虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究

虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究（共9篇）

1.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇一

关于信息技术在青岗坪煤矿安全管理中的应用

[摘 要]随着现代信息技术的高速发展和在各行业中的应用，煤炭产业也逐渐从粗放型管理向精细化管理转型，各种信息技术管理手段逐步应用到煤矿安全生产当中，各种影响煤矿安全的不利因素都可以得到有效控制，使煤矿安全管理有了质的飞跃，真正为实现“安全第一、预防为主”奠定了坚实的基础。煤矿安全信息技术应该充分的将计算机管理与安全生产管理紧密整合，有效地管理控制煤矿安全工作，保障矿井的安全有效建设。

[关键词]信息技术 煤矿 计算机

青岗坪井田位于陕西省咸阳市旬邑县东北约30公里处，处于旬耀煤田的中东部。青岗坪井田东西长约5.0km，南北宽约2.1-3.3km，井田面积约12.1km2。地质资源量127.61Mt。本井田地质构造简单，储量较为丰富，开采技术条件优越，主要可采煤层赋存稳定，煤质优良，具有建设高产高效大型矿井的资源条件。

我国煤炭产量居世界首位，煤矿数量超过世界上其他主要产煤国家的煤矿总数，煤炭行业是我国国民经济和社会发展的支柱产业。安全是煤炭生产的头等大事，尽管近年来，国家针对煤矿安全问题采取了多方面的有力措施，但由于长期以来煤矿安全投入明显不足，煤矿企业安全装备严重缺乏，安全管理手段比较落后，国家煤矿安全形势十分严峻。因此，加大煤矿安全投入，推广采用先进的煤矿安全装备与手段已成为煤炭行业迫在眉睫的问题。

随着现代信息技术的高速发展和在各行业中的应用，煤炭产业也

逐渐从粗放型管理向精细化管理转型，各种信息技术管理手段逐步应用到煤矿安全生产当中。特别是近几年国家出台了一系列煤矿安全生产监测系统在煤矿生产中的强制应用手段，这些系统的使用使各级管理部门能及时了解各煤矿的瓦斯、井下人员、产量等数据，对监督和管理煤矿起到了很好的效果。

一、我国煤矿行业当前特点

我国煤炭行业发展现状能源是人类赖以生存繁衍、社会得以繁荣进步的重要物质基础，也是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。煤炭资源作为一种不可再生资源，既是工农业生产和日常生活的主要燃料，又是化工生产的重要原料，是中国能源安全的基石，在国民经济中具有重要的战略地位。煤炭在我国能源结构比重中占绝对优势。由于我国能源储量特点，长期以来，一次能源生产结构中煤炭的比重保持在70%的高位水平；从1953年的96.2%到1978年的70.7%再到2007年的70.4%，煤炭消费比重居高不下。但是，我国煤矿地质构造比较复杂，自然灾害严重。煤矿事故主要还是由四大类构成：瓦斯事故、顶板事故、水害事故和运输事故，所占比例分别为36%、33.3%、9.9%和9.3%。据统计，仅国有重点煤矿中就有44.4%的矿井高瓦斯或煤与瓦斯突出，自然发火危险矿井占51.3%，煤尘有爆炸危险的矿井占87.4%，水文地质条件复杂或极复杂类型煤矿占25.04%。小煤矿中高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井超过15%，具有煤尘爆炸危险矿井占91.35%，其中高达57.71%的矿井具有强爆炸性。总体来看，目前我国煤矿行业信息化水平还比较

低，信息技术和安全投入都还不满足实际需求。

二、煤矿安全管理信息技术建设目标和原则

作为未来“数字煤矿”的一个子系统，安全管理信息系统是煤矿持续发展的基础，与矿井地理、生产、物流等子系统类似，其主要内容是安全信息的采集、信息的传输、信息的处理、信息的应用与集成。实时、准确、全面的安全信息管理和响应是煤矿安全管理的核心。煤矿安全管理信息系统应是集分析、预防、监控、应急全方位、一体化的系统工程。尤其应注重预防和应急处理模块，转被动为主动，利用通信、计算机、自动化等多项技术的紧密整合，有效地管理控制煤矿安全工作，保障矿井的安全有效建设。

三、煤矿安全管理信息技术的应用

目前，各软件和系统集成商开发的系统千差万别，但从信息设施的各类来划分，可以分为检测、监控、通讯、信息管理四大部分。

1、安全信息收集。

安全信息收集主要是由安全岗员在安全检查过程中对收集到的安全信息录入到计算机中。本模块主要包括安全信息录入、对安全隐患的处理意见、领导审批意见、对安全隐患处理落实情况和安全信息的综合查询等功能。

