立项建议书.docx

1、立项建议书立 项 建 议 书项目名称： 申报单位(盖 章)：申 报 日 期： 年 月联 系 人：联 系 电 话：电 子 信 箱： 集团有限公司制订 年 月 日一、项目的意义和必要性（项目研究的重要性和紧迫性、国内外同类研究进展情况、本项目对促进企业技术进步的作用和意义）1.1项目研究的重要性和紧迫性21世纪是信息主导的世纪，“数字化生存”已成为知识经济的重要标志。信息技术和自动化技术的完美结合及飞速发展，深刻地影响和改变着传统的采矿工业。国家“十二五信息化发展规划”中明确指出：要利用信息技术改造和提升传统产业，以煤矿为代表的传统采矿业，已经并正在面临21世纪信息技术的挑战和洗礼，问题与机遇并存

2、。进入21世纪以来，中国矿山行业的信息化建设已经取得了较大发展，但总体状况仍然不容乐观，中国矿山在勘察、规划、设计、生产、管理、全过程监控等信息化“软实力”领域，与发达国家的差距依然很大。三维虚拟现实(3D-Virtual Reality简称3DVR)技术是一种高级的人机交互系统。它以仿真的方式创造一个实时反映实体变化与相互作用的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，具有信息感知性、沉浸性、交互性和自主性等特点。虚拟环境通过视、听、触觉与用户进行交互，使用户产生“身临其境”的感觉。采矿业和建筑业、交通运输业一样是最危险的职业之一，为减少死亡和受伤事故，在过去的几年许

3、多培训方法已经付诸实施。虽然改善是显而易见的，但受伤事故仍然以较高的数量出现。通过虚拟现实和3D动画制作技术，模拟井下复杂的作业环境和机械设备，这种安全培训的好处是在安全和可控制的环境下进行的，让受训者如身临其境，逼真的事故环境和事故经过使受训者加深对工作环境的熟悉和对操作技能的认识，从而产生学习兴趣，达到良好的教育目的。“体感交互技术”是一项无需借助任何控制设备，可以直接使用肢体动作与数字设备和环境互动，随心所欲地操控的智能技术。此款软件的核心在于它让计算机有了更精准有效的“眼睛”去观察这个世界，并根据人的动作来完成各种指令。体感技术这项创新的技术是一款不能用传统的思维模式去开发体感应用产品

4、，要用全新的思维去思考如何利用体感技术与设备进行人机交互，包括UI设计，体验操作，动作操作设计，提示，交互方式等，而不是简单地利用体感技术代替鼠标键盘的点击操作。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，利用国际领先的三维虚拟现实技术及体感交互软件，紧紧围绕着煤矿安全生产，搭建完整的、系统的、可视化的理论培训和实战操作培训应用平台，提供基于虚拟现实的人机交互演练，可以大幅度提升学员的实际操作能力和安全防范意识。目前，我国对虚拟现实技术在矿山中的应用及研究还不够成熟，3D技术和体感交互在煤矿培训中的应用少之又少，为满足煤矿信息化建设的需要，加快虚拟现实技术在矿业中

5、的应用的软件开发及理论研究，对于实现煤矿的科学化、现代化管理，保障煤矿安全高效生产，提高煤灰行业的科技、管理发展水平，提升学员的实际操作能力和安全防范意识，尤其显示出重要性和紧迫性，具体表现在以下几个方面：（1）运用煤矿3D虚拟现实系统直观、精确地对“一通三防”等安全内容及操作进行培训，使他们具有身临其境的感觉，消除了进行空间想象时“只能意会，不可言传”所带来的模糊性。在矿山设计、建设开采过程中，摸拟三维矿井条件，进行三维模型构建和可视化，不再要求非亲自深入井巷工作面,办公室内就可触摸工作面矿床，甚至使“矿井未建先下井巡视一番”成为可能，实现矿井建设、生产和管理的科学化是当前露天煤矿安全生产和

6、增加用户体验的迫切需要。（2）开发具有自主知识产权的煤矿培训体感交互系统，改变目前我国煤矿培训单一、枯燥的现状，提供基于虚拟现实的人机交互演练，可以大幅度提升学员的实际操作能力和安全防范意识。1.2国内外同类研究进展情况目前，美国、加拿大、英国和澳大利亚等发达国家的矿山信息化程度较高，矿山虚拟现实应用研究起步也比较早，已经出现了一些典型的虚拟现实应用软件。具有代表性的有澳大利亚CSIRO Mine Engineering Group研究开发的 Virtual Mine虚拟煤矿环境系统，澳大利亚Earthworks公司开发的InTouch矿山虚拟环境系统，英国诺丁汉大学AIMS研究中心开发的房柱

