国家能源集团神华包头能源有限责任公司万利一矿
引言：安全是保证人们正常生活质量的重要指标，截至目前为止，我国的煤矿企业仍然属于危险系数较高的企业，极容易造成安全事故的发生，给工作人员的生命安全带来了严重威胁。要想从根本上能够保证煤矿的安全生产，各有关部门一定要做好对工作人员的安全培训，不过对于煤矿事故来说，人们无法在事故发生时进行训练，所以VR技术的应用就显得特别重要，它可以对煤矿的各种灾难性事故进行模拟。
一、VR技术特点
VR技术起源于20世纪末，将人工智能、计算机图形学、多媒体、机械等高科技技术结合在一起，形成真实的模拟环境，并通过多种传感器设备的应用，促使用户进入到虚拟环境之中，并对特定情况进行模拟，最终实现人机交互。VR技术也被称之为人工合成环境、虚拟环境等。站在应用角度来说，VR技术具有以下特点，首先是多感知性，该种特性主要指除了一般计算机产生的视觉感知之外，还会形成听觉感知、触觉感知及运动感知等，比较理想的VR技术应该具备人的所有感知功能。其次是存在感，又称临场感，主要指用户作为主角感受到模拟环境中的真实程度，如果模拟效果理想，用户很难在其中感受出事物的真假。再次是交互性，主要指用户对模拟环境之中的物体可操作程度，以及环境反馈的自然性。例如，用户可以在模拟环境中将物体抓在手中，此时能够明显感受到水中有东西，并感知到物体的真实重量，站在视场角度来说，物体也会随着手臂移动。最后是自主性，该种特性主要指物体在虚拟环境之中的运动情况。例如，当物体受到推动时，便会产生移动和翻转，或者从桌面坠落到地面等。
二、VR技术在煤矿安全培训中的应用
1.在职业培训中的作用
第一，弥补远程教学条件的不足。在远程教学中，通常会由于实验设备、场地等方面的因素，导致许多必须要开设的教学实验不能正常进行。采用VR现实系统，可弥补这方面的不足。人们在室内就可以感受到真实的体会，既丰富了人们的感性认识，还能够增强人们对教学内容的理解。第二，避免真实操作带来的种种危险。过去带有危险性和对人们健康有危害的实验，通常会使用电视录像的模式来代替这种实验，人们不能直接参与到实验中，获取这种感性认识。但是利用VR技术进行虚拟实验，就能够消除此种顾虑。人们在这种实验环境中，完全可放心的做各种危险的实验，该技术的应用在煤矿安全培训中体现的最为明显。第三，打破了对空间和时间的限制。采用VR技术，能完全打破对空间的限制，大到宇宙天体，小到原子粒子，人们都能够深入到物体的内部中进行观察。比如，人们可进入到虚拟矿山的井下采场，考察作业现场的实际情况和所有工序之间的相互关联。不仅如此，VR技术还能够突破时间的限制，有许多需要较长时间才能够观察的变化过程，在VR技术的作用下，可在较短的时间内呈现在人们面前。第四，能够虚拟人物形象。比如，在虚拟的煤矿安全培训中，远教学科能够和虚拟的教师、学员等共同进行交流和讨论，进而更好地进行学习。
2.安全培训
根据VR技术的基本原理开发安全检查培训系统。例如，用户可以选择目标并且对其潜在的风险和行动均用计算机加以显示。在交互试验方式中，学员做出的选择必须存入数据库，生成记录并与控制文件进行对比。将对比结果进行积分计算，成为培训考核成绩的一部分。VR系统内设定许多不安全状况，它们汇集成系统的影像库，如一些安全标志被脏物弄的模糊不清，还有一些类似的具有安全问题的场景。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二种情形是有多种机械化采矿装置的井下开采作业，系统模拟了逻辑的装、运、卸次序和排列情况。人们可考察一组有关设备工作状态的情况。当设备开始工作或移动到未支护的掘进工作面里时，由于学员及设备所放置的位置不正确时将会受到警告：您处于危险的状态。在该系统里，危险的情况都具有良好的动态性。
某大学对矿山井下事故用VR系统进行救护培训方面的研究，其目的是模拟虚拟矿井布局中偶发事件形式。在这个系统中，实时通风的模拟位于VR系统里面，当学员在VR矿井中巡视导航时，他们会得到方向和风速方面的各种信息反溃在矿井布局的某些点上，可模拟出火灾或爆炸的情景，环境参数的各种变化开始出现。操作者可以扮演矿工或监督员的角色，这时矿井出口可能是其最关注的方面。他们亦可以充当救护员的角色，此时其目标是安全地进入矿井救出被困矿工。如果大气状况开始恶化，其可能产生的生理效应可反馈给学员。同样，监测危险情况的模型以及对那些灾害的反应也可以记录下来供今后评估之用。值得注意的是，这项工作仍处在研究的初级阶段，要达到能用它来提高矿工和救护队培训的目的，尚需做更多的工作。
三、煤矿VR技术的未来发展前景
1.培训类应用研究方向
对于培训类应用，煤矿VR系统的沉浸感与人机交互自然程度是其关键，其次虚拟煤矿的物理表现(例如矿石垮落、粉尘漂浮等)要尽可能真实，再次还要实现多人协同培训等其他功能，同时需结合煤矿从业人员特点，保证培训系统的易用性、使用效果等。结合目前现状，培训类煤矿VR技术应用未来要着重发展:第一，自动捕捉设备和头戴显示器等高沉浸、自然交互式的煤矿VR输入/输出设备研究。第二，基于现有的VR引擎进行二次开发，结合岩石力学、流体力学等学科，开发出能更好模拟真实煤矿物理现象的VR引擎。第三，高沉浸感与自然交互式煤矿VR培训系统的多人协同培训系统与软件开发。第四，基于煤矿从业人员特点，对煤矿VR培训系统易用性进行研究，保证培训效果。
2.可视化类应用研究方向
对于可视化类应用，主要通过煤矿VR系统将矿山各种信息以三维或四维(加时间)的方式展示出来，其关键是保证煤矿三维模型的准确性，同时保证煤矿VR系统的信息导入/导出功能与接口的通用性。结合目前现状，可视化类煤矿VR技术未来要着重发展:第一，基于激光扫描、红外景深测量等技术，研究煤矿真实三维模型自动快速建立技术。结合即时定位与映像构建(SLAM)技术，开发了基于激光扫描的矿山三维模型快速构建系统。第二，基于现有煤矿 VR系统开发软件与引擎，研究煤矿VR系统与测绘、统计、数值模拟等专业与科研软件之间的数据接口连接，以及数据可视化效果控制等方面内容。
结语：综上所述，VR技术在煤矿安全培训中的应用具有较强的实用性和真实性，能够使煤矿的安全生产稳定运行。最近几年，在各项技术的不断发展和进步中，VR技术能够在煤矿救援、安全事故预防等各个方面发挥出极大的作用，可有效防止造成煤矿的各种损失，提高煤矿的经济价值，从而避免各种相类似的安全事故再次发生。
参考文献：
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[2] 智丽娜，韩晓东.虚拟现实技术在煤矿安全培训中的研究进展[J].计算机时代,2017(9):67-68,71.
[3] 缪建华，李俊斌.大数据和云计算在煤矿安全高效开采运用前景展望[J].煤炭与化工,2017,40(8):134-136.
论文作者:杨瑞刚
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第1期
论文发表时间:2019/7/18
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