一种煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统技术方案

本发明专利技术提供了一种煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统，涉及煤矿工作面数字孪生与远程控制技术领域。该系统包括物理实体、边缘智能网关、数据处理服务器、模型训练服务器和渲染仿真服务器，在物理架构上呈设备层、数据层及仿真层的三级分布式架构，采用标准化网络通讯协议进行通信，并提供时序动作仿真模式、实时数据驱动运行模式和数据驱动仿真优化模式三种运行模式。本发明专利技术通过构建煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统，能够充分发挥系统计算性能，有利于增强系统的鲁棒性和安全可靠性，提高数据资源的可共享性；同时，本发明专利技术基于上述分布式系统和运行模式的综采工作面虚拟仿真决策系统对煤机装备实体实施运行控制，可实现虚拟综采工作面与实体综采工作面的同步监测和最优运行。的同步监测和最优运行。的同步监测和最优运行。

A three-dimensional virtual simulation decision-making distributed system for fully mechanized coal mining face

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统


[0001]本专利技术属于自动化采煤
，具体涉及一种煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统。

技术介绍

[0002]综采工作面是煤矿生产的第一现场，但开采环境恶劣，经常突发危险情况。智能化煤矿建设过程中可采用虚拟现实、数字孪生等新一代技术与传统采矿工业相结合，基于物理综采面构建虚拟综采面，通过实时数据分析、仿真物理综采面运行工况，并将分析预测结果反馈给物理综采面，为自适应采煤提供虚拟仿真实时交互环境，提升煤矿自动化生产水平，达到安全高效开采的目的。
[0003]当前，煤矿数字孪生技术尚处于创新初始阶段。申请号为202011263636.7的专利技术专利提出一种煤矿综采工作面透明化数字孪生自适应开采系统和方法，该专利技术构建数字孪生三维虚拟开采系统，通过信息驱动虚拟场景中的孪生模型，实现井下采煤作业场所的感知、监控、预测等功能。
[0004]数字孪生技术的核心要素是模型和数据，基于海量数据分析结果驱动仿真模型运行，从而决策实际工作面装备运行情况。上述专利技术方案尽管能够完成煤矿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统，其特征在于，包括：煤机装备实体、边缘智能网关、数据处理服务器、模型训练服务器和渲染仿真服务器；所述煤机装备实体、边缘智能网关、数据处理服务器、模型训练服务器和渲染仿真服务器在物理架构上呈设备层、数据层及仿真层的三级分布式架构，各层级间具备物理隔离防护，并采用标准化网络通讯协议进行通信；所述煤机装备实体至少包括液压支架、采煤机、刮板机、破碎机、转载机及其状态监测传感器和PLC控制器；所述的边缘智能网关用于实时采集所述煤机装备实体的状态监测传感器的监测数据，并进行数据预处理和数据传输；所述的数据处理服务器用于实现数据存储、统计分析和数据分发及驱动；所述的模型训练服务器用于对多源感知数据、视频数据以及历史数据进行综合分析挖掘，通过训练实现系统监控数据的特征识别与预测，并构建工作面装备实体动作预测模型，将训练好的模型发送至数据处理服务器运行；所述的渲染仿真服务器用于构建和运行虚拟场景与仿真模型，根据数据处理服务器计算结果驱动仿真模型完成虚拟动作，并进行模型渲染与可视化展示。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘智能网关采集的数据至少包括工作面地理信息数据、工作面煤机装备实体状态监测数据、工作面环境监测数据及工作面视频监测数据；所述工作面地理信息数据具体是：在工作面巷道及切眼掘进完毕后，通过巷道顶底板扫描、定向钻探及物探方式得到的工作面切眼顶底板高度数据和工作面两巷顶底板高度数据；所述工作面煤机装备实体状态监测数据至少包括：液压支架、采煤机、刮板机、破碎机及转载机等运行状态监测传感器数据；所述工作面环境监测数据至少包括人员定位数据、顶板压力数据、通风瓦斯数据及温度数据；所述工作面视频监测数据具体指：利用安装在液压支架的摄像头采集的视频图像进行检测的数据，至少包括多个液压支架护帮板的打开角度及多个刮板机的位置。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述边缘智能网关，具体用于自适应识别所述煤机装备实体状态监测传感器的通讯协议，对采集数据进行包括滤波、去除粗大误差、点表对应、特征提取及视频图像特征识别在内的预处理，并实现数据实时采集与控制指令的双向高效传输。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理服务器包括：数据采集模块、实时数据库、历史数据库、数据处理模块、数据驱动模块、数据同步模块、指令接收模块和指令发送模块；所述数据采集模块，用于采集所述边缘智能网关传输的煤机装备实体的监测传感器的状态数据和PLC控制器的控制数据，环境数据、视频识别数据等；所述实时数据库，用于存储驱动工作面虚拟仿真动作的实时数据；所述历史数据库，用于存储所述数据采集模块采集的全部数据和所述数据处理模块处理后的数据；
所述数据处理模块，用于对数据进行统计分析和特征挖掘，具体为：对所有采集到的数据进行时间戳对应检测及处理、基于支架工作阻力提取支架循环末阻力和初撑力、基于液压支架顶梁倾角、掩护梁倾角和底座倾角计算支架采高，以及基于立柱工作阻力和倾角数据计算支架顶梁受力和受力作用点；所述数据驱动模块，用于定时将所需数据发送至所述渲染仿真服务器，以驱动虚拟设备运行；所述数据同步模块，用于将边缘智能网关、数据处理服务器、渲染仿真服务器之间的数据进行时间同步；所述指令接收模块，用于接收来自所述渲染仿真服务器的控制指令发送模块的控制信号；所述指令发送模块，用于发送所述控制信号至所述煤机装备实体的PLC控制器。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据同步模块定时发送数据采集指令至边缘智能网关和数据驱动模块，以保证数据驱动模块的发送数据频率和边缘智能网关的数据采集频率相同；或者，由于个别传感器的采样频率无法统一，所述边缘智能网关实际数据采样频率较低，无法与数据驱动模块的发送数...

【专利技术属性】
技术研发人员：任怀伟，杜毅博，范京道，巩师鑫，李川，赵国瑞，王春刚，张乘风，肖松，李健，
申请(专利权)人：陕西延长石油巴拉素煤业有限公司，
类型：发明
国别省市：