一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法技术

一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法是在局域网环境下，在虚拟现实引擎Unity3d环境下建立真实综采工作面的镜像，然后利用数据监测主机实时采集的实际工作面并实时存放进入工作面数据库SQL SERVER2008数据库的数据，位于不同位置的多台数据分析服务器实时读取数据库中相对应的数据，通过姿态解算模块和预测模块并且实时对相对应的虚拟现实设备进行驱动，多台主机通过C/S架构，采用局域网协同方式，互相随时同步数据，合成一个整体工作面全景画面，实现对真实工作面进行三维可视化虚拟监测和在线对历史数据进行分析和预测的方法。本方法能够三维全景实时显示工作面的运行状态，后台嵌入综采运行预测预警模型，能够实现直观可视化的故障诊断与预测，为综采工作面高效安全运行提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法
本专利技术涉及一种局域网及其综采工作面监测方法，尤其是一种在局域网环境下，在虚拟现实仿真引擎Unity3d下，实时对综采工作面进行三维可视化虚拟现实监测的方法。
技术介绍
随着“工业4.0”、“中国制造2025”和“互联网+”战略的持续推进和向纵深发展，煤矿综采装备和煤炭开采技术进入了全面创新发展时期，使得煤炭生产过程实现自动化、智能化以及无人化成为可能。即时掌握综采工作面设备的运行状态以及实现远程控制，直接决定和影响着整个工作面能否安全高效开采和工作。目前以自动化水平较高的综采工作面来说，结合运行数据及工作面视频系统，在顺槽集中控制中心就可以三机运行状态进行人工远程干预。但是，“视频+数据”监测模式的缺点也十分明显：（1）视频监测视角存在局限性。由于一般是在机头、机尾、中间部分每隔四五架的顶梁上和采煤机机身上加装摄像头以固定视角观看，而对于工作面自身的全景动作，以及在无频繁的动态变化的局部信息和机与机之间的相对位置，更是无法获取；在地质地形上的空间位置信息则无法观察清楚，甚至完全观察不到。（2）缺乏高质量集成式全景工作台。视频监测与数据监测分离必然各行其道无法达到同步传输，传统摄像头视频采集又无法克服工作面灰尘多、水气弥漫等因素影响，效果很差，稳定性不好，经常造成延时和不同步；加上定时高频度专人维护摄像头，环境复杂，成本高，容易发生危险。因此要建成高质量的传输流畅、信息精确的全景工作台并进而形成决策建议是不可能的。因此，根据传统监测结果，进行远程人工干预，很可能出现意想不到的各种问题。在此大背景下，虚拟现实技术由于其直观性、沉浸性以及交互性等特点，已经广泛应用于煤矿装备领域，并已取得了很大的应用价值，而将虚拟现实技术应用于综采监测，则具有更直观、更可靠的3D虚拟现实监测优势和潜力，现在部分学者已经做了相关尝试。现有技术中，主要是针对采煤机或者液压支架单机的，并没有将整个综采工作面的全部设备进行可视化监测。公开号为201210195694.X的一种“基于不同地质条件的电牵引采煤机工作状态虚拟仿真系统”，将采煤机工况参数实时驱动采煤机虚拟样机，并绘制不同地质条件的综采工作面，实现采煤工作状态的“真实再现”。公开号为201510996174.2的“一种煤矿综采工作面远程控制虚拟培训系统”，可以在虚拟现实环境下实现对综采工作面设备的虚拟操作培训与控制，但是此系统缺乏综采工作面实际工况下数据作为支撑，因此培训操作内容与环境过于理想，与实际工况有较大差距。在监测过程中，一般都是直接利用通讯协议直接读取数据，数据只是作为显示使用，有些使用数据库进行存储，但均未利用历史数据，从大数据的角度对历史数据进行分析与建模，从而可以发现和预测未来可能出现的问题，对整个综采的运行进行预测和预警。在监测模式中，由于综采工作面设备众多，如果只拥有一台监测主机，势必会造成服务器压力较大，虚拟监测画面运行不畅或者出现卡顿现场，严重影响虚拟监测的可靠性。因此，亟需研究开发一种技术方案解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术针对煤矿井下综采工作面的工作过程，提供一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法。本专利技术所采取的技术方案如下。