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

王利輝

摘要：伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對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。對于煤礦生產(chǎn)來說其系統(tǒng)相對復(fù)雜，為煤礦的安全生產(chǎn)和管理帶來了較大的障礙。而將虛擬現(xiàn)實技術(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)實意義和應(yīng)用價值。本文將主要立足于綜采工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，對其進(jìn)行簡要的介紹和分析。

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

引言

嚴(yán)格意義上來講，虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)不僅在一定程度上具備多媒體信息的特點，也能夠通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用來為礦井生產(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算機(jī)營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，對于煤炭行業(yè)的發(fā)展來說具有重要的現(xiàn)實意義。

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

隨著我國煤炭行業(yè)中科學(xué)技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提高，我國煤炭工業(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)實系統(tǒng)則能夠使人通過個人的視覺、聽覺、觸覺以及形體和手勢參與進(jìn)信息處理的環(huán)境之中，進(jìn)而得到身臨其境的感覺體驗。過去傳統(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)實技術(shù)在綜采工作面生產(chǎn)過程中的運(yùn)用則相對具有更高的性能性，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，對于煤炭行業(yè)來說具有十分深遠(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)實系統(tǒng)的主要構(gòu)成

對于總裁工作面安全生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來說，無論外部條件發(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，使人們造成一種身入其境的感覺體驗。傳感器件主要是將虛擬環(huán)境中的形象、動作以及聲音等各項因素進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使人們將這種感覺理解成正常情況下的經(jīng)歷。而作用器件則是用來將人的一些約定動作變成作用信息，使人們對虛擬環(huán)境有所察覺。人是整個虛擬現(xiàn)實環(huán)境系統(tǒng)中的重要主體，去感受到虛擬環(huán)境的存在并且通過對虛擬環(huán)境的體驗做出相應(yīng)的反應(yīng)。這些構(gòu)件都是組成虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不可或缺的重要部分。對于從事煤礦的安全生產(chǎn)來說，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的很大一部分作用都來自于此方面的影響。

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

（一）實物虛化與虛物實化

一般來說，實物虛化主要就是指現(xiàn)實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跟蹤等多項關(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)實世界中的對象物體在相應(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)對不同生源聲音的利用來進(jìn)行到達(dá)某一地點的時間差、相位差以及聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。視覺跟蹤則是通過對攝像機(jī)到X-Y平面陣列以及跟蹤光在圖像攝影平面不同時刻和不同位置上的投影來進(jìn)行被跟蹤對象位置和方向的計算。

相對于實物虛化來講，虛物實化則是指確保用戶能夠從虛擬環(huán)境中獲得到與現(xiàn)實世界中一樣的視覺、聽覺以及觸覺等方面體驗的關(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)的知覺體驗外，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算機(jī)處理技術(shù)。高性能計算機(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)的命令識別和語音識別等各類技術(shù)。對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來說，計算機(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)的實現(xiàn)。

結(jié)束語：對于煤炭行業(yè)未來的發(fā)展來說，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為了一種時代發(fā)展的趨勢。然而就我國目前的狀況來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用仍然處于初級階段，所以對其進(jìn)行深入探析和研究具有重要的現(xiàn)實意義。我們應(yīng)當(dāng)抓住虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的重點部位，通過對其核心技術(shù)的發(fā)展來為綜采工作面的安全生產(chǎn)提供重要支撐。

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