一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统，结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；为虚拟场景添加设备监控

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统


[0001]本专利技术属于矿用设备控制系统领域，尤其是涉及一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统
。

技术介绍

[0002]采矿作业的过程中人员安全是最需要注意的问题，为了避免事故的发生，矿场会安排测量人员在矿脉周围进行勘探，采集矿下的环境数据及矿脉周边的地质数据，将收集到的数据交由分析人员进行数据分析，通过数学计算及统计，对当前的矿脉周边的地质条件进行评估，得到安全性报告
。
[0003]同时为防止矿用设备在工作过程中因故障导致的安全问题及效率问题，往往会安排检修人员定期对设备进行检测，从而判断是否需要对设备进行维修或更换
。
[0004]但是上述方式在实际的采矿作业中，消耗了大量的人力，且因为需要工作人员进行实地探测，导致数据的延后性较高，使得矿下作业的安全性不足，且影响工作效率
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统，以期解决上述部分技术问题中的至少之一
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，包括：
[0008]结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；
[0009]为虚拟场景添加设备监控
、
智能预警
、
路径规划功能，其中：
[0010]设备监控功能，通过实时监测矿用设备进行故障警报及健康诊断；
[0011]智能预警功能，通过机器学习和数据分析技术，对矿用设备及工作面环境进行预测分析，并进行预警；
[0012]路径规划功能，通过数字孪生技术进行矿井内的路径规划
。
[0013]设备监控功能对矿用设备进行故障警报的过程为：
[0014]将实时采集到的设备温度
、
压力
、
湿度
、
电流
、
振动数据通过
Modbus
发送至数据网关并发布；
[0015]矿用设备操作系统通过
mqtt
进行数据订阅从而接收设备数据，根据设备的实际情况设置相应的变量阈值；
[0016]当设备数据的值超过相应的变量阈值时，矿用设备操作系统根据当前设备数据与变量阈值之间的关系，将系统内记录的对应故障信息发送给工作人员；
[0017]若系统数据库内无法找到与当前故障情况对应的故障信息，则记录当前故障信息至系统数据库
。
[0018]设备监控功能对矿用设备进行健康诊断的过程为：
[0019]通过传感器采集设备的实时数据，并从采集到的数据中提取特征指标；
[0020]将提取到的特征指标进行归一化处理，将其映射到一个统一的区间；并为每个特征指标设置权重，代表其对设备健康度的重要程度；
[0021]根据数据归一化和权重设置，计算设备的健康度值，并对计算得到的健康度值进行评估，根据评估结果将设备的健康度划分为不同等级；
[0022]将评估结果及设备的健康度反馈给工作人员
。
[0023]智能预警功能分析矿用设备及工作面环境进行预测分析的过程为：
[0024]读取矿用设备的设备数据，对设备数据进行清洗
、
标准化
、
归一化处理，分析设备数据的规律与趋势，基于数据分析的结果建立预测模型，得到不同状况下的未来设备数据预测结果，根据预测结果进行预警
。
[0025]路径规划功能为工作人员提供矿井内路径规划的过程为：
[0026]获取矿山地图信息及导航网格信息，创建角色的路径规划逻辑，启动路径规划，设置目标点，调用路径规划
API
，获取路径规划的结果；
[0027]在
Tick
函数中获取角色位置，获取目标位置计算并规划运动路径，根据运动路径控制角色移动并记录移动轨迹；
[0028]根据移动轨迹及矿井的内部环境进行碰撞检测，根据检测结果修正路径得到安全的矿井内路径
。
[0029]本专利技术第二方面提供了一种基于数字孪生技术的矿用设备控制系统，其特征在于，包括：
[0030]系统客户端组件，提供设备监控功能
、
漫游巡检功能，用于监控设备运行状态
、
环境参数
、
安全指标；
[0031]数据透传组件，用于接收
、
解析并转发各类设备数据
、
环境数据
、
人员数据
、
生产数据
、
安全数据，对设备进行远程控制操作；
[0032]模型数据库，存储各类场景模型
、
设备模型
、
用于模拟系统运行及预测性能，并基于数字孪生技术进行仿真和预测；
[0033]UI
数据库，提供数据可视化功能
、
智能预警功能
、
路径规划功能；
[0034]系统管理端组件，用于系统管理
、
权限管理
、
资源管理；
[0035]交互逻辑数据库，定义用户交互方式
、
场景交互逻辑
、
数据交互机制
、
决策支持与可视化展示
。
[0036]矿用设备控制系统的硬件设备包括：
[0037]头戴显示器，提供立体的虚拟场景，内置系统客户端组件；
[0038]操作控制器，与头戴显示器及系统客户端组件连接，提供与虚拟场景进行交互的功能；
[0039]设备传感器，捕捉矿用设备的动作及矿用设备周围的环境数据，通过数据传透组件为系统客户端组件提供输入数据；
[0040]摄像头，拍摄并记录矿用设备的动作
、
状态
、
周围环境，提供矿井内场景及矿用设备的图像数据，用于虚拟场景与现实环境的融合
。
[0041]本专利技术第三方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述第一方面
任一所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法
。
[0042]本专利技术第四方面提供了一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第一方面任一所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法
。
[0043]本专利技术第五方面提供了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于，包括：结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；为虚拟场景添加设备监控
、
智能预警
、
路径规划功能，其中：设备监控功能，通过实时监测矿用设备进行故障警报及健康诊断；智能预警功能，通过机器学习和数据分析技术，对矿用设备及工作面环境进行预测分析，并进行预警；路径规划功能，通过数字孪生技术进行矿井内的路径规划
。2.
根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：设备监控功能对矿用设备进行故障警报的过程为：将实时采集到的设备温度
、
压力
、
湿度
、
电流
、
振动数据通过
Modbus
发送至数据网关并发布；矿用设备操作系统通过
mqtt
进行数据订阅从而接收设备数据，根据设备的实际情况设置相应的变量阈值；当设备数据的值超过相应的变量阈值时，矿用设备操作系统根据当前设备数据与变量阈值之间的关系，将系统内记录的对应故障信息发送给工作人员；若系统数据库内无法找到与当前故障情况对应的故障信息，则记录当前故障信息至系统数据库
。3.
根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：设备监控功能对矿用设备进行健康诊断的过程为：通过传感器采集设备的实时数据，并从采集到的数据中提取特征指标；将提取到的特征指标进行归一化处理，将其映射到一个统一的区间；并为每个特征指标设置权重，代表其对设备健康度的重要程度；根据数据归一化和权重设置，计算设备的健康度值，并对计算得到的健康度值进行评估，根据评估结果将设备的健康度划分为不同等级；将评估结果及设备的健康度反馈给工作人员
。4.
根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：智能预警功能分析矿用设备及工作面环境进行预测分析的过程为：读取矿用设备的设备数据，对设备数据进行清洗
、
标准化
、
归一化处理，分析设备数据的规律与趋势，基于数据分析的结果建立预测模型，得到不同状况下的未来设备数据预测结果，根据预测结果进行预警
。5.
根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：路径规划功能为工作人员提供矿井内路径规划的过程为：获取矿山地图信息及导航网格信息，创建角色的路径规划逻辑，启动路径规划，设置目标点，调用路径规划
API
，获取路径规划的结果；在
Tick
函数中获取角色位置，获取目标位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张远，马钰婕，齐万增，刘瑀驰，韩阳，
申请(专利权)人：天津华宁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：