2、信息监控

计算机信息技术在煤炭生产安全监控中的应用，既是提升煤炭生产安全水平的一次技术革命，同时也是强化煤炭生产安全监督的一次管理革命。煤炭作为我国目前最重要的能源资源，其生产安全历

来受到各级政府和社会各界的高度重视。但长期以来，由于局限于传统的生产技术和落后的管理监督体制，煤炭生产安全事故问题一直得不到有效控制，煤矿的煤炭瓦斯爆炸、透水事件等恶性事故频发，给国家和人民生命财产安全带来严重威胁。计算机信息技术在煤炭生产安全监控中的成功应用，从根本上改变了以往传统落后的煤炭生产安全管理方式，把煤炭生产安全监督管理纳入了信息化现代化轨道。

作为煤炭行业的先导性技术，“数字煤矿安全”广域网络动态实时多级监管系统中集成了计算机网络技术、数字通信技术、微电子技术、软件应用等诸多内容。其中很鲜明的一点便是，通过政府和部门提供的相关支持，引入安全领域技术，打造综合性应用网络，实现多级单位的大规模、大范围联网。该系统可以对网络管辖区域内所有煤矿瓦斯防治情况，包括井下瓦斯浓度、风机开停状态、设备送电断电情况等实施集中监控、远程监控和实时监控，针对突发情况及时采取调整作业方式、停止生产、撤离人员等措施。另外，通过该监控系统，还可以对井下采掘工作的位置进行全程跟踪。

3、计算机检测系统

主要完成的工作是将井下的检测站采集的人员信息通过计算机之间的数据通讯传送到监控计算机，监控计算机对人员信息进行存储、显示和跟踪。计算机通过编程形成一个较为完备的数据库，显示井下各检测站的人员信息，存储人员的历史信息。同时，编制了一大道简单、便于维护的矿井拓扑图绘制软件，为直观地显示井下

人员的分布情况提供了保证。

4、人员定位查询

可查询到某人员当前是否下井及在某一时间段的下井记录。此外，部分模块还可以和其他矿井信息技术结合使用。以上面介绍的人员状态查询模块为例，除可单独应用外，还可以和跟踪定位系统配合使用。目前通讯技术和计算机技术为一体的煤矿人员定位系统，可在任何联网地方监控入井人员数量、身份和井下工作位置，是打击煤矿超能力生产，超人员入井的有效的高科技手段。在突发情况下，监控计算机上还可立即查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、为事故抢险提供科学依据。

5、人员考勤定位系统

系统以现代无线通讯技术为基础，应用通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术，在井上调度室设置中心控制计算机系统，在井下相关位置布置监控基站。监控基站和中心控制计算机系统之间通过光纤、电缆或以太网环网相连接，煤矿井下人员、车辆、设备之间等目标分别携带无线数据收发机，系统通过监控基站与收发机之间的无线通讯，实时了解井下人员的数量及分布情况。

四、结束语：

计算机信息技术在煤炭生产安全中的应用具有划时代的意义，但是目前煤矿安全信息系统在信息共享和互通互联方面还有很多不足，“信息孤岛”还大量存在。由于供应商众多应用系统五花八门，设备也是型号多样，极不统一。监测系统、控制系统和管理系统还

不能有效实现联动，满足实际需求，由于不能信息共享，信息的价值大打折扣，对集中管理、决策不能提供有效的支持。因此，加快发展适于煤矿安全生产的电子产品和装备，推进我国煤矿行业信息技术应用，提高信息化水平，为进一步提升煤矿安全生产水平做好技术支撑，仍然是今后摆在我们面前的重要任务。相信随着信息化技术在煤矿行业的推广和应用，煤矿安全事故频发的现状会得到有效遏制，煤矿行业也能在现代信息技术的带动下走上健康、可持续的发展道路。

2.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇二

关键词：虚拟仿真数字化平台,煤矿安全培训,应用

1 中国煤矿安全培训的现状

目前中国煤矿行业主要采用的安全培训模式和培训手段,虽然已经部分引入了计算机技术,但培训的效果仍然不够理想。培训手段是决定教学效果的重要因素[1]。

现行的煤矿安全培训方式的比较:a)采用传统课堂理论教学:理论知识十分详细、全面,但不够直观,教学过程过于枯燥;b)采用动画或视频教学:通过观看动画或视频,煤矿工人能够比较直观地了解相关知识,表现力更强一些,但仍然只是单方面的教学,学习者只能被动接受。采用模型或实物教学:能比较真实、直观学习相关设备,但不够方便,难以展示内部结构和运行状态,展示大型设备成本高昂;c)采用培训软件教学:可较好地人机互动、更加贴近现实,比较直观、方便,成本也不高,但煤矿工人对于操作过程只是用键盘鼠标等设备进行模拟,难以得到真实的体验。

