煤矿副井提升机虚拟现实系统关键技术研究

发布时间：2020-11-17 09:27

　　 煤矿副井提升系统是煤炭生产系统中的重要环节,是联系地面和井下的“咽喉”部位,因此保证其正常运行就显得尤其重要。但在日常作业中作业人员操作不熟练和维护失当会导致提升机安全事故;同时近年来伴随着高校的扩招和煤矿对安全生产的较高要求,矿业类院校的学生认识实习和生产实习的场地已不能满足要求。目前,由于传统的课堂灌输式教学和现场培训效果不好、安全性不高等局限性,无法满足培训提升机作业人员和矿业类院校学生实习的需求。针对这一现状,将虚拟现实技术、人机交互技术应用到煤矿副井提升机虚拟现实系统的研究,设计了煤矿副井提升机虚拟现实系统。本文根据虚拟现实技术和提升机安全操作规程,综合利用三维建模技术、渲染技术、碰撞检测技术和嵌入式技术,开发出一套可运行在Windows平台下的煤矿副井提升机虚拟现实系统。本文的研究内容和成果可以归纳为以下三个部分。1)根据煤矿现场实际情况,采用三维建模技术,建立井筒、巷道、罐笼、矿车和矿工等三维模型,并进行纹理、材质、光照等三维渲染,为虚拟现实系统创造逼真的井上、井下环境。2)按照煤矿安全规程的要求,运用非线性编辑技术、三维引擎技术和碰撞检测技术对场景进行二次开发,实现人机交互、多视口显示、声音模拟、碰撞检测响应等功能,完成虚拟现实系统虚拟场景的构建。3)依据提升机现场操作台和信号台实物,以及对实际提升机操作人员技能培训要求,采用嵌入式技术制作了包括操作台和信号台的硬件电路和实体,通过串口通信实现操作台和信号台对提升机虚拟场景的操控,给学员以身临其境的感觉。该系统集教学、练习和考核功能于一体,软件界面友好、视频流畅、可操作性强;电路设计合理、操作灵活可靠、实用性强;能够增强培训的效率和效果,对煤炭安全生产具有十分重要的意义。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TD633;TP391.9
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 选题背景及意义
    1.2 虚拟现实技术国内外研究现状
        1.2.1 虚拟现实技术的产生和发展
        1.2.2 虚拟现实技术国外研究现状
        1.2.3 虚拟现实技术国内研究现状
        1.2.4 虚拟现实技术在矿业中的应用
    1.3 论文的组织结构
2 煤矿副井提升机虚拟现实系统关键技术分析
    2.1 煤矿副井提升系统的构成
    2.2 煤矿副井提升系统的操作台和信号台
        2.2.1 煤矿副井提升系统的操作台和功能
        2.2.2 井口/井底信号台和功能
    2.3 煤矿副井提升系统的操作步骤
    2.4 关键技术分析
        2.4.1 三维建模技术
        2.4.2 渲染技术
        2.4.3 碰撞检测技术
        2.4.4 嵌入式技术
    2.5 本章小结
3 煤矿副井提升机虚拟现实系统总体设计
    3.1 系统的需求分析
    3.2 系统的总体方案
        3.2.1 系统的总体结构
        3.2.2 系统的组成
    3.3 系统开发的技术路线
    3.4 系统的开发环境
        3.4.1 三维建模软件
        3.4.2 渲染工具
        3.4.3 非线性编辑软件
        3.4.4 三维引擎
    3.5 本章总结
4 煤矿副井提升机虚拟现实系统虚拟场景的构建
    4.1 模型建立的原则与流程
    4.2 模型的建立
        4.2.1 煤矿副井提升系统井上部分
        4.2.2 煤矿副井提升系统的井下部分
        4.2.3 罐笼和井筒
        4.2.4 矿车和矿工
        4.2.5 模型的合并
        4.2.6 烘焙与导出
    4.3 教学视频的制作
    4.4 交互功能的实现
        4.4.1 主界面的程序设计
        4.4.2 视频学习功能的程序设计
        4.4.3 模拟操作功能的程序设计
        4.4.4 题库练习功能的程序设计
        4.4.5 试题考试功能的程序设计
    4.5 本章总结
5 煤矿副井提升机虚拟现实系统硬件的设计
    5.1 硬件结构框图
    5.2 硬件电路设计
        5.2.1 电源电路
        5.2.2 模拟量输入电路设计
        5.2.3 开关量输入电路设计
        5.2.4 数码管显示电路设计
        5.2.5 开关量输出电路设计
        5.2.6 串口通信电路设计
    5.3 软件系统设计
        5.3.1 主程序设计
        5.3.2 AD模数转换初始化
        5.3.3 串口通信中断程序
    5.4 本章总结
6 煤矿副井提升机虚拟现实系统的实现
    6.1 系统界面的实现效果
        6.1.1 初始界面的效果图
        6.1.2 交互功能的效果图
    6.2 硬件系统的实现
        6.2.1 操作台的实现
        6.2.2 信号台的实现
    6.3 本章总结
7 结论与展望
    7.1 本文研究工作总结
    7.2 发展展望
参考文献
附录 1
附录 2
附录 3
附录 4
附录 5
附录 6
作者简历
学位论文数据集

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本文编号：2887336