煤矿安全作业模拟培训系统技术方案

一种煤矿安全作业模拟培训系统，属于模拟技术领域，主要解决煤矿井下安全作业培训的问题，包括存储有应用软件的处理单元，用以模拟煤矿井下安全作业的过程且包括煤矿井下场景数字地描述的三维场景模型以及可影响三维场景模型的虚拟操作工人的虚拟环境，用以显示模拟环境中所述虚拟操作工人的动作及与虚拟场景模型的交互作用的显示屏，以及用以控制虚拟操作工人的物理步进的控制装置。本实用新型专利技术不仅提供了一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使使用者可在虚拟环境中完成各种作业操作，从而达到不下煤矿井而得到实际井下环境训练的效果，而且使煤矿工人在此虚拟环境中通过操纵鼠标键盘等步进装置实现了各种煤矿机械和数据检测作业的训练。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于模拟
，涉及一种煤矿安全作业模拟培训系统。
技术介绍
长期以来，安全生产问题成为煤炭开采行业所面临的最主要的问题之一。加大安 全管理力度，保障安全生产是政府、煤矿企业要解决的主要课题。在保障煤矿安全生产的各 个环节中，煤矿职工安全作业培训是最重要的环节。但是，目前煤矿安全作业培训仍然仅限 于空洞的解说，或借助于简单的视频、图像等材料，收效甚微。尤其对于煤矿新工人的培训， 传统的培训方式很难在受训者内心形成很好的感性认识，如果通过实际的现场训练又会增 加安全事故的发生概率，而且煤矿各工种作业环境复杂，机械造价昂贵，通过现场训练成本 非常高。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本技术所要解决的技术问题在于提供一种 煤矿安全作业模拟培训系统，提供一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使用者可在虚 拟环境中完成各种作业操作，从而达到不下煤矿井而得到实际井下环境训练的效果。本技术解决其技术问题所采取的技术方案是一种煤矿安全作业模拟培训 系统，包括存储有应用软件的处理单元、分别与处理单元相连的显示屏和控制装置，其特征 是，所述处理单元用以提供在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过程的虚拟环境，所述环境 包括煤矿井下场景数字地描述的虚拟场景模型以及可影响所述虚拟场景模型的虚拟操作 工人，所述控制装置为鼠标和/或键盘，用以控制所述虚拟操作工人的物理步进，所述显示 屏用以显示模拟环境中所述虚拟操作工人的动作及与虚拟场景模型的交互作用，其中，所 述场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区域，相邻的观察区 域之间的部分为连接部。进一步地，所述处理单元为装置有3D图形卡的个人计算机，用以提供逼真的三维 虚拟场景。该种煤矿安全作业模拟培训系统模拟在煤矿井下安全作业的过程包括以下步 骤装入所述的虚拟场景模型和虚拟操作工人，建立所述虚拟场景模型的观察区域列表和所述虚拟操作工人的操作序列表，根据当前激活相机的位置，检测相机所在的观察区域，将该区域以及与该区域相 连的连接部的所有物体确定为需要渲染的对象，检查控制消息，如果有对虚拟操作工人的控制信息，执行相关动作操作及对其进 行技能评测的步骤，否则，转入对观察区域以及与其相连连接部的所有物体的渲染的步骤，根据控制消息的内容从动作数据库中调用对应的虚拟操作工人和机器、检测设备 的动作动画数据，并将该动作标示加入操作序列表，根据操作流程列表与操作序列表的对照，对相关动作操作进行技能评测，如果操 作正确，原技能分数数值不变，如果操作不符合操作规程，扣除相关错误程度分数，并修改 原技能分数为相应数值，对观察区域以及与该区域相连的连接部的所有物体的渲染。由于煤矿的通风、运输系统非常复杂，巷道较多，井下场景中模型数目较大，整个 系统数据量较大，为了改善运行性能，以达到实时数据显示的要求，本技术采用了区域 分割法。相机在场景模型中某处只能看到的场景中部分物体，将整个场景中不同区域进行 分割为多个观察区域和连接部。当观察相机在某个区域时，事先进行判断相机处于哪个区 域，计算机只渲染相机所在的观察区域和与该区域相连的连接部的物体，而其他的区域为 看不到的区域，将被裁减掉，不进行渲染。本技术的有益效果是，它不仅提供了一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环 境，使使用者可在虚拟环境中完成各种作业操作，从而达到不下煤矿井而得到实际井下环 境训练的效果，而且使煤矿工人在此虚拟环境中通过操纵鼠标键盘等控制装置实现了各种 煤矿机械和数据检测作业的训练。