VR&矿业

采矿设备的虚拟设计和制造

VR技术用于大型设施、设备的设计和制造已有许多成功的实例。

把虚拟现实技术用于对新型采矿设备的设计方案进行可视化的性能评估，则更显示出虚拟现实技术的优势。

由于井下场地狭窄，环境恶劣，因此对井下设备的设计、运行、维修都提出了很高的要求。采矿设备的虚拟设计和制造，其意义不仅仅是节约资源和时间，而是完成在地面或在常规条件下无法进行的工作。

例如采煤机虚拟设计中，设计人员不必等到样机制造出来，再去修改其中不太理想、不太合理的部分，因为VR系统可以容纳他们“进入”电脑中的三维空间图像，借助多种交互手段直接对采矿设备的设计进行观察、讨论和修改，从而大大缩短设备的研制周期，节省研制费用。

以下为英国诺丁汉大学AIMS研究所研究的VR虚拟操作系统的介绍:

VRCoal

VRCoal主要用于采煤机的操作培训。可构建较真实的采煤环境，为用户提供了采煤机、梭式矿车、采煤工作面、煤层、煤层顶底板的三维模型；另外，可为用户提供了声音效果，这些声音是在真实的采矿环境中录制的，并进行了混音处理。

可使用户按照真的操作面板对采煤机进行虚拟控制，如采煤机的前进、后退、对齐煤层、装车等。当采煤机遇到不同岩性的岩石时，采煤速度会自动改变，如遇到焦变煤时会加速，遇到岩石时会减速等。

VRCoal可以保存学员的培训日志，供教员在评估培训效果时参考，以决定该员是否达到培训要求。

SafeVR

SafeVR是英国诺丁汉大学AIMS研究所的研究人员开发的安全培训VR软件包。可训练学员正确判断险情并作相应的处理。用户可以让学员指出一种险情并选择最佳的解决方案。用户可以定义自己列表并创建一种险情。用户还可为每一类对象关联声音，声音是根据情的存在与否而定的(如管道泄露时会发出“世噬”的响声)。

VROOM

VROOM是AIMS的研究人员开发的另一个软件，主要用于矿山机械设备的操作培训方面，如采掘机的使用，拖车的实时驾驶等。包含大量的虚拟矿山模型，如矿山表面纹理、卡车、托运线路、钻机、推土机、索斗铲、维修车、矿山工人等，以便完成虚拟环境的创建。

应用VR技术进行矿井事故调查和研究

应用计算机绘图和虚拟现实技术可以快速、有效地以一系列三维图像在计算机屏幕上再现各 种事故发生的过程,事故调查者可以从各种角度去观测、分析事故发生的过程,找出事故原因 , 包括系统设计和现场人员的动作行为。同时通过交互式地改变这一VR模型中环境的参数 或状态,从而防止其它与此相关的潜在事故的出现。

安全监察与危险识别

通过基于VR的安全监察与危险识别训练系统，训练者在VR生成的虚拟作业现场导航，对各种动态目标和静态对象进行观察，以识别潜在的危险、风险和行为;一经发现危险源，使用者必须回答一系列相关问题，选择出正确的危险处理方法，实现训练目标。诺丁汉大学开发的SAEF-VR系统是虚拟现实在安全监察与危险识别中的典型应用之一。

井下环境风险评估

风险评估目前已成为现代矿山生产管理的重要工作，其主要内容是评价人员对生产过程安全状况的辨识。然而，识别井下复杂环境下的所有因素是困难的，常常会影响到风险分析的结果，甚至可能导致人为的失误，造成灾难性后果。虚拟现实技术的发展为风险评价提供了有效的手段。在计算机生成的虚拟环境中，可以交互式地对作业空间进行多角度观测，实现对生产过程更加科学的评估。

矿井火灾、瓦斯等事故仿真

通过模拟真实的矿井作业环境，并结合通风网络分析和CFD模拟的结果，可以逼真地展示出火灾或爆炸发生的动态过程除了模拟烟火弥漫状况外，还可通过人机交互作用显示出人为因素，如反风、灭火措施等对整个通风网络的影响。在矿井的某些位置，可以对火灾或爆炸进行模拟，并随之产生有关环境参数的各种变化。