2 软硬结合虚拟仿真实操培训考核数字化平台

2.1 介绍

使用仿真操作台模拟对设备的操作,用计算机程序模拟设备的运行,硬件与软件结合实现人机联动,真正提高实际操作水平。我们称这种技术为虚拟仿真实操培训技术。虚拟仿真实操培训技术是以虚拟仿真引擎和虚拟视景技术为基础,以真实的沉浸感、精细的模拟和良好的学习效果为主要特征的高端操作培训技术。该技术能够虚拟再现生产环境,模拟机械设备工作状态,构建三维可视化仿真平台,通过三维动画、实景再现、虚拟实操等手段实现仿真操作训练。由于制作成本昂贵,这种技术长期以来仅在航空、航天、汽车等领域应用。随着计算机技术的飞速发展,该技术逐渐开始在各个行业推广普及,现已进入煤矿信息化培训领域,工作原理图见图1。

2.2 主要功能

该平台由仿真操作台、高性能的计算机工作站、数字技术呈现的逼真井下工作场景组成,以设备为支点,结合井下采煤、掘进等工作的实际流程对职工进行培训考核,理念先进,实际应用效果良好。

2.2.1 高仿真操作台

仿真操作台是平台的核心。以采煤机仿真操作台为例,它根据采煤机的实际操作控制设计了各种功能的开关、按钮,符合采煤机的操作习惯。学员在操作台前要按岗位规程动手操作真实存在的开关和按钮,操作状况和工作环境变化实时反映在视景仿真画面中,能够真实地模拟井下工作过程,再现实际操作中容易遇到的问题。

2.2.2 内容严格按照三大规程设计

平台内容提炼于实际,根据煤矿作业的实际操作流程设计,符合煤矿三大规程的相关要求,并可根据培训单位的生产实际需求灵活修改程序。

仍以采煤机实操培训考核系统为例,学员进入系统后,首先看到的是视觉屏幕上逼真的工作场景,学员要在仿真采煤工作面场景中漫游完成各项接班检查内容。如果未能检查到岗位规定的内容将被扣分。检查完成后,学员按采煤机开机程序进行操作,采煤机启动后,以割一刀煤进一个截深为考核单元,对采煤作业中的割顶、留底、煤机进刀、反切三角煤、端头割煤、反向抽刀、滚筒高度调整、牵引调整等各类关键步骤进行考核。系统还设计了日常生产中可能出现的冒顶、溜子停运等各类紧急状况,操作者需按实际情况及时进行应对。操作完成后,系统会根据学员的操作情况进行判断打分,对学员的采煤作业进行客观、科学的评价。

2.2.3 可建立培训考核档案

同时平台还能建立实操考核电子档案和管理考核档案,详尽记录学员的操作记录,便于学员对操作进行分析、总结,大大强化了培训、考核的效果;老师可现场操控考试、随时中断随时检查操作失误和考试记录;用短短十分钟的操作来全面考核在实际工作中需要掌握的操作技能,真正达到准确培训、高效考核的目标。

2.2.4 实操与理论考核并行

为了保障培训的系统性、完整性,平台还配备了相关的理论考核试题,帮助学员在熟悉实际操作的同时熟悉理论知识,达到了理论与实操的完美结合。

2.3 涵盖范围

目前相关公司已经开发出采煤机、支架、放煤、提升机、正在拟定开发掘进机、锚杆机、凿岩机、皮带输送机、刮板输送机、电机车、小绞车(调度绞车、回柱绞车)、装岩机、瓦斯探放钻机、泵站、连续采煤机、胶轮机车、爆破控制台、检测监控仪器操作校验台、光学瓦斯鉴定器组装拆卸台等主要设备。

