申请/专利权人：太原理工大学

申请日：2019-01-23

公开（公告）日：2023-05-26

公开（公告）号：CN109783962B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F3/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.05.26#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：一种基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法是将虚拟综采装备经模型刚体化修补后，与虚拟煤层进行虚拟接触，进而模拟装备井下运行信息；所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层，虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照循环点和装备点构造出来的，虚拟实时更新煤层是通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行MESH网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和虚拟实时更新煤层属性的有无和显示，实时更新虚拟煤层数据信息，真实再现井下煤层环境下装备自适应推进过程，本方法替代以往坐标点定位虚拟装备进行虚拟仿真的方法，为透明开采和精准开采提供理论基础。

主权项：1.一种基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述仿真方法是将虚拟综采装备经模型刚体化修补后，与虚拟煤层进行虚拟接触，进而模拟装备井下运行关键信息，完成模拟实际煤层环境下综采装备协同采煤与煤体清晰展现情况；所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层，虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照循环点和装备点构造出来；虚拟实时更新煤层是通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行MESH网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和虚拟实时更新煤层属性的有无和显示，实时更新虚拟煤层数据信息，为虚拟装备进行接触反作用，真实再现井下煤层环境下装备自适应推进过程；所述虚拟装备包括虚拟采煤机、虚拟刮板输送机和虚拟液压支架，其三种虚拟装备相互作用并分别与虚拟煤层进行接触，进而确定虚拟装备运行特征。

全文数据：基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法技术领域本发明涉及一种在虚拟环境下建立数字化综采工作面的实现方法，尤其是一种在虚拟现实仿真引擎Unity3d下建立一种与真实综采工作面装备及地理环境完全一致的装备协同推进的方法与系统。背景技术用虚拟现实技术去清晰展现和模拟井下综采工作面装备的运行工况已成为研究热点，主要研究方法是将综采装备与煤层全部数字化展示出来，然后进行相关行为编译，进而进行仿真，当前关于数字化煤层建模方面的研究，主要是对煤矿的地质数据进行处理，使其可视化显示，并未将实际的综采装备运行的真实工况展现出来。现有技术中，王金华在《TheRecentTechnologicalDevelopmentofIntelligentMininginChina》文章中提出了实时3D虚拟工作面智能控制系统的技术构想，包括以地质数据库、扫描路径和3D射线重构的3D虚拟工作面模型，实时GIS更新模型指导工作面的运行路径、截割路径和装备运行状态，以及以记忆截割和滚筒自动调高为主的工作面智能控制技术。申请号为201510774205.X的“一种基于地理信息系统的综采设备数字样机分析系统与方法”，该发明包括地质数据库、开采方案构建模块、地质环境分析模块、数字样机分析模块以及设备性能评估模块；还包括一种利用该系统分析方法：根据地质数据库建立矿区地理信息系统；将各煤层开采方案转换为地质环境中综采设备的推进路径及坐标数据，将截割工艺方案转换为综采设备运行参数，并将所述综采设备运行参数与推进路径及坐标关联；沿着推进路径提取局部地理环境信息及关联的设备运行参数，转换为载荷及边界条件施加于综采设备的数字三维模型进行运行仿真及性能分析，进行综合性能评估；该发明根据复杂的地质环境对综采设备的性能进行全面可靠、有效的分析并对综采设备进行性能评估及预警。申请号为201711010586.X的“一种基于透明工作面的采煤方法和系统”，该发明提供一种基于透明工作面的采煤方法，通过煤层震波CT检测、巷探、钻探等技术手段，构建工作面智能化开采模型；在采煤机机身安装高精度惯性导航系统获得采煤机的三维空间绝对定位和行进轨迹，结合工作面光纤微震信号和采煤机微震信息，拟合修正三维信息系统；实现采煤机滚筒基于截割模板的智能化控制和液压支架的智能化直线度控制；通过三维虚拟现实系统将工作面的情况实时反映到地面调度指挥中心，实现工作面少人或无人化开采，提高煤矿的智能化开采水平。