矿井火灾和瓦斯爆炸是井下工作人员所面临的主要灾害。计算机技术的高速发展使得在灾变 条件下复杂通风网络的快速解算成为可能,从而指导井下火灾发生时正确地控制风流,确保井 下工作人员安全撤出,防止火灾和有害气体、烟尘等的蔓延。近几年来,计算流体动力学 （简称CFD）已广泛用于工业火灾、爆炸和煤矿火灾, CFD通过解算与火灾和爆炸物相关 的数学模型,可以较准确地预测火区附近的温度、火风压及其燃烧产物的实时分布状况。

AIMS的研究人员目前正致力于矿井火灾VR系统的开发。该系统通过模拟某个 真实的矿井作业环境,并结合网络分析和CFD模拟的结果,可以逼真地展示出火灾或爆炸发 生的动态过程。除了模拟火烟弥漫状况外,该系统还可通过人机交互作用显示出人为因素， 如 反风、灭火措施等对这整个通风网络的影响。此类系统的开发,无疑可以广泛地用于矿井火 灾的防治、救灾和人员培训等方面。

演练矿井抢救

采矿作业危险性较大。不仅工作环境危险，有毒气体时时危害着工作人员的健康,井下各类用电设备也会构成安全隐患。矿山安全培训的需求目前非常大，而各家公司也积极地寻求方法提高煤矿作业效率和技术，希望鱼与熊掌兼得。

Mines Rescue位于澳大利亚新南威尔士，属于Coal Service(煤矿服务下的一个业务部)，该组织成立了虚拟现实安全培训中心，该中心将以特有的培训方法改变采矿人员对作业安全的认识。

该培训中心安装了360度显示屏，像IMAX影院，使用户产生更为真实的体验。同其他培训中心不同，Mines Rescue在虚拟环境下创建一个采矿作业区。该培训中心能全面地向人们展示培训如何进行：如何安装螺栓，安装命令以及安装原因。培训教员还可以在虚拟世界中触发事故场景，例如火灾事故、浓烟等效果，让受训人员产生第一手真实体验。

虚拟技术在矿山应用的不足

1、目前国内外矿山VR系统中，着重于虚拟环境图形信息的几何表达，基本未着重考虑虚拟环境的智能性问题；

2、大多数场景中的物体是静态的、被动的、无生命的，还缺少对井下作业人员、运输车辆等高级实体的行为建模与研究，不能表现高级实体在环境中的行为方式及其与虚拟环境的交互作用;

3、缺少对井下物理环境的逼真表达与模拟方法，或者使用了过于简单的自然环境模型，造成虚拟环境与真实世界有较大差异，严重制约了VR系统的应用价值。

近期发展方向

嵌入式3D可视化操控平台

以虚拟仿真技术为主要平台进行开发，采集工作面中相关设备的真实数据，真实再现井上井下设备的操作及控制；替代传统二维图片设备控制，提升远程操作安全和准确性。

智能化成套装备仿真体验培训

（可用ipad控制电脑端的虚拟机器）

与AR连接

在手持电脑、头盔显示器或“智能”眼镜上使用AR系统，矿工可以清楚的看到需要处理的机械部件，并在如何维护或者修理设备的单个部件方面得到指导。通过设备上的传感器，矿工可以获得有关齿轮、链条和输送机磨损程度的有用信息。传感器收集的数据被输入到数据库中，数据库可以提供机器的实时信息和可视化。一步一步的画外音知道他们完成维护和维修工作。对矿业公司来苏，准确的知道在哪里找到维修的部件是一件省钱又省时的工作，最重要的是，它能确保那些在地下实际工作的人获得最大的安全。

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众所周知，采矿行业是最为古老而传统的行业之一。由于种种条件的限制，其本身即带有一定的保守。随着时代的发展，互联网、人工智能、云计算、大数据、区块链等新科技已逐渐同传统行业相“＋”，并呈现出崭新的产业发展面貌。然而，采矿业特别是我国以煤炭为主角的采矿业仍不免“傻大黑粗”的低端形象，并且行业人才的流动能力也颇有局限性。好在，矿业人也并非都是因循守旧的，当前行业内已经展露出对新技术、新思维、新理念的兴趣，智慧矿山、智能采矿等先进概念已勃然兴起。

本公众号旨在立足于新时代，从不同角度对新兴科技进行观察，力争以全新的视角来审视和把握能够对矿业发展产生积极影响的新技术，我们的愿景是“科技赋能矿业，让采矿酷起来”！