刘繁
内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司 内蒙古呼和浩特市 010020
摘要：安全是确保人们生活和生存质量的重要指标，我国煤矿企业依然属于危险程度较高的企业，很容易出现安全事故，如火灾、瓦斯爆炸等，对工作人员生命安全产生威胁。想要确保煤矿安全生产，相关部门应该做好工作人员的安全教育和救生训练。但在煤矿事故上，人们不可能在真实事故中进行训练。因此，虚拟现实（VR）技术的应用显得尤为重要，可以对煤矿灾难事故进行模拟。
关键词：VR技术；煤矿安全生产；应用
1VR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。
2煤矿虚拟现实系统的开发与实现
2.1硬件系统设计
首先是检测模块，该模块可以根据用户操作命令检测，以传感器为主，为虚拟环境建立提供良好条件。其次是反馈模块，该模块可以对来自传感器中的模块信息进行接收，为用户提供实时反馈。再次是传感器模块，该模块在运行过程中，除了对用户操作命令进行接收之外，还能将其在虚拟环境之中发挥出作用。在操作结果产生之后，也会以各种结果反馈形式，将信息发送到用户界面之中。另外，控制模块在整个系统中的作用不容忽视，该模块可以实现对传感器的有效控制，为虚拟环境和现实世界的交互产生一定作用。而在矿井生产系统三维模型制定上，可以通过对建模软件的应用，建立煤矿成产系统的三维模型。最后是三维模型运动控制接口的设置，该种接口程序控制，可以对生产系统以及火灾情况进行及时报告。
2.2软件系统设计
首先，对相关模型进行建立，主要以3D软件系统模型应用为主，如3DMAX、SOFTIMAGE等，之后利用转换软件将其转换到三维开发环境之中，如Vega等。除此之外，还可以对三维开发环境进行直接利用，实现API的有效开发。在计算机主机系统选择上，应该对具体的CPU运行速度、显卡性能等指标进行重点考虑，建立起专业的工作站。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所选择的输入设备应该对其他人员的操作进行考虑，将功能多样性展示出来，如果只需要对基本的漫游功能进行利用，普通的鼠标操作就可以完成，如果需要对操作物体的真实性进行全面感知，可以将具体的数据手套等设备应用其中，从而为相关工作的开展提供便利条件。在输出设备选择上，还应该对使用者的真实感程度进行考虑，如果只需要对普通漫游进行应用，对大屏幕应用即可，如果想要增加操作人员的沉浸感，立体眼镜配备以及立体显示头盔等外围设备的配置显得尤为重要。
3VR技术在煤矿安全生产中的具体应用形式
3.1三维自动化制图
煤矿地质条件十分复杂，工作地点一般位于几百米的地下，工作对象也涉及到多个煤层，生产作业空间也具有很多的立体化特点，为了对更多的地质资料进行掌握，需要做好三维矢量化软件的开发与研制工作。煤矿虚拟现实系统能够通过三维坐标形式来确定点的位置，当点位信息输入之后，能够与煤矿的实际空间位置保持一致。另外，在真三维描述实现之后，将会使得整个地质剖面图、工程剖面图绘制变得更加简单。例如，在巷道图绘制上，首先需要对煤层进行确定，之后点取经纬坐标，同时做好轴坐标的确定工作，根据各个坐标得出方位角和倾角。如此一来，整个矿井中的三维数字化效果便能够清晰的展示出来，再加上矿井数据和系统数据的一一对应，让煤矿设计和开采工作变得更加简洁明了。
3.2生产仿真
在仿真系统设计过程中，主要以三维建模、模型渲染、交互设计等技术方案为主，对井下的机电设备、巷道以及虚拟矿工等进行三维建模。在模型建立好之后，人们可以利用鼠标和键盘对旷工的行走情况进行模拟，从地面开始，一直到煤矿深处，还可以对中央水泵房以及变电所进行模拟，从而将各种设备和设施情况展示出来。与此同时，相关工作人员还要做好大巷、采区上下山以及综采工作面的漫游工作，尤其是最综采工作面的设计，可以根据具体的采煤过程对其进行模拟，并将各种采煤工艺要求体现出来。站在综采工作面的支护系统角度来说，也可以对其进行仿真，在进入到不同的工作场景之后，还会有语音介绍和安全提升。
3.3信息管理
第一，对这种生产管理和技术数据进行统计，这其中包括生产、计划、材料供应等，只需要进行鼠标点击操作即可。第二，做好储量管理工作。对空间曲面以及不等厚煤层的自动化分进行处理，这其中包括煤柱区和储量区域。第三，对通风系统、运输系统以及供电系统等进行动态描述。在巷道风量数据定义上，可以将其逐一划分成“新风”、“乏风”等，给人一种通俗易懂的感觉。第四，对相关网络技术进行应用，该系统搭建出一个多层次、多专业的综合管理技术平台，最终实现了数据资料的全面共享。这其中涉及到的专业管理内容包括地质测量、煤层以及采煤进度等。例如，在事故隐患处理过程中，工作人员需要做好隐患区域的标记工作，并对真实的隐患情况进行记录，只有这样，人们可以在矿井立体图上对具体位置进行确立，便于对相关问题进行有效处理。站在整个系统信息管理角度来说，具有极其强大的管理功能，促使煤矿生产过程中的数据变得清晰，这也是煤矿安全生产的基础所在。
3.4煤矿灾害事故模式分析
站在VR技术模拟角度来说，可以对煤矿的安全事故进行全面模拟，帮助人们对具体的工作进行了解，从而制定出更加全面的防灾和救灾措施。另外，在VR系统整合上，还能实现对矿井、采区通风系统的全面模拟，如果巷道之中发生了意外火灾，火势的蔓延情况便会一目了然，便于后续救援工作的针对性开展。另外，我国煤矿在经营和生产过程中，很容易出现重大安全事故，而事故的原因分析在避免相同事故的发生上显得尤为重要。但在事故调查分析过程中，存在很大难度，同时对科学技术的要求较高，为了得到最佳结论，相关工作人员应提前做好资料收集工作，将事故发生原因明确出来。整体来看，VR技术可以准确的将事故发生原因描述出来，还原事故现场。
3.5安全技术培训
VR技术主要是由计算机构建出一个虚拟实境，这种虚拟实境可以是真实环境的虚拟，也可以是虚拟环境。另外，虚拟环境以三度空间为主，将现实环境加入到计算机之中，让虚拟环境变得更加逼真，而从使得用户在视觉上产生一种真实感觉，并站在不同角度着手，与计算机交互在一起，最终与现实结果相接近。在煤矿这种高危险行业之中，如果仅仅依靠录像、幻灯等，不会产生身临其境的效果。除此之外，通过VR技术，煤矿企业可以开展操作人员的岗前安全培训，如巷道准备、开拓布局等，对各种类型的空间结构关系进行了解，让训练者在身临其境的状态下进行体验。
结论
综上所述，VR技术在煤矿安全生产中的应用具有很强的实用性和真实性，可以维护安全生产的稳定运行。随着相关技术的深入发展，该项技术可以在煤矿救援，安全事故预防等方面发挥出巨大作用，最大限度的避免煤矿的经济和生命损失，提升煤矿的经济价值，避免相同的安全事故再次出现。
参考文献
[1]顾永军，齐敬敬.基于VR技术的煤矿安全仿真系统的设计与实现[J].煤炭技术，2017，31（10）：149-151.
[2]李洁琼.虚拟现实技术在大型煤矿安全中的应用[D].安徽理工大学，2017.
论文作者:刘繁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/6
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