但是上述方法的缺陷在于：1）完成在水平理想底板条件下的初步仿真，此种情况下，不需考虑刮板输送机在起伏的底板上铺设、液压支架群的真实布置、采煤机在刮板输送机上的真实行走和截割曲线真实的复现与有效分析；2）没有完整设备与地理环境在虚拟现实环境下的表达方法，主要是通过推进路径及坐标数据对综采装备运行进行定位，计算机实时运算压力大，不能进行仿真，导致虚拟呈现出的装备运行状态与实际差距过大，远远尚未达到与实际工作面运行状态实时对应，让虚拟工作面失去了意义；因此，亟待需要一种新的虚拟仿真方法。发明内容本发明要解决的具体技术问题是如何在虚拟环境下建立一种与真实综采工作面装备及地理环境完全一致的装备协同推进的方法，并提供一种基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法。本发明所采取的技术措施方案如下。一种基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法是将虚拟综采装备经模型刚体化修补后，与虚拟煤层进行虚拟接触，进而模拟装备井下运行关键信息，完成模拟实际煤层环境下综采装备协同采煤与煤体清晰展现的情况；所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层，虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照循环点和装备点构造出来，虚拟实时更新煤层是通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行MESH网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和虚拟实时更新煤层属性的有无和显示，实时更新虚拟煤层数据信息，为虚拟装备进行接触反作用，真实再现井下煤层环境下装备自适应推进过程，本方法替代以往坐标点定位虚拟装备进行虚拟仿真的方法，为透明开采和精准开采提供理论基础。所述虚拟装备主要包括虚拟采煤机、虚拟刮板输送机和虚拟液压支架，其中三种虚拟装备相互作用并分别与虚拟煤层进行接触，进而确定虚拟装备运行特征。上述虚拟采煤机和虚拟刮板输送机的仿真方法为现有技术；上述虚拟采煤机和虚拟煤层的仿真是虚拟采煤机往复行走对虚拟煤层截割，实时记录顶底板截割点，存入XML数据点中，Mesh网络实时读取顶底板点生成截割曲线，与上一循环的点进行连接进行Mesh网络的构造，并实时更新虚拟煤层模型；上述虚拟刮板输送机和虚拟煤层的仿真是在每个虚拟中部槽底部修补一个与底部形状完全一致的刚体组件，使其具备刚体接触属性，与虚拟煤层进行接触。每个虚拟中部槽和相应中部槽后用Unity3d软件中的铰链进行连接，并调整连接参数，使整体刮板输送机可以与虚拟煤层底板进行充分接触，自适应地铺设在底板上，为虚拟采煤机提供运行轨道。上述虚拟液压支架和虚拟煤层的仿真是在每个虚拟液压支架底座位置添加一个与底座形状完全一致刚体组件，与虚拟煤层底板进行接触。适应底板后，再对虚拟液压支架顶梁和虚拟煤层顶板进行接触分析，使其能够支撑顶板。上述虚拟液压支架与周围相邻的虚拟液压支架的仿真是在每一个虚拟液压支架从底板到顶板内的工作空间添加一个虚拟Cube碰撞体，在运行模拟过程中，虚拟液压支架与周围相邻的液压支架出现干涉等方式立即触发报警脚本，发出相应指令。上述虚拟刮板输送机和虚拟液压支架间的仿真，主要是通过虚拟液压支架推移机构进行连接，利用推移机构结构解析的结果，编入后台程序，使虚拟刮板输送机和虚拟液压支架在不同的虚拟煤层条件下其能够自适应推进。所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层。上述虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照各循环和各装备点分别构造出的多个虚拟煤层数据网格，进而联合起来组成虚拟固有煤层。地质探测数据点为主要包括震波CT探测、地质钻孔探测、工作面巷道揭露等多源数据驱动的煤层特征点数据，构建分层的虚拟煤层三维空间点云数据，利用逆向工程重构技术ImageWave按照每刀、每循环，构建出虚拟煤层数据网格，分别经过格式转换（UG导出stl文件进入3DMAX转换为fbx格式文件进入Unity3d中），各个文件连接拼接成虚拟煤层。上述固有虚拟煤层包括虚拟顶板、虚拟底板和虚拟煤体三部分。其中虚拟底板和虚拟底板加入MESH组件碰撞体模块。虚拟煤体根据采煤机截割循环逐渐消隐。所述虚拟实时更新煤层是每当采煤机截割过程中，前滚筒截割顶板和后滚筒截割底板曲线进行实时记录，并通过LineRender软件构建新的MESH网格，将对应编号的虚拟固有煤层的编号变为隐藏并不起作用，实时构造新的虚拟顶板和虚拟底板，虚拟刮板输送机和虚拟液压支架均会随着新的虚拟顶板和虚拟底板自动适应，自动推进，自动运行。所述虚拟煤层的更新方法是并通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行Mesh网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和Mesh网格点的有无和显示，实时更新煤层数据信息。所述虚拟装备挂载相应脚本后，就可自主仿真综采装备与煤层时刻推进的状态。