煤矿排水三维可视化在线监测系统研究

摘要

煤矿排水系统是煤矿生产六大系统之一，对于确保矿井安全生产起着至关重要的作用。现代化的煤矿一般采用在线监测系统对井下排水设备进行实时监测，目前煤矿排水系统采用的在线监测主要是以“示意图+图例+数据”的方式来显示设备的运行状态，这种监测方式仅能显示设备的运行状况，遮盖了设备运行的姿态信息，缺乏与用户的交互与协作，形象性、感染力不强。
　　本文将虚拟现实与在线监测技术相结合，构建煤矿排水三维可视化在线监测系统。从三维可视化在线监测系统的体系结构、网络构建以及人机交互功能的实现等方面开展研究。主要的研究内容包括：
　　第一，针对现有煤矿排水系统采用的在线监测方式的不足，研究了具有沉浸感和实时交互功能的三维可视化在线监测系统的构建模式。通过对三维可视化在线监测系统的功能架构分析，将系统进行层次划分，实现系统的模块化与集成化。
　　第二，根据煤矿排水系统在线监测的要求，构建多参量在线监测系统，开展多任务实时在线监测技术研究。同步采集排水设备的温度、压力、转速、流量等信息，并通过总线传输到监控终端进行实时显示，实现一定的并行处理功能。
　　第三，提出一种三维可视化在线监测系统的场景建模方法，并开展基于数据驱动的模型交互功能研究。利用3Ds MAX三维建模工具构建煤矿排水系统三维模型，并对模型进行结构优化和真实化处理，通过 WPF（Windows Presentation Foundation）开发平台实现对三维模型的姿态控制、监测数据上报显示、设备的远程控制和系统漫游等人机交互功能。
　　第四，研发煤矿排水三维可视化在线监测系统平台，对系统功能进行在线测试验证，并实时采集监测数据对系统的监测精度进行评估。
　　煤矿排水三维可视化在线监测系统将三维虚拟场景和远程在线监测技术融为一体，构建具有沉浸感的在线监测系统，真实再现煤矿排水系统现场工作场景，具有在线监测数据的实时显示与人机交互功能，改善监测软件的交互环境，在工业监测领域具有较好的理论价值和应用前景。

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1 绪论

1.1 课题概述

1.2 煤矿排水系统概述

1.3 研究目的和意义

1.4 国内外相关领域研究现状

1.5 本论文的主要研究内容

2 系统总体方案与结构

2.1 系统研究方案

2.2 系统总体构架

2.3 系统的工作流程

2.4 本章小结

3 数据采集与网络传输系统

3.1 数据采集系统

3.2 网络传输系统

3.3 实时数据库的建立

3.4本章小结

4 在线监测系统三维交互显示关键技术

4.1 建模技术

4.2 三维模型的真实化处理

4.3 模型的转换与调整

4.4 虚拟场景人机交互环境的实现

4.5 本章小结

5 三维可视化在线监测系统的实现与测试

5.1 软件环境

5.2 测试硬件平台的搭建

5.3在线监测系统测试

5.4 系统测试精度评价

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

作者简历

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