一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统及方法，该系统包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器；该方法实时采集掘进机上的设备运行相关数据、获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将设备运行相关数据和生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；通过订阅采集实时解析设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据；建立掘进机3D模型，贴图渲染后导入到Unity3D中，并建立实时动态监控模型，达到了多角度、全方位掘进机可视化管理，实现了对整个掘进机运行状态的有效监控和管理。掘进机运行状态的有效监控和管理。掘进机运行状态的有效监控和管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统及方法


[0001]本专利技术属于3D建模
，具体涉及一种基于数字孪生的虚拟监控系统及方法。

技术介绍

[0002]数字孪生是以数字化方式拷贝一个物理对象，模拟对象在现实环境中的行为，从而实现从产品设计直到制造执行的全过程数字化，创建一条数字线程，关联期间所有步骤。目前对煤矿采掘工作面用设备的工作进行智能化的管理和控制通过结合互联网技术、云技术和数字孪生技术以及VR技术对工厂内的生产设备状态进行实时监控从而实现虚拟场景远程监控的目的。现有技术中在实际工作中我们首先为实体设备建立一个一对一映射的数字模型，实体设备与数字模型能够实时通讯，及时地掌握彼此的动态变化并实时地做出响应，实体设备的运行状态会如实的体现在数字模型中，通过数字模型能掌握实体设备的运行状态，包括运行参数、故障信息、质量信息等。同时，通过控制数字模型可以控制实体设备的运行。然而现有技术中基于web方式对设备的工艺流程进行虚拟调试和工作状况监控时会出现数据连通过程中中断现象，造成数字模型与实体设备的脱离式运行，不能良好的监管煤矿内实体设备的工作状态。数字孪生技术的发展和矿山自动化、信息化建设实现了矿山生产过程设备的自动化运行和远程控制管理，获取了大量的数字化信息数据，但缺少一种对矿山生产运行状态的全方位、可视化的整体实时动态监控方式，因此，迫切需要一种掘进机实时数据通信服务与虚拟可视化相融合的监控平台，实现掘进机生产过程的实时虚拟监控。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统及方法。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统，包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器；所述生产调度移动终端通过矿区无线局域网或移动互联网与数据服务器通讯，所述数据服务器通过以太网与虚拟监控端服务器进行通讯；所述生产调度移动终端设置于掘进机上；所述生产调度移动终端，用于实时采集掘进机上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；所述设备运行相关数据包括：设备的基本标识、设备的空间位置数据、设备工况数据、设备运行状态数据；所述数据服务器，用于获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；所述生产管理相关数据包括：设备档案、物料档案、状态统计数据、生产报表数据；
所述虚拟监控端服务器搭建有虚拟监控单元，包括用户界面交互模块、消息队列订阅服务模块、数据查询模块、静态3D模型和对象模型管理模块、实时动态监控与路径控制模块；所述用户界面交互模块，用于实时显示矿山生产过程、切换Unity 3D相机、改变场景内容、实时监控矿山生产过程；所述消息队列订阅服务模块，用于进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；所述数据查询模块，用于查询设备运行相关数据和生产管理相关数据；所述静态3D模型和对象模型管理模块，用于建立掘进机3D模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；所述实时动态监控与路径控制模块，用于将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与3D模型和对象模型进行关联，将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径。
[0005]可选地，所述进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析的具体过程为：在接收线程中将广播的消息数据放入消息队列，在解析线程中按照数据服务器广播的数据结构进行异步解析。
[0006]可选地，所述将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与3D模型和对象模型进行关联具体为：根据接收并解析后的设备运行相关数据和生产管理相关数据分别操作虚拟场景中对应3D模型和对象模型；所述操作虚拟场景中对应3D模型和对象模型，包括进行对象模型的移动、对象模型的状态变化、实时消息内容提醒、数据查询信息生成，实现数据驱动的掘进机工作场景更换和生产状态实时转变。
[0007]一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统及方法，包括以下步骤：步骤1：通过生产调度移动终端实时采集掘进机上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；步骤2：通过数据服务器获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；步骤3：通过虚拟监控端服务器订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；步骤4：通过虚拟监控端服务器建立掘进机3D模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；步骤5：通过虚拟监控端服务器将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与3D模型和对象模型进行关联；步骤6：通过虚拟监控端服务器将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型；步骤7：通过实时动态监控模型对掘进机生产状态和工作过程进行实时监控，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径，查询设备运行相关数据和生产管理相关数据。
附图说明
[0008]图1为本专利技术具体实施方式中基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统的结构示意图；图2为本专利技术具体实施方式中基于数字孪生的掘进机虚拟监控方法的流程图。
具体实施方式
[0009]下面结合附图对本专利技术具体实施方式加以详细的说明。
[0010]本专利技术提出一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统及方法，解决矿山各类生产管理数据的高效广播订阅方法。实现从数据服务器系统获取掘进机实时生产管理的数据，并在掘进机静态3D模型的基础上，实现以数据驱动的整个矿山动态3D模型及场景，是对整个掘进机生产过程的全方位、多角度实时虚拟监控和3D可视化管理的一种实现方法和途径，具有不错的应用前景。
[0011]一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统，如图1所示，包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器。
[0012]生产调度移动终端通过矿区无线局域网或移动互联网与数据服务器通讯，数据服务器通过以太网与虚拟监控端服务器进行通讯。
[0013]生产调度移动终端设置于掘进机上；生产调度移动终端，用于实时采集掘进机上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；设备运行相关数据包括：设备的基本标识、设备的空间位置数据、设备工况数据、设备运行状态数据。
[0014]数据服务器，用于获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；生产管理相关数据包括：设备档案、物料档案、状态统计数据、生产报表数据。
[0015]本实施方式中，通过数据服务器将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过消息队列服务平台按照固定协议和数据结构进行广播，实现实时采集到的生产管理相关数据可以在矿区无线局域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的掘进机虚拟监控系统，其特征在于，包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器；所述生产调度移动终端通过矿区无线局域网或移动互联网与数据服务器通讯，所述数据服务器通过以太网与虚拟监控端服务器进行通讯；所述生产调度移动终端设置于掘进机上；所述生产调度移动终端，用于实时采集掘进机上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；所述设备运行相关数据包括：设备的基本标识、设备的空间位置数据、设备工况数据、设备运行状态数据；所述数据服务器，用于获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；所述生产管理相关数据包括：设备档案、物料档案、状态统计数据、生产报表数据；所述虚拟监控端服务器搭建有虚拟监控单元，包括用户界面交互模块、消息队列订阅服务模块、数据查询模块、静态3D模型和对象模型管理模块、实时动态监控与路径控制模块；所述用户界面交互模块，用于实时显示矿山生产过程、切换Unity 3D相机、改变场景内容、实时监控矿山生产过程；所述消息队列订阅服务模块，用于进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；所述数据查询模块，用于查询设备运行相关数据和生产管理相关数据；所述静态3D模型和对象模型管理模块，用于建立掘进机3D模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；所述实时动态监控与路径控制模块，用于将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与3D模型和对象模型进行关联，将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的掘进机的虚拟监控系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建卓，陈高汉，胡彪，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：