刍议综采工作面安全生产虚拟现实系统关键技术

王利辉

摘要：伴随着社会经济的快速发展，人们对于能源方面的需求也不断上升，在经济和科技水平双方面的支持下，我国煤炭工业也逐渐朝着大型化、集中化和高效化的方向发展。对于煤矿生产来说其系统相对复杂，为煤矿的安全生产和管理带来了较大的障碍。而将虚拟现实技术运用当煤矿的安全生产和管理之中则能够在很大程度上强化煤矿的生产和管理效率，具有重要的现实意义和应用价值。本文将主要立足于综采工作面安全生产虚拟现实系统关键技术，对其进行简要的介绍和分析。

关键词：综采；工作面；安全生产；虚拟现实系统；关键技术

引言

严格意义上来讲，虚拟现实技术属于一门新兴的科学技术，目前已经被广泛应用于航空、航天以及船舶等多方领域之中。虚拟现实技术不仅在一定程度上具备多媒体信息的特点，也能够通过对虚拟现实技术的应用来为矿井生产提供应急救援提供新的途径。其主要原理在于能够利用计算机营造出一种人为的虚拟环境，这种环境的具有较高的仿真性，能够使用户完全沉浸入这种虚拟环境之中，对于煤炭行业的发展来说具有重要的现实意义。

一.綜采工作面安全生产虚拟现实系统的重要作用

随着我国煤炭行业中科学技术应用水平的不断提高，我国煤炭工业的面貌发生了极大地改变，不仅工人们的劳动强度得到了较大的降低，煤炭生产的产量也得到了很大的提升，为社会经济建设贡献了巨大的力量。但是煤炭生产事故的发生率却一直都居高不下，在一定程度上加大了广大煤矿工作人员的心理负担。导致安全事故频频发生的原因除了自然条件因素之外，更多的是来自于安全管理模式的欠缺。而综采工作面安全生产虚拟现实系统则能够使人通过个人的视觉、听觉、触觉以及形体和手势参与进信息处理的环境之中，进而得到身临其境的感觉体验。过去传统的综采工作面仿真主要偏重于数字仿真，也就是编制程序采用随机方式仿真生产过程，并由此得出工作面产量以及其他的结果的研究。但是当前虚拟现实技术在综采工作面生产过程中的运用则相对具有更高的性能性，将其应用于矿工培训中不仅能够减少投资、安全可靠，还在很大程度上具有可重复操作的优越性能，对于煤炭行业来说具有十分深远的影响，在有效降低事故发生率的前提下去提升煤炭生产效率。

二.虚拟现实系统的主要构成

对于总裁工作面安全生产虚拟现实系统来说，无论外部条件发生怎样的变化，其主要的构成是不变的。通常情况下，虚拟现实系统都是由虚拟环境、传感器件、作用器件、人以及虚拟环境发生器等几部分组成。其中虚拟环境主要是由虚拟环境发生器所产生，进而使人能够借助于传感器件以及作用器件等媒介进行交往，使人们造成一种身入其境的感觉体验。传感器件主要是将虚拟环境中的形象、动作以及声音等各项因素进行转换，使人们将这种感觉理解成正常情况下的经历。而作用器件则是用来将人的一些约定动作变成作用信息，使人们对虚拟环境有所察觉。人是整个虚拟现实环境系统中的重要主体，去感受到虚拟环境的存在并且通过对虚拟环境的体验做出相应的反应。这些构件都是组成虚拟现实系统不可或缺的重要部分。对于从事煤矿的安全生产来说，虚拟现实系统的很大一部分作用都来自于此方面的影响。

三.综采工作面安全生产虚拟现实系统中的关键技术

（一）实物虚化与虚物实化

一般来说，实物虚化主要就是指现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，其中包含了基本模型构建、空间跟踪以及声音定位和视觉跟踪等多项关键技术。在这些相关技术的共同作用下促成了虚拟世界的形成。在这些技术之中，基本模型构建技术是形成虚拟世界的重要基础和前提，它能够将现实世界中的对象物体在相应的3D虚拟世界中进行重新构造，依照系统的相关需要进行部分物理属性的保存。就像车辆在不同的道路上行驶，其行车效果也不尽相同。而空间跟踪技术则是指通过头盔显示器以及数据手套等相关交互工具上的传感器来确定用户各身体部位在虚拟环境中的位置和方向。声音跟踪技术则是根据对不同生源声音的利用来进行到达某一地点的时间差、相位差以及声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。视觉跟踪则是通过对摄像机到X-Y平面阵列以及跟踪光在图像摄影平面不同时刻和不同位置上的投影来进行被跟踪对象位置和方向的计算。

相对于实物虚化来讲，虚物实化则是指确保用户能够从虚拟环境中获得到与现实世界中一样的视觉、听觉以及触觉等方面体验的关键技术。通常情况下，能否使参与者形成沉浸感的主要原因除了使其具备相应的知觉体验外，还在于其是否能够感受到虚拟物体的反作用力。

（二）高性能计算机处理技术

最后，作为一种现代化的高新技术虚拟现实系统要想充分发挥其应有的作用就不能缺少高性能的计算机处理技术。高性能计算机处理技术主要包含了数据转换以及数据预处理技术、能够生成并显示出逼真图像的技术、各类声音合成以及声音空间化技术、多维信息数据融合以及相关的命令识别和语音识别等各类技术。对于虚拟现实系统来说，计算机技术是能够使其作用得以发挥的重要保障，在很大程度上左右着安全生产目标的实现。

结束语：对于煤炭行业未来的发展来说，引入虚拟现实技术已经成为了一种时代发展的趋势。然而就我国目前的状况来说，虚拟现实技术的发展应用仍然处于初级阶段，所以对其进行深入探析和研究具有重要的现实意义。我们应当抓住虚拟现实系统的重点部位，通过对其核心技术的发展来为综采工作面的安全生产提供重要支撑。

参考文献：

[1]赵国梁. 综采工作面安全生产虚拟现实系统关键技术研究[D].西安科技大学，2012.

[2]李建忠. 综采工作面场景及覆岩垮落的动态虚拟[D].太原理工大学，2010.

[3]韩可琦，苌道方. 虚拟现实技术在综采工作面仿真中的应用[J]. 计算机仿真，2006，06：229-232.