本文關(guān)鍵詞：煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 煤炭是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。我國(guó)煤礦主要是井下開(kāi)采，生產(chǎn)環(huán)境條件復(fù)雜，煤炭開(kāi)采活動(dòng)中，存在著大量不安全因素，要保證人的安全，離不開(kāi)對(duì)開(kāi)采環(huán)境的真實(shí)了解——安全管理人員需要了解管理區(qū)域內(nèi)存在的事故隱患；而煤炭開(kāi)采礦工則需要有一定的安全知識(shí)和防范意識(shí)。這些都需要人們接受安全教育、救生訓(xùn)練等，但由于受到各種環(huán)境因素的限制，人類(lèi)不可能采用實(shí)際模擬的方式，使每個(gè)人均能置身于真實(shí)的環(huán)境中，有時(shí)真實(shí)感受安全的狀況也是不安全的，甚至是根本無(wú)法提供這種現(xiàn)實(shí)的環(huán)境(如建筑物僅僅在設(shè)計(jì)中)，因而需要有一個(gè)能夠模擬真實(shí)環(huán)境的系統(tǒng)來(lái)輔助人員感受這種環(huán)境。因而，隨著仿真技術(shù)向可視化方向的發(fā)展，將VR技術(shù)與仿真理論相結(jié)合，據(jù)此進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤炭安全管理中的應(yīng)用的研究，不失為一個(gè)行之有效的方法，本文對(duì)其展開(kāi)討論，以期有所裨益。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指利用人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及電子、機(jī)械、視聽(tīng)等高新技術(shù)，模擬人在特定環(huán)境中的視、聽(tīng)、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：①多感知性(multi-sensory)；②存在感、臨境感(immersion)；③交互感(interaction)；④自主性(autonomy)。簡(jiǎn)言之，虛擬現(xiàn)實(shí)是由多種媒體構(gòu)成的三維信息空間，其基本特征包括交互性和臨場(chǎng)感。 以地質(zhì)體三維可視化建模技術(shù)為基礎(chǔ)，以虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)為手段的煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真是地學(xué)和煤礦安全研究的前沿領(lǐng)域，也是3D-GIS技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)它的研究可以補(bǔ)充和完善煤礦安全的技術(shù)手段及理論，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)又促進(jìn)地學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展。 煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)是地質(zhì)體三維可視化模擬技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高級(jí)體現(xiàn)與實(shí)際應(yīng)用，為煤礦生產(chǎn)管理、日常安全管理和事故應(yīng)急救援與決策提供技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山提供核心解決方案。因此，該項(xiàng)研究既具有理論意義，又具有較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的礦山三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀的探索以及對(duì)科學(xué)可視化技術(shù)、地質(zhì)層面和地學(xué)三維空間構(gòu)模技術(shù)的深入分析總結(jié)，提出了一個(gè)煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)的綜合解決方案，并針對(duì)地質(zhì)界面可視化、地學(xué)空間構(gòu)建、虛擬場(chǎng)景建立與組織以及安全仿真模型構(gòu)建等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。該系統(tǒng)基于OpenGL，集成了虛擬現(xiàn)實(shí)和系統(tǒng)仿真建模技術(shù)、約束/非約束二維三角剖分技術(shù)及其在三維剖分中的擴(kuò)展、基于廣義三棱柱的三維地學(xué)空間構(gòu)模技術(shù)、基于參數(shù)化的煤礦井巷及場(chǎng)景構(gòu)模技術(shù)以及空間數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)挖掘技術(shù)與現(xiàn)代系統(tǒng)仿真技術(shù)。本項(xiàng)研究進(jìn)行的開(kāi)創(chuàng)性和探索性工作主要如下： (1)設(shè)計(jì)了一個(gè)較為完善的煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由基于OpenGL可視化應(yīng)用程序框架、空間三維地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)層面及地學(xué)三維空間構(gòu)模解決方案、煤礦井巷和虛擬場(chǎng)景組織解決方案以及煤礦安全仿真模型解決方案組成。 (2)在分析研究當(dāng)前三維空間建模技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)適用于地質(zhì)體的三維可視化建模方案。該模型利用鉆孔、物探等地學(xué)信息，設(shè)計(jì)了基于廣義三棱柱體體元的邏輯數(shù)據(jù)模型、模型組成元素和對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了根據(jù)真實(shí)鉆孔數(shù)據(jù)構(gòu)建廣義三棱柱體模型的算法，對(duì)地層廣義三棱柱體建模過(guò)程中出現(xiàn)的特殊問(wèn)題提出了合理的處理方案。在此基礎(chǔ)上，給出了廣義三棱柱體建模思路及技術(shù)路線(xiàn)，并就其實(shí)現(xiàn)三維空間構(gòu)模的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。 (3)針對(duì)煤礦井巷和井下場(chǎng)景的復(fù)雜性，提出了一個(gè)煤礦井巷和井下場(chǎng)景建模及場(chǎng)景組織的綜合解決方案�；诰飳�(dǎo)線(xiàn)和規(guī)則曲面建模的技術(shù)，在分析了井巷的特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，為其建立了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)參數(shù)化模型，對(duì)井巷進(jìn)行仿真建模。系統(tǒng)利用3ds Max建立設(shè)備模型庫(kù)并進(jìn)行管理，建立井下場(chǎng)景模型組織的BSP樹(shù)，通過(guò)井巷的中心線(xiàn)完成井巷漫游。 (4)利用系統(tǒng)分析和仿真分析技術(shù)，對(duì)煤礦安全典型模型進(jìn)行了分析，并建立了仿真模型�；趫D論和網(wǎng)絡(luò)解算理論，，建立了通風(fēng)系統(tǒng)的仿真模型及系統(tǒng)構(gòu)建，為通風(fēng)安全提供有力的決策支持；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)模型及構(gòu)建，為煤與瓦斯突出的災(zāi)害預(yù)測(cè)提供支持。 本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)吸收了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有同類(lèi)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)并加以改進(jìn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，功能比較齊全，為正開(kāi)發(fā)的煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)確定了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)大綱。文中所研究和總結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)部分已在軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中得到了應(yīng)用，實(shí)踐證明是比較有效的。
