连接；所述参数设置模块，用于用户进行参数设置，控制器根据用户设置参数进行操作环境的初始化；所述三维渲染模块，用于进行整个实训过程的动态三维模型渲染，并将动态三维模型通过格式化工具显示在显示器上；所述数据传输模块，用于实时将用户的操作行为数据传输至云平台；所述数据存储模块，用于对用户整个操作过程的数据进行存储；所述数据分析模块，用于对用户的整个操作过程的数据进行大数据分析，并给出分析结果。所述参数设置模块包括参数设置单元和参数保存单元，参数设置单元和参数保存单元相连接，参数保存单元与控制器相连接；参数设置单元，用于提供用户各类参数设置接口，包括隧道类型、掘进机类型、地质类型、掘进里程、操作难度；参数保存单元，用于对用户设置的各类参数进行保存，并将保存的各类参数传送至控制器。所述三维渲染模块包括三维建模单元和三维数据驱动单元，控制器与三维建模单元相连接，三维建模单元与三维数据驱动单元相连接；三维建模单元，用于根据用户设置的参数进行三维建模，包括隧道、掘进机、地质及各类构筑物；三维数据驱动单元，用于根据用户与控制器的实时交互数据驱动三维模型的动态渲染。所述数据传输模块包括数据处理单元和数据传输单元，控制器与数据处理单元相连接，数据处理单元与数据传输单元相连接，数据传输单元通过无线通信模块与云平台相连接；数据处理单元，用于对数据进行加密及压缩处理；数据传输单元，用于将数据处理单元处理后的数据传输至云平台。所述数据存储模块包括数据分类单元和数据存储单元，控制器与数据分类单元相连接，数据分类单元与数据存储单元相连接，数据分类单元与数据库相连接；数据分类单元，用于对各类数据进行分类，数据包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据；数据存储单元，用于对数据分类单元分类后的数据分别进行存储，其中结构化数据存储于结构化数据库，半结构化数据和非结构化数据存储于非结构化数据库。所述数据分析模块包括数据清洗单元、数据分析单元和数据展示单元，数据清洗单元与控制器相连接，数据清洗单元与数据分析单元相连接，数据分析单元与数据展示单元相连接，数据展示单元与显示器相连接；数据清洗单元，用于对获取的各类数据进行处理，转化为规整的数据；数据分析单元，用于对数据清洗单元处理后的数据进行分析，得出数据行为特征；数据展示单元，用于对数据分析单元的分析结果以图形化方式向用户展现。所述对于采集的原始数据，数据格式通常无法满足对数据处理的基本要求，需要转化为规整的数据，数据清洗单元实现主要是通过编写MapReduce程序将采集的原始数据转化为规整的数据，MapReduce程序的编写分为Mapper、Reducer、Job三个基本的过程；数据分析单元的分析方法包括分类、回归分析、聚类、关联规则或神经网络方法，通过分析方法进行数据分析可以得到对数据的整体属性和关联性的详细描述，通过不同数据间的关联性比照提供特征值。基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台的操作方法，其步骤如下：步骤1、用户通过参数设置模块选择隧道掘进机的类型、所要掘进的隧道类型、地质类型、掘进里程或掘进环数和掘进难度；步骤2、三维渲染模块根据用户选择的参数自动进行三维仿真建模，并将三维模型实时显示在显示器上；步骤3、启动驾驶仿真模拟，用户在控制器上与三维渲染模块进行交互式驾驶仿真操作；通过传感器组检测外设在虚拟控制台上的变换，并将检测数据传送至控制器，控制器将数据转换为掘进参数并通过参数设置模块进行掘进参数的设置；步骤4、三维渲染模块对输入的掘进数据进行动力学计算，驱动隧道掘进机开始运转；根据用户操作过程中的行为三维数据驱动单元真实模拟各类风险；步骤5、数据传输模块对整个过程的操作数据实时传输到云平台，数据存储模块将操作数据分类并存储；步骤6、掘进完成后云平台上的数据分析模块根据大数据运算结果对用户整个操作过程进行综合评估，并将评估结果通过无线通信模块传送至控制器。本专利技术的有益效果：将真实隧道掘进机的精确动力学模型和隧道轴线与真实隧道施工及驾驶环境3D场景结合，让学员利用手柄、手套或其他操控装置与虚拟现实头盔来进行隧道掘进机驾驶仿真学习，并将学习过程的驾驶行为数据和驾驶过程的情景视频上传到系统云端，经大数据分析后形成操作过程的个性化评价及建议。