7、式开采系统VR-MINE以及电池式矿车FSV系统、露天矿单斗卡车作业模拟系统等虚拟现实模型，以及用于安全培训的VR Coal、SafeVR、VROOM等产品。国内对煤矿虚拟现实的研究也取得了一定的成果，国内从事相关系统开发的有龙软、蓝光、三维吉斯、中科纳维、天地自动化等，中国矿业大学、浙江大学、南京大学、中南大学、北京科技大学等也都在从事相关的研究。近年来，随着我国矿山信息化建设力度的加大，国内现有的大中型煤矿基本已经完成了二维软件系统的信息化工作，但在传统的二维模式下，矿井的真实形态完全存在于部分相关工程技术人员的脑海中，不同的技术人员由于个人经验和技术水平等的不同，从而对煤矿安全生产管理的

8、认识也会不尽相同，这使得他人无法真正准确的了解煤矿企业的整体形态。随着虚拟现实、OpenGL、三维建模技术的发展，三维矿山系统的应用研究和信息整合研究近几年蓬勃发展起来。1.3本项目对促进企业技术进步的作用和意义本项目的实施，能够为新老员工提供更加科学、可视化的培训，解决运用传统手段难以解决的问题。采用三维虚拟技术，用1:1的三维模型还原地面和矿坑的原貌，使之本身就可以作为演示系统，演示矿山的地面和矿坑实景，结合动态数据在三维空间实时展示，使管理人员对实时数据和历史数据的管理更加直观和便捷。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，利用国际领先的三维虚拟现实技术

9、及体感交互软件，紧紧围绕着煤矿安全生产，搭建完整的、系统的、可视化的理论培训和实战操作培训应用平台，提供基于虚拟现实的人机交互演练，可以大幅度提升学员的实际操作能力和安全防范意识。二、现有工作基础和条件（与本项目相关的前期研究情况、技术基础和工作基础、具备的设施条件等）项目合作单位中国矿业大学是国家“211工程”和“985优势学科创新平台项目”重点建设的教育部直属高校。与本项目研究相关的一级学科或博士点有：“计算机应用技术”、“采矿工程”、“安全技术与工程”、“通信与信息系统”、“地图制图学与地理信息工程”，其中，“采矿工程”和“安全技术与工程”为国家重点学科，在本学科领域具有国际国内优势。学

10、校一直从事煤矿安全生产的尖端科技研究，建有“矿山数字化教育部工程研究中心”和“中国矿业大学、中国科学院智能信息处理联合实验室”；与国际、国内著名IT企业西门子、联想、实达等共建了工业控制网络实验室、联想无线网络实验室和锐捷网络实验室；建立了工业控制网络、嵌入式、网络与信息安全、信息处理等一批国内先进、特色鲜明的专业实验室和大学生创新实验中心。项目组多位成员主持并参与国家自然科学基金和江苏省自然科学基金项目多项，发表过相关论文多篇。项目组已与国内多家煤矿企业合作完成了多项相关科研任务，具有很好的技术基础。已完成的项目有：“虚拟现实矿山及培训动画系统的开发”（合作单位：中煤山西南梁矿业有限公司）；

11、“矿山灾难性事故模拟系统的研究与开发” （合作单位：中煤山西南梁矿业有限公司）；“金牛股份点检系统的研究与开发”（冀中能源股份有限公司）；“煤矿安全培训系统的研究与开发”（神华宁煤股份有限公司）等。平朔矿区是我国重要的煤炭生产基地，公司十分重视科技创新，科研经费投入大，项目实施条件好，这为项目的研究实施提供了优良的内部环境。 由于在虚拟矿井建设和研究中已经积累了丰富的理论经验，掌握了相关的关键技术，为本项目的研究提供了必要的基础数据及技术前提。本项目组由十几位教授、副教授、博士和硕士组成，团队研发力量雄厚，所有成员都参加过有关虚拟矿井的开发研究，熟悉煤矿生产的流程和重点环节。学校相关实验室、研

12、究中心的仪器设备我们可以随时使用，学校图书馆几百万册图书可供我们查阅和检索，东露天矿良好的技术条件和已有的数字化、信息化基础为我们项目的顺利进行提供了有益的补充，完成项目的各种条件已经具备。三、主要研究内容与进度安排（研究内容和需解决的关键技术问题、研究周期、年度计划及年度目标等）3.1、研究内容1、三维仿真表现。利用系统的三维引擎、数据管理及点播三维动画功能，将复杂的矿场开拓系统、运输系统、生产系统、安全监测和地质预警等综合信息通过三维图形逼真地表现出来。2、安全培训直观。同时研究构建煤矿安全生产中的“一通三防”三维动画教学和事故案例模拟数据库，并连接到展示系统，让员工在漫游时实时展示。3、

13、体感交互体验。提供基于虚拟现实的人机交互演练，搭建完整的、系统的、可视化的理论培训和实战操作培训应用平台，让员工亲身体验感受矿井中的机器操作。（具体展现的内容需要您细化一下）3.2研究目标1、具有3D效果的培训场景开发设计具有三维真实感场景的“一通三防”培训系统。系统采用三维建模、虚拟仿真、视频融合等重要技术，使培训者具有“身临其境”的培训体验。3D煤矿安全培训系统，集四维特效设备、声光电技术、各种环境特效设备以及精心构思制作的立体影片为一体，使观众完全沉浸在逼真的模拟环境当中，在体验强烈的临场感和视觉冲击震撼的同时，可以感受高科技产品带来的真实感培训效果。系统是一个全自动的3D影院系统，由放