【關(guān)鍵詞】：煤礦安全 虛擬現(xiàn)實(shí) 仿真 可視化 地質(zhì)體
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：TD67
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 概述12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真概述12-14
• 1.2.1 仿真技術(shù)概述13
• 1.2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 研究?jī)?nèi)容目的及意義17-20
• 1.4.1 本文研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.4.2 研究的目的及意義18-20
• 第二章 地學(xué)三維空間構(gòu)模技術(shù)的研究20-33
• 2.1 空間構(gòu)模技術(shù)綜述20-22
• 2.2 地質(zhì)層面三維可視化22-24
• 2.3 廣義三棱柱的三維地學(xué)空間構(gòu)模原理及其特點(diǎn)24-26
• 2.3.1 廣義三棱柱構(gòu)模原理24-25
• 2.3.2 廣義三棱柱構(gòu)模特點(diǎn)25-26
• 2.4 基于廣義三棱柱的三維地學(xué)空間構(gòu)建26-28
• 2.4.1 構(gòu)模過(guò)程26
• 2.4.2 加入新鉆孔的三維模型的更新26-27
• 2.4.3 加入新空間點(diǎn)的三維模型的更新27-28
• 2.5 連續(xù)地質(zhì)體的構(gòu)建28-31
• 2.5.1 地層分界面的生成28-29
• 2.5.2 地質(zhì)構(gòu)造的地層生成(垂直連體)29-31
• 2.6 有斷層地質(zhì)體的構(gòu)建31-33
• 第三章 煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景模型構(gòu)建技術(shù)研究33-48
• 3.1 巷道數(shù)據(jù)特點(diǎn)與數(shù)據(jù)源33-34
• 3.1.1 巷道數(shù)據(jù)特點(diǎn)33
• 3.1.2 巷道三維建模的數(shù)據(jù)源33-34
• 3.2 巷道元素的拓?fù)潢P(guān)系及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)34-38
• 3.2.1 巷道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本元35-36
• 3.2.2 巷道空間拓?fù)潢P(guān)系的建立36-37
• 3.2.3 巷道元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)37-38
• 3.3 巷道模型算法的實(shí)現(xiàn)38-44
• 3.3.1 巷道中線(xiàn)的逼近38-39
• 3.3.2 巷道斷面的加載39-44
• 3.4 煤礦虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建技術(shù)研究44-48
• 3.4.1 虛擬環(huán)境建模44-45
• 3.4.2 煤礦虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的組織45-48
• 第四章 煤礦安全仿真模型的構(gòu)建研究48-61
• 4.1 通風(fēng)安全模擬與仿真模型48-55
• 4.1.1 哈蒂─克勞斯(Hardy-Cross)法50-52
• 4.1.2 牛頓法52-55
• 4.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)模型55-61
• 4.2.1 BP 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)55-56
• 4.2.2 煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性 BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型56-58
• 4.2.3 預(yù)測(cè)突出的基本特性指標(biāo)集的確定58-59
• 4.2.4 突出危險(xiǎn)程度分類(lèi)評(píng)價(jià)集的確定59-61
• 第五章 煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)61-77
• 5.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)策略與原則及開(kāi)發(fā)環(huán)境61-62
• 5.1.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)策略61
• 5.1.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原則61-62
• 5.1.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境62
• 5.2 OpenGL 三維可視化仿真建模型62-66
• 5.2.1 OpenGL 基本程序框架62-63
• 5.2.2 OpenGL 基本功能63-64
• 5.2.3 OpenGL 圖形操作步驟64
• 5.2.4 OpenGL 實(shí)現(xiàn)仿真場(chǎng)景建模的優(yōu)點(diǎn)及基本步驟64-66
• 5.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)66-72
• 5.3.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架66-67
• 5.3.2 系統(tǒng)功能模塊概述67-72
• 5.4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)72-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-80
• 6.1 主要結(jié)論77-78
• 6.2 存在問(wèn)題78
• 6.3 應(yīng)用前景與建議78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-83

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9 胡斯亮;我國(guó)小煤礦環(huán)境法制問(wèn)題研究[D];昆明理工大學(xué);2006年

10 肖仁鑫;煤礦安全預(yù)測(cè)的研究與集成[D];昆明理工大學(xué);2006年

  本文關(guān)鍵詞：煤礦安全虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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