本发明上述所提供一种基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法的技术方案，与现有技术相比，具有如下的有益效果。本方法在综采虚拟仿真过程中引入虚拟现实物理引擎，可以将虚拟装备与虚拟煤层进行接触进而来模拟实际装备在煤层上的运行信息，可以提供高精度的煤层接触信息，可以替代坐标推进的方法，完成三维空间虚拟煤层环境下的高仿真推进，完整地再现整个综采工作面运行流程。本方法将装备截割的状态，煤层的状态均能实时更新，完整地展现了煤层的状态。附图说明图1是本发明系统方法组成部分与实现仿真方法图。具体实施方式下面结合附图对本发明具体实施方式做出进一步的说明。如附图1所示，实施本发明上述所提供的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，该仿真方法是将虚拟综采装备经过模型刚体化修补后，与虚拟煤层进行虚拟接触，进而模拟装备井下运行关键信息，完成模拟实际煤层环境下综采装备协同采煤与煤体清晰展现的情况。所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层，虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照循环点和装备点构造出来的，虚拟实时更新煤层是通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行MESH网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和虚拟实时更新煤层属性的有无和显示，实时更新虚拟煤层数据信息，为虚拟装备进行接触反作用，真实再现井下煤层环境下装备自适应推进过程。本方法替代以往坐标点定位虚拟装备进行虚拟仿真的方法，为透明开采和精准开采提供理论基础。其中的虚拟装备主要包括虚拟采煤机、虚拟刮板输送机和虚拟液压支架，其中三种虚拟装备相互作用并分别与虚拟煤层进行接触，进而确定虚拟装备运行特征。其中的虚拟采煤机和虚拟刮板输送机的仿真方法为现有技术；其中的虚拟采煤机和虚拟煤层的仿真是虚拟采煤机往复行走对虚拟煤层截割，实时记录顶底板截割点，存入XML数据点中，Mesh网络实时读取顶底板点生成截割曲线，与上一循环的点进行连接进行Mesh网络的构造，并实时更新虚拟煤层模型；其中的虚拟刮板输送机和虚拟煤层的仿真是在每个虚拟中部槽底部修补一个与底部形状完全一致的刚体组件，使其具备刚体接触属性，与虚拟煤层进行接触。每个虚拟中部槽和相应中部槽后用Unity3d软件中的铰链进行连接，并调整连接参数，使整体刮板输送机可以与虚拟煤层底板进行充分接触，自适应地铺设在底板上，为虚拟采煤机提供运行轨道。其中的虚拟液压支架和虚拟煤层的仿真是在每个虚拟液压支架底座位置添加一个与底座形状完全一致刚体组件，与虚拟煤层底板进行接触。适应底板后，再对虚拟液压支架顶梁和虚拟煤层顶板进行接触分析，使其能够支撑顶板；以液压支架为例进行相关说明：在液压支架底座模型上添加与底座形态完全一致的刚体、碰撞组件➞液压支架顶、底板与曲面关键点解析➞进行液压支架底板与曲面底板姿态解析计算➞液压支架顶梁与顶板曲面姿态解析➞计算液压支架顶梁与顶板的接触点和角度，根据顶板高度推算进行四连杆联动的后连杆角度➞液压支架移架时对顶、底板的自适应调节。其中的虚拟液压支架与周围相邻的虚拟液压支架的仿真是在每一个虚拟液压支架从底板到顶板内的工作空间添加一个虚拟Cube碰撞体，在运行模拟过程中，虚拟液压支架与周围相邻的液压支架出现干涉等方式立即触发报警脚本，发出相应指令；其中的虚拟刮板输送机和虚拟液压支架间的仿真，主要是通过虚拟液压支架推移机构进行连接，利用推移机构结构解析的结果，编入后台程序，使虚拟刮板输送机和虚拟液压支架在不同的虚拟煤层条件下其能够自适应推进。其中的虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层。其中的虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照各循环和各装备点分别构造出的多个虚拟煤层数据网格，进而联合起来组成虚拟固有煤层。地质探测数据点为主要包括震波CT探测、地质钻孔探测、工作面巷道揭露等多源数据驱动的煤层特征点数据，构建分层的虚拟煤层三维空间点云数据，利用逆向工程重构技术ImageWave按照每刀、每循环，构建出虚拟煤层数据网格，分别经过格式转换（UG导出stl文件进入3DMAX转换为fbx格式文件进入Unity3d中），各个文件连接拼接成虚拟煤层。其中的固有虚拟煤层包括虚拟顶板、虚拟底板和虚拟煤体三部分。其中虚拟底板和虚拟底板加入MESH组件碰撞体模块。虚拟煤体根据采煤机截割循环逐渐消隐。其中的虚拟实时更新煤层是每当采煤机截割过程中，前滚筒截割顶板和后滚筒截割底板曲线进行实时记录，并通过LineRender软件构建新的MESH网格，将对应编号的虚拟固有煤层的编号变为隐藏并不起作用，实时构造新的虚拟顶板和虚拟底板，虚拟刮板输送机和虚拟液压支架均会随着新的虚拟顶板和虚拟底板自动适应，自动推进，自动运行。其中的虚拟煤层的更新方法是并通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行Mesh网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和Mesh网格点的有无和显示，实时更新煤层数据信息。