本专利技术不仅可以作为隧道掘进机的学习及培训平台，同时可以作为仿真测试平台，既可以模拟不同的掘进参数在不同的地质环境下的不同掘进效果，同时可以通过模拟不同的地质环境来优化测试隧道掘进机的掘进参数，最终形成一套隧道掘进机在不同地质环境下的决策知识库，有较高的理论价值和实际意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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专利技术的一些实施例，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为本专利技术操作的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，包括控制器，所述控制器与显示器相连接，控制器上设有参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块，参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块均与控制器相连接，数据传输模块通过无线通信模块与云平台相连接，云平台上设有数据存储模块和数据分析模块，数据存储模块与数据分析模块相连接，数据存储模块与数据库相连接。所述参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，包括控制器，其特征在于，所述控制器与显示器相连接，控制器上设有参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块，参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块均与控制器相连接，数据传输模块与云平台相连接，云平台上设有数据存储模块和数据分析模块，数据存储模块与数据分析模块相连接，数据存储模块与数据库相连接；所述参数设置模块，用于用户进行参数设置，控制器根据用户设置参数进行操作环境的初始化；所述三维渲染模块，用于进行整个实训过程的动态三维模型渲染，并将动态三维模型通过格式化工具显示在显示器上；所述数据传输模块，用于实时将用户的操作行为数据传输至云平台；所述数据存储模块，用于对用户整个操作过程的数据进行存储；所述数据分析模块，用于对用户的整个操作过程的数据进行大数据分析，并给出分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，包括控制器，其特征在于，所述控制器与显示器相连接，控制器上设有参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块，参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块均与控制器相连接，数据传输模块与云平台相连接，云平台上设有数据存储模块和数据分析模块，数据存储模块与数据分析模块相连接，数据存储模块与数据库相连接；所述参数设置模块，用于用户进行参数设置，控制器根据用户设置参数进行操作环境的初始化；所述三维渲染模块，用于进行整个实训过程的动态三维模型渲染，并将动态三维模型通过格式化工具显示在显示器上；所述数据传输模块，用于实时将用户的操作行为数据传输至云平台；所述数据存储模块，用于对用户整个操作过程的数据进行存储；所述数据分析模块，用于对用户的整个操作过程的数据进行大数据分析，并给出分析结果。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述参数设置模块包括参数设置单元和参数保存单元，参数设置单元和参数保存单元相连接，参数保存单元与控制器相连接；参数设置单元，用于提供用户各类参数设置接口，包括隧道类型、掘进机类型、地质类型、掘进里程、操作难度；参数保存单元，用于对用户设置的各类参数进行保存，并将保存的各类参数传送至控制器。3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述三维渲染模块包括三维建模单元和三维数据驱动单元，控制器与三维建模单元相连接，三维建模单元与三维数据驱动单元相连接；三维建模单元，用于根据用户设置的参数进行三维建模，包括隧道、掘进机、地质及各类构筑物；三维数据驱动单元，用于根据用户与控制器的实时交互数据驱动三维模型的动态渲染。4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述数据传输模块包括数据处理单元和数据传输单元，控制器与数据处理单元相连接，数据处理单元与数据传输单元相连接，数据传输单元通过无线通信模块与云平台相连接；数据处理单元，用于对数据进行加密及压缩处理；数据传输单元，用于将数据处理单元处理后的数据传输至云平台。5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述数据存储模块包括数据分类单元和数据存储单元，控制器与数据分类单元相连接，数据分类单元与数据存储单元相连接，数据分类单元与数据库相连接；数据分类单元，用于对各类数据进行分类，数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永超，张杨杨，秦志远，焦妮，王会朴，龚冰艳，张亚楠，段俊辉，姚顺，张梦男，赵三龙，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41