本技术采用了区域分割法，这样有效地加快了渲染 速度，实现了使用者实时观看操作动作和操作效果。以下结合附图对本技术进一步说明附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术模拟煤矿安全作业过程的流程图。具体实施方式如图1所示，一种煤矿安全作业模拟培训系统，包括存储有应用软件的处理单元 1、分别与处理单元相连的显示屏2和控制装置3，所述处理单元1可为装置有3D图形卡的 个人计算机，用以提供在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过程的虚拟环境，所述环境包括 煤矿井下场景数字地描述的虚拟场景模型以及可影响所述虚拟场景模型的虚拟操作工人， 所述控制装置3为鼠标和/或键盘，用以控制所述虚拟操作工人的物理步进，所述显示屏2 用以显示模拟环境中所述虚拟操作工人的动作及与虚拟场景模型的交互作用，其中，所述 场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区域，相邻的观察区域 之间的部分为连接部。图2是本技术模拟煤矿安全作业过程的流程图。如图2所示，该种煤矿安全 作业模拟培训系统模拟在煤矿井下安全作业的过程包括以下步骤步骤100:工作开始；步骤101 装入虚拟场景模型；步骤102 建立所述场景模型的观察区域列表和所述虚拟操作工人的操作序列 表；步骤103 根据当前激活虚拟相机的位置，检测虚拟相机所在的观察区域，将该观 察区域及与其相连连接部的所有物体确定为需要渲染的对象；步骤104 检查控制消息，如果有对虚拟操作工人的控制信息，执行步骤105否则，转入步骤107 ；步骤105 根据控制消息的内容从动作数据库中调用对应的虚拟操作工人和机 器、检测设备的动作动画数据，并将该动作标识加入操作序列表；步骤106 根据操作流程列表与操作序列表的对照，对相关动作操作进行技能评 测，如果操作正确，原技能分数数值不变，如果操作不符合操作规程，扣除相关错误程度分 数，并修改原技能分数为相应数值；步骤107 对观察区域及与其相连连接部的所有物体或当前相机所在连接部及其 连接两个区域中的所有物体进行渲染；步骤108 操作是否结束？如果结束执行步骤109，否则，转入步骤103 ；步骤109 工作结束。其中，所述动作动画是与在煤矿井下场景的真实目标的自然运动对应的循环。本技术不仅提供了 一个类似真实煤矿井下的虚拟操作环境，使用者可在虚拟 环境中完成各种作业操作，从而达到不下井而得到实际井下环境训练的效果，而且使煤矿 工人在此虚拟环境中通过操纵鼠标键盘等步进装置实现了各种煤矿机械和数据检测作业 的训练。权利要求1.一种煤矿安全作业模拟培训系统，包括存储有应用软件的处理单元、分别与处理单 元相连的显示屏和控制装置，其特征是，所述处理单元用以提供在煤矿井下场景模拟煤矿 安全作业过程的虚拟环境，所述虚拟环境包括煤矿井下场景数字地描述的虚拟场景模型以 及可影响所述虚拟场景模型的虚拟操作工人，所述控制装置为鼠标和/或键盘，用以控制 所述虚拟操作工人的物理步进，所述显示屏用以显示模拟环境中所述虚拟操作工人的动作 及与虚拟场景模型的交互作用，其中，所述场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景 区域分割为多个观察区域，相邻的观察区域之间的部分为连接部。2.根据权利要求1所述的一种煤矿安全作业模拟培训系统，其特征是，所述处理单元 为装置有3D图形卡的个人计算机。专利摘要一种煤矿安全作业模拟培训系统，属于模拟
，主要解决煤矿井下安全作业培训的问题，包括存储有应用软件的处理单元，用以模拟煤矿井下安全作业的过程且包括煤矿井下场景数字地描述的三维场景模型以及可影响三维场景模型的虚拟操作工人的虚拟环境，用以显示模拟环境中所述虚拟操作工人的动作及本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种煤矿安全作业模拟培训系统，包括存储有应用软件的处理单元、分别与处理单元相连的显示屏和控制装置，其特征是，所述处理单元用以提供在煤矿井下场景模拟煤矿安全作业过程的虚拟环境，所述虚拟环境包括煤矿井下场景数字地描述的虚拟场景模型以及可影响所述虚拟场景模型的虚拟操作工人，所述控制装置为鼠标和／或键盘，用以控制所述虚拟操作工人的物理步进，所述显示屏用以显示模拟环境中所述虚拟操作工人的动作及与虚拟场景模型的交互作用，其中，所述场景模型采用区域分割法将整个煤矿井下场景区域分割为多个观察区域，相邻的观察区域之间的部分为连接部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李大锦，徐兴伟，张志强，王洪彪，曾广东，
申请(专利权)人：山东滕州辰龙能源集团有限公司，李大锦，
类型：实用新型
国别省市：37