芻議綜采工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

王利輝

摘要：伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于能源方面的需求也不斷上升，在經(jīng)濟(jì)和科技水平雙方面的支持下，我國(guó)煤炭工業(yè)也逐漸朝著大型化、集中化和高效化的方向發(fā)展。對(duì)于煤礦生產(chǎn)來(lái)說(shuō)其系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，為煤礦的安全生產(chǎn)和管理帶來(lái)了較大的障礙。而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用當(dāng)煤礦的安全生產(chǎn)和管理之中則能夠在很大程度上強(qiáng)化煤礦的生產(chǎn)和管理效率，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文將主要立足于綜采工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹和分析。

關(guān)鍵詞：綜采；工作面；安全生產(chǎn)；虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

嚴(yán)格意義上來(lái)講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于一門新興的科學(xué)技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天以及船舶等多方領(lǐng)域之中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅在一定程度上具備多媒體信息的特點(diǎn)，也能夠通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)為礦井生產(chǎn)提供應(yīng)急救援提供新的途徑。其主要原理在于能夠利用計(jì)算機(jī)營(yíng)造出一種人為的虛擬環(huán)境，這種環(huán)境的具有較高的仿真性，能夠使用戶完全沉浸入這種虛擬環(huán)境之中，對(duì)于煤炭行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一.綜采工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重要作用

隨著我國(guó)煤炭行業(yè)中科學(xué)技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提高，我國(guó)煤炭工業(yè)的面貌發(fā)生了極大地改變，不僅工人們的勞動(dòng)強(qiáng)度得到了較大的降低，煤炭生產(chǎn)的產(chǎn)量也得到了很大的提升，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)了巨大的力量。但是煤炭生產(chǎn)事故的發(fā)生率卻一直都居高不下，在一定程度上加大了廣大煤礦工作人員的心理負(fù)擔(dān)。導(dǎo)致安全事故頻頻發(fā)生的原因除了自然條件因素之外，更多的是來(lái)自于安全管理模式的欠缺。而綜采工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)則能夠使人通過(guò)個(gè)人的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)以及形體和手勢(shì)參與進(jìn)信息處理的環(huán)境之中，進(jìn)而得到身臨其境的感覺(jué)體驗(yàn)。過(guò)去傳統(tǒng)的綜采工作面仿真主要偏重于數(shù)字仿真，也就是編制程序采用隨機(jī)方式仿真生產(chǎn)過(guò)程，并由此得出工作面產(chǎn)量以及其他的結(jié)果的研究。但是當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)用則相對(duì)具有更高的性能性，將其應(yīng)用于礦工培訓(xùn)中不僅能夠減少投資、安全可靠，還在很大程度上具有可重復(fù)操作的優(yōu)越性能，對(duì)于煤炭行業(yè)來(lái)說(shuō)具有十分深遠(yuǎn)的影響，在有效降低事故發(fā)生率的前提下去提升煤炭生產(chǎn)效率。

二.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要構(gòu)成

對(duì)于總裁工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論外部條件發(fā)生怎樣的變化，其主要的構(gòu)成是不變的。通常情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都是由虛擬環(huán)境、傳感器件、作用器件、人以及虛擬環(huán)境發(fā)生器等幾部分組成。其中虛擬環(huán)境主要是由虛擬環(huán)境發(fā)生器所產(chǎn)生，進(jìn)而使人能夠借助于傳感器件以及作用器件等媒介進(jìn)行交往，使人們?cè)斐梢环N身入其境的感覺(jué)體驗(yàn)。傳感器件主要是將虛擬環(huán)境中的形象、動(dòng)作以及聲音等各項(xiàng)因素進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使人們將這種感覺(jué)理解成正常情況下的經(jīng)歷。而作用器件則是用來(lái)將人的一些約定動(dòng)作變成作用信息，使人們對(duì)虛擬環(huán)境有所察覺(jué)。人是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境系統(tǒng)中的重要主體，去感受到虛擬環(huán)境的存在并且通過(guò)對(duì)虛擬環(huán)境的體驗(yàn)做出相應(yīng)的反應(yīng)。這些構(gòu)件都是組成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不可或缺的重要部分。對(duì)于從事煤礦的安全生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的很大一部分作用都來(lái)自于此方面的影響。

三.綜采工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

（一）實(shí)物虛化與虛物實(shí)化

一般來(lái)說(shuō)，實(shí)物虛化主要就是指現(xiàn)實(shí)世界空間向多維信息化空間的一種映射，其中包含了基本模型構(gòu)建、空間跟蹤以及聲音定位和視覺(jué)跟蹤等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在這些相關(guān)技術(shù)的共同作用下促成了虛擬世界的形成。在這些技術(shù)之中，基本模型構(gòu)建技術(shù)是形成虛擬世界的重要基礎(chǔ)和前提，它能夠?qū)F(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象物體在相應(yīng)的3D虛擬世界中進(jìn)行重新構(gòu)造，依照系統(tǒng)的相關(guān)需要進(jìn)行部分物理屬性的保存。就像車輛在不同的道路上行駛，其行車效果也不盡相同。而空間跟蹤技術(shù)則是指通過(guò)頭盔顯示器以及數(shù)據(jù)手套等相關(guān)交互工具上的傳感器來(lái)確定用戶各身體部位在虛擬環(huán)境中的位置和方向。聲音跟蹤技術(shù)則是根據(jù)對(duì)不同生源聲音的利用來(lái)進(jìn)行到達(dá)某一地點(diǎn)的時(shí)間差、相位差以及聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。視覺(jué)跟蹤則是通過(guò)對(duì)攝像機(jī)到X-Y平面陣列以及跟蹤光在圖像攝影平面不同時(shí)刻和不同位置上的投影來(lái)進(jìn)行被跟蹤對(duì)象位置和方向的計(jì)算。

相對(duì)于實(shí)物虛化來(lái)講，虛物實(shí)化則是指確保用戶能夠從虛擬環(huán)境中獲得到與現(xiàn)實(shí)世界中一樣的視覺(jué)、聽覺(jué)以及觸覺(jué)等方面體驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)。通常情況下，能否使參與者形成沉浸感的主要原因除了使其具備相應(yīng)的知覺(jué)體驗(yàn)外，還在于其是否能夠感受到虛擬物體的反作用力。

（二）高性能計(jì)算機(jī)處理技術(shù)

最后，作為一種現(xiàn)代化的高新技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要想充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用就不能缺少高性能的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)。高性能計(jì)算機(jī)處理技術(shù)主要包含了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、能夠生成并顯示出逼真圖像的技術(shù)、各類聲音合成以及聲音空間化技術(shù)、多維信息數(shù)據(jù)融合以及相關(guān)的命令識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等各類技術(shù)。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)技術(shù)是能夠使其作用得以發(fā)揮的重要保障，在很大程度上左右著安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)：對(duì)于煤炭行業(yè)未來(lái)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為了一種時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。然而就我國(guó)目前的狀況來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用仍然處于初級(jí)階段，所以對(duì)其進(jìn)行深入探析和研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我們應(yīng)當(dāng)抓住虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重點(diǎn)部位，通過(guò)對(duì)其核心技術(shù)的發(fā)展來(lái)為綜采工作面的安全生產(chǎn)提供重要支撐。

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