虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究

2020-03-02 06:15:24 来源：范文大全收藏下载本文

0-10-12;修订日期: 2000-11-20 作者简介:李珍香(1967-),女,现在阳泉煤炭专科学校从事教学与科研工作。

虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究

李珍香1, 杜红兵1,2, 夏征义2 (11山西阳泉煤炭专科学校,山西阳泉045001; 21中国矿业大学北京校区,北京100083) 摘要:介绍了虚拟现实技术及该技术在煤矿安全中应用的必要性和可行性,并提供了该应用领域中编制虚拟现实软件的工具。关键词:虚拟现实;煤矿安全;应用

中图分类号:TD7

文献标识码:A

文章编号:1008-8725 (2000) 06-0027-02 0 引言

多年以来,煤炭科技的发展,使得煤矿安全技术水平有了很大的提高,但是由于本身所处的自然条件,煤炭行业仍然被认为是比较危险的行业,各种事故(如顶板冒落、火灾、瓦斯煤尘爆炸等)的发生严重威胁着矿工的生命安全和煤炭生产的正常进行。在各种灾害事故中,矿井火灾是煤矿主要灾害之一,据统计,在全国统配煤矿和重点煤矿中,有自燃发火危险的矿井约占47%。当矿井火灾发生后,火势发展迅猛,变化复杂,影响范围广,往往造成人员伤亡和财产的损失,极易酿成重大灾害事故[1]。在救灾时,救灾行动的成功与否取决于救灾人员能否迅速、正确地决策并实施,而这些又取决于救灾人员的素质和他们平时训练水平。然而在矿山救护队的平时训练中,传统的训练方法很难给他们提供一个与真正的矿井灾害相近的训练环境,这样他们在救灾时,由于缺乏亲身的感受和实践经验,面对井下灾害时期极其危险复杂的场面,就很可能不知所措,而不能正确运用平时训练中学来的理论和技术[2]。虚拟现实技术完全可以模拟一个真正的矿井灾害和在火灾时期矿井的风流和烟流流动情况,并实时采取一些救灾措施,把救灾措施的效果逼真地反映给参与者。救护人员可以通过进入这个虚拟的环境,尝试采取各种各样的救灾措施,从而获得训练[3~4]。虚拟现实还可以模拟一个已发生的事故,便于调查事故原因,吸取事故教训。 1 虚拟现实技术[5]

虚拟现实,作为一门新兴的交叉学科,是当今计算机界广泛关注的一个热点。特别是VRML这一基于WWW上虚拟现实建模语言的出现和发展更推动了虚拟现实技术的发展。

虚拟现实来自于英文/Virtual Reality0(VR),它是利用计算机生成一种模拟环境(如飞机驾驶舱,分子结构世界等),通过多种传感设备使用户/沉浸0到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。实际上它就是一种先进的人机接口,通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担,提高整个系统的工作效率。它是多年以来在实时图像显示技术、控制理论、数据库设计、机器人技术、多媒体技术、立体声、跟踪定位技术、计算机辅助设计和影视技术基础上发展的结果。它可以完全彻底地转化人们的想象力,可以在计算机中产生另一种境界,然后将境界的有关信息传给人的感觉器官,使人们获得一种全新的感受,让人觉得他的确是在另外一个三维世界中。

VR技术具有以下四个重要特征: (1)多感知性(Multi-Sensory)。所谓多感知,就是说除一般计算机技术所具有视觉感知外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至还应该包括味觉感知、嗅觉感知。 (2)存在感(Presence)。又称为临场感(Immer-sion),是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。

(3)交互性(Interaction)。指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)。

(4)自主性(Autonomy)。指虚拟环境中的物体依据物理定律动作的程度。 2 国内外研究现状

随着虚拟现实技术的兴起和发展,有关它的应用也得到了很大的发展,目前在军事、航空航天、医学、建筑工程、娱乐方面的应用研究比较多。比如,医学上的虚拟解剖,建筑上的辅助设计,军事上的虚拟现实飞行模拟训练及联网战场模拟,以及各种各样精彩的虚拟现实游戏等等。虚拟现实已经形成了一个很大的潜在市场。

但是在煤炭行业,虚拟现实的应用研究还不是很多。英国的诺丁汉大学矿产资源工程系的AIMS研究小组利用虚拟现实技术模拟了一个井下房柱式开采系统。人们可以随时从真三维的各个方位观察这个开采系统中各个设备的运转情况及整个系统的运行状况,还可以实时的改变开采系统的配置,系统自动给出各种情况下的效率参数,通过对比来获得最佳的开采效率下的设备和人员配置。他们还模拟了露天矿的交通安全训练与教育系统,井下矿车出轨撞人的场景[3,4]。现有国内的安全技术及工程的各种理论技术已经相当丰富并且还在不断发展,但虚拟现实技术作为一门新技术在煤炭行业的安全技术中的应用研究可以说还是一个空白。 3 矿井灾害的虚拟现实技术模拟及意义

用虚拟现实技术来模拟一个真正的矿井灾害,使人们更彻底更直观地了解矿井灾害的各方面因素,从而更有效地采取防灾和救灾措施。用Visual C++程序设计语言、Open GL程序设计语言、虚拟现实建模语言VRML、Visual J++程序设计语言、计算机图形学等知识编制虚拟现实软件,主要模拟采区的通风系统,当运输巷皮带跑偏与机架磨擦引起火灾时,先是自动喷淋系统喷水灭火;如果火灾发生蔓延,就模拟火的蔓延过程;工程人员关闭风门的过程;矿工撤退的过程;人员的巷道中行走时,烟流对人员造成的影响等。以及救护人员采用水龙头喷水灭水时,如果在上风侧灭火,发生的烟流滚退现象等。

为此,该虚拟过程的实现有着重要的意义:它可以减少矿山救护时的实际训练费用,并大大减少训练时的危险性,而且还可以不受时间、地点、天气的影响,任意设置实际灾害中可能出现的一些特殊情况。它也可以提高煤矿安全及生产管理人员的安全意识,提高管理水平,预防重大灾害的发生,提高矿井救灾人员处理灾害的决策应变水平,并把矿井灾害的伤亡和损失降到最低。同时可以协助调查事故原因。另外,通过软件演示可以实现矿井安全救灾防灾的实际培训。 4 结束语

虚拟现实技术的应用具有巨大实用性、真实性和灵活性。随着这种技术研究工作的不断深入和相关技术的发展(I/O设备的普遍使用、视频显示质量的提高以及功能很强且易于使用的软件的实用化),它在煤矿安全中的应用一定会有更广阔的前景。参考文献: [1] 周心权,吴兵1矿井火灾救灾理论与实践[M]1北京:煤炭工业出版社,19961 [2] 戚宜欣,秦跃平1矿井通风安全技术与管理[M]1北京:煤炭工业出版社,19981 [3] Aims ResearchUnit.Board and Pillar SystemUserManual.Department of Mineral Resources Engineering University of Nottingham.[4] Aims Research Unit.VR System General User Manual.Department of Mineral Resorurce Engineering University of Nottingham1 [5] 俞志和,曾建超1虚拟现实技术[M]1大连:大连理工大学出版社,19961 Application of VR technology in mining safety

LI Zhen xiang1DUHong-bing

1、2XIA Zheng-yi2 (1.Yangquan Training Iustitute of Coal,Yangquan 045001 China; 2.China Univ.of Mining&Tech.,Beijing Campus,Beijing 100083,China) Abstract:This paper introduces VR technology and its application in minning safety and presentes the programming tools of VR technology in this field.Key words:VR; minning safety; application

煤炭技术

2000年