14、映系统、银幕系统、音响系统、特效系统与控制系统、操作监控一体化等子系统构成，各个子系统协同作用，构成一个整体，共同刺激观众的视觉、听觉、触觉、感觉等各个感官，再现影片主题所涉及的环境，环境内的各种细节，以及观众在特定环境内的遭遇等，营造出使人身临其境的整体效果。系统主要包括以下部分，播放系统、投影系统、中央控制系统、显示系统、音响系统。播放系统，包括图形工作站、存储系统，用于运行分析计算软件并进行多通道输出。图形工作站全部采用4台HP高档图形工作站。其中一台作为控制服务器，其余3台工作站作为立体播放工作站，每台输出左、右眼两幅立体视差图像。它们可以独立工作，也可以接受通用工作站的软件控制，协同

15、工作，同步输出三通道立体显示所需要的6幅立体图像，而形成完整的无缝拼接画面。中央控制系统，包括中央控制器、PDA触摸屏、视频切换矩阵、环境控制模块、电源管理器等，用于对整个系统的开关、信号切换等进行统一的集中管理，方便管理人员的操作。该系统与用户原有的调音台、数字音频处理器、功放、音箱、麦克风等系统音响处理和会议系统完全兼容。显示系统，采用国产金属硬幕。音响系统，在3D动感影院中，音响系统作为与放映系统紧密相关的子系统，其对影院整体效果的营建起到举足轻重的作用。2、具有交互体验的培训系统系统通过体感设备模拟windows操作系统的鼠标和键盘操作事件，让培训方式瞬间变成体感控制，兼容所有软件。系

16、统可以定义多个手势，对应多个鼠标键盘响应事件，可以全局定义鼠标键盘的响应事件，也可以根据单个应用程序的需求，自定义单个应用程序的鼠标键盘事件鼠标键盘事件包括鼠标移动，单击，双击，右键，键盘的上下左右箭头键盘操作等。每一个鼠标键盘事件都对应一个体感手势，从而实现完全自定义化的通过体感手势来操作软件，完全实现体感操作代替鼠标键盘的操作。完全实现培新教师与培训场景的兼容，实现“培训者直接走进场景中进行讲解、指导的模式”。3.2、需要解决的关键技术 1、3D仿真技术在矿井中的应用研究；研究如何根据矿井的三维特点，利用仿真技术，显示各生产系统的工作状态是本项目的研究基础及需要解决关键技术；2、3D仿真技

17、术与体感交互软件的结合；研究如何结合3D仿真技术与体感交互软件，搭建完整的、系统的、可视化的理论培训和实战操作培训应用平台，提供基于虚拟现实的人机交互演练；3.3、研究周期2013年8月30日-2015年7月30日3.4、年度计划及年度目标2014年3月-2014年4月，立项申报，开展项目前期调研和研究工作。2014年4月-2014年6月，收集相关资料，建立实物模型，对矿坑进行实地勘测，获取相关数据。2014年6月-2014年8月，建立三维动画仿真展示系统，完成虚拟系统和相关信息的对接，初步建成虚拟矿山，2014年8月-2015年12月，研究体感交互软件与三维动画仿真展示系统的结合，完成基于虚

18、拟现实的人机交互演练平台。2015年1月-2015年3月，进行系统调试和测试，不断完善，进行项目鉴定验收。五、经费预算费用名称费用（万元）一、直接消耗的材料、燃料和动力费用1、材料费2、燃料费3、动力费二、直接从事研发活动的人员费用4、在职研发人员人工费5、外聘研发人员劳务费三、用于研究开发项目的折旧和相关费用6、用于研发活动的仪器、设备、房屋的折旧费7、用于研发活动的仪器、设备、房屋的租赁费8、单位价值在30万元以下的研发仪器、设备购置费9、相关固定资产的运行维护、维修费四、用于研究开发的有关无形资产摊销费10、软件、专利权、非专利技术的摊销费五、中间实验和产品试制相关费用11、模具、工艺装

19、备开发及制造费12、设备调整及检验费、试制产品的检验费13、样品、样机及一般测试手段购置费六、研发成果及知识产权费用14、成果论证、验收、评估费15、知识产权申请、注册、代理费七、外协单位（委托其他单位、个人或与其它单位合作研发而支付的费用）八、与研究开发直接相关的其他费用（包括技术图书资料费、资料翻译费、会议费、差旅费、办公费、外事费、研发人员培训费、培养费、专家咨询费、高新科技研发保险费用等）九、其他费用合计注：上述费用中第一至第八为项目研究开发费用，第九项为因项目实施而形成的固定资产或研发费用之外的经费。上述费用为项目的总经费，请在汇总时分出2013年当年的计划经费额，具体见后面的汇总表。六、项目实施方式 独立开发 合作开发 委托开发七、项目主要研究人员（可单独成页） 项目负责人：姓 名性 别职务/职称所学专业郑亮男矿长采矿工程主要研究人员：王珂李长贵王潜平刘辉杨八、申报单位意见单位负责人签字：年 月 日