一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法，所述方法是在局域网环境下，虚拟现实监测上位机群实时读取数据库服务器中的由组态监测上位机群实时通过信号采集与传输系统采集的布置在实际综采工作面设备上的实时传感系统；并由数据分析服务器实时对数据库服务器中的数据进行分析与处理，实时处理结果以及历史数据分析结果返回虚拟现实监测上位机群中的显示动画并显示；所述虚拟现实监测上位机群是一群安装在虚拟现实仿真引擎Unity3d环境下VR监测程序的高性能服务器，VR监测程序包括采煤机与刮板输送机VR监测程序、液压支架虚拟监测程序Ⅰ、液压支架虚拟监测程序Ⅱ、液压支架虚拟监测程序Ⅲ和其他设备VR监测程序；其中每一个监测程序均是由虚拟模型、虚拟局域网协同接口和虚拟数据接口组成；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟模型是在unity3d环境下，已建立的与实际综采工作面完全真实相对应的虚拟综采设备中，已获取的虚拟采煤机与虚拟刮板输送机的控制权，通过虚拟数据接口获取到真实采煤机和真实刮板输送机的内在参数数据和姿态参数数据，通过后台程序与算法，驱动虚拟采煤机与虚拟刮板输送机进行虚拟运动；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟局域网协同接口是将采煤机与刮板输送机的实时数据，通过Unity3d的NetWorkView组件中的RPC命令向其他几个设备的VR监测程序进行实时发送，以及接收从其他几个设备的VR监测程序传来的相应设备的数据，驱动本画面中的其他几个设备的虚拟模型进行相应动作，从而合成一个整体工作面全景画面，使安装有采煤机与刮板输送机VR监测程序的监测主机可以对整个全景综采工作面进行监测；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟数据接口是完成实时数据库服务器中读取采煤机和刮板输送机的内在运行数据和在数据分析服务器读取采煤机和刮板输送机的经过多传感信息融合技术建立的姿态参数，然后对Unity3d中的虚拟采煤机、虚拟刮板输送机进行驱动与控制，实现采煤机与刮板输送机的虚拟监测；所述数据库服务器是储存所有综采工作面设备的实时数据，包括采煤机、刮板输送机、液压支架、其他设备的数据库，实时接收由组态监测上位机群实时存入实际工作面运行的数据；所述组态监测上位机群是一群安装有组态王监测程序的高性能服务器，接收信号采集与传输系统实时采集的数据；所述组态王监测程序包括采煤机与刮板输送机组态王监测程序、液压支架组态王监测程序Ⅰ、液压支架组态王监测程序Ⅱ、液压支架组态王监测程序Ⅲ和其他设备组态王监测程序，分别从信号采集与传输系统实时采集相对应的设备数据；所述信号采集与传输系统是综采工作面设置有无线与有线共存的传输网络，将实时传感系统的信号传输到组态监测上位机群；所述实时传感系统是在综采工作面设置有采煤机实时传感系统、刮板输送机实时传感系统、液压支架实时传感系统和其他设备实时传感系统，传输和控制系统中的各种传感器信号，包括每个设备运行的姿态参数和内在运行参数。在上述技术方案中，所述采煤机的实时传感系统是设置有姿态参数和运行参数；所述姿态参数包括采煤机位置、采煤机俯仰角、横滚角、偏航角、左摇臂转角和右摇臂转角，左油缸伸长长度和右油缸伸长长度；所述运行参数包括左右截割电机、左右牵引电机和泵电机的电流和温度。在上述技术方案中，所述液压支架是设置有实时传感系统，包括姿态参数和运行参数；所述姿态参数包括底座横向倾角和纵向倾角，顶梁横向倾角和纵向倾角，掩护梁倾角、前连杆倾角、立柱压力、护帮板接近、推移机构伸长长度；所述运行参数包括液压系统压力和流量。在上述技术方案中，所述刮板输送机是实时传感系统，包括每一段中部槽的横向倾角和纵向倾角、刮板输送机的链速，以及相邻的中部槽之间的曲直度检测，运行参数包括电机温度和电流。在上述技术方案中，所述数据分析服务器是集成有matlab软件与Unity3d软件的高性能服务器，并且可以实时获取数据库服务器的数据进行分析与诊断，包括虚拟姿态参数计算模块和预测模块。在上述技术方案中，所述虚拟姿态参数计算模块是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法，所述方法是在局域网环境下，虚拟现实监测上位机群实时读取数据库服务器中的由组态监测上位机群实时通过信号采集与传输系统采集的布置在实际综采工作面设备上的实时传感系统；并由数据分析服务器实时对数据库服务器中的数据进行分析与处理，实时处理结果以及历史数据分析结果返回虚拟现实监测上位机群中的显示动画并显示；所述虚拟现实监测上位机群是一群安装在虚拟现实仿真引擎Unity3d环境下 VR监测程序的高性能服务器，VR监测程序包括采煤机与刮板输送机VR监测程序、液压支架虚拟监测程序Ⅰ、液压支架虚拟监测程序Ⅱ、液压支架虚拟监测程序Ⅲ和其他设备VR监测程序；其中每一个监测程序均是由虚拟模型、虚拟局域网协同接口和虚拟数据接口组成；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟模型是在unity3d环境下，已建立的与实际综采工作面完全真实相对应的虚拟综采设备中，已获取的虚拟采煤机与虚拟刮板输送机的控制权，通过虚拟数据接口获取到真实采煤机和真实刮板输送机的内在参数数据和姿态参数数据，通过后台程序与算法，驱动虚拟采煤机与虚拟刮板输送机进行虚拟运动；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟局域网