其中的虚拟装备挂载相应脚本后，就可自主仿真综采装备与煤层时刻推进的状态。本发明仅仅是通过Unity3d软件中的刚体接触碰撞模块以及逆向重构软件重构煤层进行方案的说明优选方案，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述仿真方法是将虚拟综采装备经模型刚体化修补后，与虚拟煤层进行虚拟接触，进而模拟装备井下运行关键信息，完成模拟实际煤层环境下综采装备协同采煤与煤体清晰展现情况；所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层，虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照循环点和装备点构造出来；虚拟实时更新煤层是通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行MESH网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和虚拟实时更新煤层属性的有无和显示，实时更新虚拟煤层数据信息，为虚拟装备进行接触反作用，真实再现井下煤层环境下装备自适应推进过程；所述虚拟装备包括虚拟采煤机、虚拟刮板输送机和虚拟液压支架，其三种虚拟装备相互作用并分别与虚拟煤层进行接触，进而确定虚拟装备运行特征。2.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟采煤机和虚拟煤层的仿真是虚拟采煤机往复行走对虚拟煤层截割，实时记录顶底板截割点，存入XML数据点中，Mesh网络实时读取顶底板点生成截割曲线，与上一循环的点进行连接进行Mesh网络的构造，并实时更新虚拟煤层模型。3.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟刮板输送机和虚拟煤层的仿真是在每个虚拟中部槽底部修补一个与底部形状完全一致的刚体组件，使其具备刚体接触属性，与虚拟煤层进行接触，每个虚拟中部槽和相应中部槽后用Unity3d软件中的铰链进行连接，并调整连接参数，使整体刮板输送机可以与虚拟煤层底板进行充分接触，自适应地铺设在底板上，为虚拟采煤机提供运行轨道。4.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟液压支架和虚拟煤层的仿真是在每个虚拟液压支架底座位置添加一个与底座形状完全一致刚体组件，与虚拟煤层底板进行接触，适应底板后，再对虚拟液压支架顶梁和虚拟煤层顶板进行接触分析，使其能够支撑顶板。5.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟液压支架与周围相邻的虚拟液压支架的仿真是在每一个虚拟液压支架从底板到顶板内的工作空间添加一个虚拟Cube碰撞体，在运行模拟过程中，虚拟液压支架与周围相邻的液压支架出现干涉等方式立即触发报警脚本，发出相应指令。6.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟刮板输送机和虚拟液压支架间的仿真是通过虚拟液压支架推移机构进行连接，利用推移机构结构解析的结果，编入后台程序，使虚拟刮板输送机和虚拟液压支架在不同的虚拟煤层条件下其能够自适应推进。7.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟煤层包括虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层；所述虚拟固有煤层是以井下地质探测数据点为基础通过逆向重构方法按照各循环和各装备点分别构造出的多个虚拟煤层数据网格，进而联合起来组成虚拟固有煤层；所述地质探测数据点包括震波CT探测、地质钻孔探测、工作面巷道揭露多源数据驱动的煤层特征点数据，构建分层的虚拟煤层三维空间点云数据，利用逆向工程重构技术ImageWave按照每刀、每循环，构建出虚拟煤层数据网格，分别经过格式转换，各个文件连接拼接成虚拟煤层；所述虚拟实时更新煤层是每当采煤机截割过程中，前滚筒截割顶板和后滚筒截割底板曲线进行实时记录，并通过LineRender软件构建新的MESH网格，将对应编号的虚拟固有煤层的编号变为隐藏并不起作用，实时构造新的虚拟顶板和虚拟底板，虚拟刮板输送机和虚拟液压支架均会随着新的虚拟顶板和虚拟底板自动适应，自动推进，自动运行。8.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟煤层的更新方法是通过实时记录采煤机前后滚筒截割轨迹在Unity3d软件中进行Mesh网格碰撞体重构，通过控制固有煤层信息和Mesh网格点的有无和显示，实时更新煤层数据信息。9.如权利要求1所述的基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法，其特征在于：所述虚拟装备是挂载相应脚本，实现自主仿真综采装备与煤层时刻推进的状态。

百度查询： 太原理工大学 基于虚拟现实物理引擎的综采装备协同推进仿真方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD