神华集团安全培训煤矿巷道安全仿真驾驶系统说明书.docx

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神华集团安全培训煤矿巷道安全仿真驾驶系统说明书

系统仿真技术基本概念

广义地说，系统（System）是相关物体所组成的集合，可分为过程系统（如煤矿生产，机电系统）和非过程系统（如经济、管理系统）两大类、过程系统也叫做工程系统，它具有连续性，是时间的函数，而非过程系统是离散集合的趋势。

系统可以是自然的或人工的，真实的或假想的。

仿真是对代替真实物体或系统的模型进行实验和研究的一门应用技术科学。

按所用仿真模型分为物理仿真和数字仿真两类、物理仿真是以真实物体或系统，按一定比例或规律进行微缩或扩大后的物理模型为实验对象。

如飞机研制过程的风洞实验。

数字仿真是以真实物体或系统规律为依据，建立数字模型后，在仿真机上进行的研究、数学模型是能够数值化地描述真实物体或系统规律的相似实时动态特性。

有人工建立的数学计算，常用的有代数方程法、微分方程法或状态方程法等。

仿真机是以现代高速电子计算机为主，辅以网络和多媒体等设备，由人工建造的模拟实际环境的硬件系统，它是数学模型软件实时运行的硬件和软件环境。

与物理仿真相比，数字仿真具有更大的灵活性，能对截然不同的动态特性模型做实验研究、培训教学、为真实物体或系统的分析和设计

提供了十分有效而且经济的手段。

系统仿真是一门面向实际，具有很强应用特性的综合性应用技术科学、涉及的

领域十分广泛，包括了军事、航空航天、工业、医药、生物、社会经济、教育

、娱乐等。

煤矿工业在我国能源领域中有着极其重要的地位，同时，煤矿生产一直以来也伴随着严重的安全问题。

当前，我国煤矿安全生产处于保持总体稳定，趋于好转的发展态势，但是状况依然严峻。

近年来，国家更是三令五申的强调煤矿安全问题，颁发多项用于煤矿安全生产的法律法规，旨在于通过改革发展，解决深层次的问题，建立安全生产长效机制。

据国家煤矿安全调查信息显示，煤矿生成的安全问题很大程度上是由于人为因素造成的。

对于安全问题麻痹大意，没有严格按照安全生产的相关规定进行操作，都是引起灾难发生的原因。

而这一切的根本又来自于安全培训教学，传统的安全教学受限于书本教材，不能够给人留下深刻而直观的印象。

为全面提高煤矿职工队伍的安全素质，增强依法自我安全保护的意识，坚持“安全第一、预防为主”的生产方针，促进全国煤矿安全生产状况的稳定好转和优化煤矿生产，福州正辉信息科技有限公司致力于仿真技术在矿业领域的研发，结合煤矿领域的实际情况，研发制成煤矿安全生产虚拟仿真培训系统。

系统以煤矿职工安全生产、优化技术设计、安全技能培训和提高矿产效益作为主要目的。

利用国际领先的虚拟现实和三维仿真技术开发而成。

煤矿安全生产虚拟仿真培训系统紧紧围绕着煤矿安全生产，搭建了完整的、系统的、可视化的应用平台。

该系统由五大部分构成，，提供基于虚拟现实的人机交互演练，大幅度提升学员的实际操作能力和安全防范意识。

煤矿安全生产驾驶系统

真实准确，煤矿安全生产仿真驾驶系统的核心开发团队在制作前期，深入煤矿井下熟悉了解每个工种以及每道工序，并且以国家统一的煤矿培训教材《煤矿新工人岗前安全培训教材》为基础，整个系统不但客观的复原教材中的关键知识点，而且还将实际生产操作进行了深度扩展结合，从而提高了系统知识的丰富性，提高了学员对相关操作规程的理解和认识。

3D可视化，目前，大部分煤矿安全生产培训仅限于书本教材，部分先进的企业利用一些有限的多媒体（如：

图片，音频，视频，动画等）进行培训，但这些方式都属于填鸭式教学培训，不能够给人留下深刻而直观的印象。

本系统以国际先进的三维仿真技术为基础平台，所有的场景和模型均以三维的视角直观的展现了井下的真实环境，其中包括井下设备的运行情况以及井下各种极端危险环境的模拟。

三维交互操作，煤矿安全生产仿真驾驶系统利用虚拟现实交互技术，每个工种和每个工序都允许学员以三维沉浸式的体验来进行交互操作，以全方位的沉浸感体验真实立体的操作流程和极端危险环境（如：

爆炸，坍塌，火灾，水灾等），令人印象深刻。

特殊环境呈现，煤矿安全生产仿真系统解决了极端环境和危险环境无法真实体验的问题，可以将所有的极端环境和危险环境进行立体可视化，低成本，无危险性，训练机动灵活，节约时间成本且不受时间场地约束，让学员对危险环境有全面的认识。

学员考核，煤矿安全生产仿真系统内置的数据库管理模块，可以详细准确的记录所有学员的学习、训练以及考核数据，考核标准按照《煤矿新工人岗前安全培训教材》中的技术要求指定，具有安全生产的规范性和准确性。

煤矿巷道安全仿真驾驶系统分为五大部分：

1：

驾驶考试：

指的是对防暴车，皮卡车的综合性驾驶模拟考试。

2：

专业训练：

指的是防暴车，皮卡车在矿坑里的基本驾驶规则，和场景模拟。

3：

关于我们：

是对企业的介绍。

4：

理论知识：

指的是神华公司对下到矿坑里的车辆做出的规章制度。

5：

自由驾驶：

指的是可以在这里面实现实时场景的驾驶，和多车辆同时进行驾驶。

1、设计目的

错综复杂的巷道所引起的交通安全问题已经不容忽视，有别于地面的交通环境，巷道的驾驶环境相对恶劣，这就要求驾驶员不但要有娴熟的驾驶技巧，还要对巷道道路以及特殊的驾驶交通规则了然于胸，并且严格执行，稍有不慎就会造成事故。

而要达到这一要求，必须经过经验丰富的驾驶员指导，反复地进行实地训练，这样一来培训成本很高，让学员在巷道中练习，增加了危险性，同时还会对日常的巷道交通产生不小的影响。

福州正辉信息科技有限公司针对巷道安全研发生产的驾驶培训模拟器，可以有效解决以上问题。

模拟器仿照目前**集团公司井下比较常用的皮卡车和防爆车制作1：

1的外观与内饰，利用不同的显示器来模拟相应的驾驶视角，并且所有的驾驶操作方式与实际的完全一致，另外还加入动感模拟系统，实时模拟井下路面的颠簸情况，让培训人员感觉身临其境，提高培训效果。

同时还利用3维仿真建模技术与虚拟现实技术，将巷道的各种复杂环境模拟到软件中，并且加入许多针对性强，培训效率高的功能，如理论知识学习，理论知识考试，专项训练（掉头、自动风门、井下会车、综合训练等）、自由驾驶、驾驶考试、评分系统、语音提示系统等。

2、外观设计

巷道安全驾驶模拟器

3、技术实现

1）高仿真环境三维建模与动态光景渲染

实际环境比例制作的3D模型

利用粒子系统制作环境特效（如雾、水等）

实时动态光照与阴影计算

高效精细的渲染系统

HDR（高级动态光照渲染技术）

2）车辆物理动力学模拟

重力与惯性力模拟

发动机牵引力模拟

轮胎摩擦力模拟

悬挂系统模拟

路面材质摩擦力模拟（如水泥路、碎石路、潮湿路面等）

3）车辆驾驶操控模拟

点火熄火

方向盘

离合、刹车、油门、手刹

转速表、时速表等仪表盘指示

喇叭、远光灯近光灯、转向灯、双闪灯等

其它特殊操作（根据实际需求）

4）车辆与行人人工智能

自动路径寻路算法计算

自动车流控制算法

自动避让逻辑判断处理

会车逻辑判断处理

通过自动风门逻辑处理

5）交通规则监控系统

规则触发判断

规则触发逻辑处理

6）网络通信、数据同步

Socket局域网建立连接

Socket数据同步

7）动感控制系统

动感数据计算与优化

RS-232串口通信

8）考核评分系统

理论试题数据录入与加载

理论试题考试随机选择、试题操作与评分计算

驾驶考试流程与评分计算

4、功能示意流程图

兰亭序

永和九年，岁在癸丑，暮春之初，会于会稽山阴之兰亭，修禊事也。

群贤毕至，少长咸集。

此地有崇山峻岭，茂林修竹；又有清流激湍，映带左右，引以为流觞曲水，列坐其次。

虽无丝竹管弦之盛，一觞一咏，亦足以畅叙幽情。

是日也，天朗气清，惠风和畅，仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。

    夫人之相与，俯仰一世，或取诸怀抱，晤言一室之内；或因寄所托，放浪形骸之外。

虽取舍万殊，静躁不同，当其欣于所遇，暂得于己，快然自足，不知老之将至。

及其所之既倦，情随事迁，感慨系之矣。

向之所欣，俯仰之间，已为陈迹，犹不能不以之兴怀。

况修短随化，终期于尽。

古人云：

“死生亦大矣。

”岂不痛哉！

    每览昔人兴感之由，若合一契，未尝不临文嗟悼，不能喻之于怀。

固知一死生为虚诞，齐彭殇为妄作。

后之视今，亦犹今之视昔。

悲夫！

故列叙时人，录其所述，虽世殊事异，所以兴怀，其致一也。

后之览者，亦将有感于斯文。