协同接口是将采煤机与刮板输送机的实时数据，通过Unity3d的NetWorkView组件中的RPC命令向其他几个设备的VR监测程序进行实时发送，以及接收从其他几个设备的VR监测程序传来的相应设备的数据，驱动本画面中的其他几个设备的虚拟模型进行相应动作，从而合成一个整体工作面全景画面，使安装有采煤机与刮板输送机VR监测程序的监测主机可以对整个全景综采工作面进行监测；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟数据接口是完成实时数据库服务器中读取采煤机和刮板输送机的内在运行数据和在数据分析服务器读取采煤机和刮板输送机的经过多传感信息融合技术建立的姿态参数，然后对Unity3d中的虚拟采煤机、虚拟刮板输送机进行驱动与控制，实现采煤机与刮板输送机的虚拟监测；所述数据库服务器是储存所有综采工作面设备的实时数据，包括采煤机、刮板输送机、液压支架、其他设备的数据库，实时接收由组态监测上位机群实时存入实际工作面运行的数据；所述组态监测上位机群是一群安装有组态王监测程序的高性能服务器，接收信号采集与传输系统实时采集的数据；所述组态王监测程序包括采煤机与刮板输送机组态王监测程序、液压支架组态王监测程序Ⅰ、液压支架组态王监测程序Ⅱ、液压支架组态王监测程序Ⅲ和其他设备组态王监测程序，分别从信号采集与传输系统实时采集相对应的设备数据；所述信号采集与传输系统是综采工作面设置有无线与有线共存的传输网络，将实时传感系统的信号传输到组态监测上位机群；所述实时传感系统是在综采工作面设置有采煤机实时传感系统、刮板输送机实时传感系统、液压支架实时传感系统和其他设备实时传感系统，传输和控制系统中的各种传感器信号，包括每个设备运行的姿态参数和内在运行参数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法，所述方法是在局域网环境下，虚拟现实监测上位机群实时读取数据库服务器中的由组态监测上位机群实时通过信号采集与传输系统采集的布置在实际综采工作面设备上的实时传感系统；并由数据分析服务器实时对数据库服务器中的数据进行分析与处理，实时处理结果以及历史数据分析结果返回虚拟现实监测上位机群中的显示动画并显示；所述虚拟现实监测上位机群是一群安装在虚拟现实仿真引擎Unity3d环境下VR监测程序的高性能服务器，VR监测程序包括采煤机与刮板输送机VR监测程序、液压支架虚拟监测程序Ⅰ、液压支架虚拟监测程序Ⅱ、液压支架虚拟监测程序Ⅲ和其他设备VR监测程序；其中每一个监测程序均是由虚拟模型、虚拟局域网协同接口和虚拟数据接口组成；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟模型是在unity3d环境下，已建立的与实际综采工作面完全真实相对应的虚拟综采设备中，已获取的虚拟采煤机与虚拟刮板输送机的控制权，通过虚拟数据接口获取到真实采煤机和真实刮板输送机的内在参数数据和姿态参数数据，通过后台程序与算法，驱动虚拟采煤机与虚拟刮板输送机进行虚拟运动；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟局域网协同接口是将采煤机与刮板输送机的实时数据，通过Unity3d的NetWorkView组件中的RPC命令向其他几个设备的VR监测程序进行实时发送，以及接收从其他几个设备的VR监测程序传来的相应设备的数据，驱动本画面中的其他几个设备的虚拟模型进行相应动作，从而合成一个整体工作面全景画面，使安装有采煤机与刮板输送机VR监测程序的监测主机可以对整个全景综采工作面进行监测；其中采煤机与刮板输送机VR监测程序的虚拟数据接口是完成实时数据库服务器中读取采煤机和刮板输送机的内在运行数据和在数据分析服务器读取采煤机和刮板输送机的经过多传感信息融合技术建立的姿态参数，然后对Unity3d中的虚拟采煤机、虚拟刮板输送机进行驱动与控制，实现采煤机与刮板输送机的虚拟监测；所述数据库服务器是储存所有综采工作面设备的实时数据，包括采煤机、刮板输送机、液压支架、其他设备的数据库，实时接收由组态监测上位机群实时存入实际工作面运行的数据；所述组态监测上位机群是一群安装有组态王监测程序的高性能服务器，接收信号采集与传输系统实时采集的数据；所述组态王监测程序包括采煤机与刮板输送机组态王监测程序、液压支架组态王监测程序Ⅰ、液压支架组态王监测程序Ⅱ、液压支架组态王监测程序Ⅲ和其他设备组态王监测程序，分别从信号采集与传输系统实时采集相对应的设备数据；所述信号采集与传输系统是综采工作面设置有无线与有线共存的传输网络，将实时传感系统的信号传输到组态监测上位机群；所述实时传感系统是在综采工作面设置有采煤机实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆建，谢嘉成，王学文，王淑平，李博，李娟莉，王义亮，孙政，王亚飞，张庆，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14