2.4 应用方法

a)培训体系中按照理论培训、实操培训、上机操作训练、上机考核相结合,环环相扣。包括相关的理论培训、虚拟操作和练习、仿真操作台实际操作练习和考核。通俗一点就是:首先为什么要这么操作,就是要知道结构和原理;然后要知道怎么操作、怎么样才能操作好,也就是要注意安全事项和该岗位的技能要求;最后是对应上面培训的实物仿真操作台上的练习和考核,就像学剃头,关于剃头的方方面面学会后,最后要在一个有毛的冬瓜上练习。该方法不仅仅是对技能操作步骤、方法相关知识的学习和训练,而是真正意义上的结合实物的练习和考核;

b)考核方式方面,使用主辅机联网控制方式,主机(含服务器),辅机不含服务器,通过局域网的形式传输,把服务器上的软件下载到辅机上,利用相关浏览器,详细实时记录下来辅机单机操作者的结果,存储并汇总数据库。而使用单位可以根据自己的实际情况和受训人员的数量,选择最经济合理的联网台数,以提高日常训练和考核的效率;

c)另外,煤矿企业也可以根据实际需求定制相关产品,实现多专业多岗位协同作业的仿真操作,让煤矿职工整体实际操作协助技能更上一层楼。比如以采煤工作面为例:各工种协同完成整个采煤的主要工序:采煤机、支架移架、推前部、拉后部、放煤、刮板输送机、转载机、破碎机、胶带输送机、集中控制台的操作,各岗位在其工作岗位上,相互配合,完成整个工作面安全生产任务。

2.5 应用特点

2.5.1 涵盖面广且专

目前相关公司生产的虚拟仿真数字化平台系列包括近20种煤矿主要岗位机械设备,且针对具体机械,配套全面的结构、原理、安全操作、技能要求等详细的知识培训,全方位、逐层次、高效率,让煤矿员工切实提高个人素质,牢固掌握生产技能。

2.5.2 实用安全节能环保

实现还原井下现场真实环境和仿真设备的互动操作,避免实机培训高昂的机器费用及损耗费用:比如采煤机、掘进机、成批的开关购买成本,电缆搭火一次考试下来,要剥掉很多电缆成本等。

同时该操作台为弱电控制及可靠的保护,对人体不构成危险威胁,避免实物培训高压供电不安全隐患,比如采煤机用的电是3 300 V或6 000 V,在模拟巷道中散入甲烷气体后测量瓦斯的安全问题等。

而使用操作台训练和考核,消耗电能与实物相比,有天壤之别。

2.5.3 便捷客观

该平台使用数据库联网,与按照分值比例的理论考核,同时实时汇总数据控制库,对于成绩汇总,技术等级评定等客观、公正、公平,减少实物操作的人为因素。

2.5.4 互动性强且做到安全无隐患

岗位技能的提高和形成,全部在操作台上互动完成,在进行训练时,具有违章操作的报警提示纠偏,予以警示,给出正确操作方法和引导,切实做到不安全不生产,把安全刻在每个职工的内心深处。

2.5.5 培训方式灵活且效率高

培训可以不受白昼及天气影响,便于灵活调整受训人员学习和培训的关系,使培训周期明显缩短,且在考核时,使用集中分批考核,提高了效率。

3 存在的问题

3.1 仿真平台的价格过于昂贵

现在市场的虚拟仿真数字化平台的价格仍然处在高位。除了少数国有大型煤矿企业外,少则几十万,多则上百万的价格还是让很多中小型煤矿望而却步。而迫切需要使用虚拟仿真数字平台培训煤矿工人实操水平的,往往又是这些事故频发的中小型煤矿,极不利于在这些煤矿中普及应用。

3.2 涵盖面不够广无法实现全覆盖

尽管市场上已经有相关公司开发出了不少种类的虚拟仿真数字平台,但目前仍然没能实现煤矿中所有工种的全覆盖。这就使得煤矿中许多工种没有办法使用相应的虚拟仿真数字化平台进行实操培训,从而部分影响了煤矿的生产效率。

3.3 产品更新速度相对滞后

随着现代化煤矿采煤技术的不断推陈出新,不断有技术更先进的煤矿设备投入到生产中,而相应的虚拟仿真数字化平台只能在新设备投入使用后较长一段时间内才能推出市场。这样就会出现一个问题:在现有虚拟仿真数字平台培训出的煤矿工人,上岗后才发现所在煤矿已经使用了新的设备。无法实现无缝对接。

参考文献

3.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇三

【关键词】信息技术；现场总线；煤矿生产；视频监控

【中图分类号】TD23

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0201-02

1　概述

在煤矿生产安全中的视频监控技术对生产的安全起到保障作用，视频监控技术实现通过信息交换、共享和集中，信息技术和计算机生产技术的发展是煤矿生产作业智能化的物质基础，作为煤矿生产作业视频监控的标准，首先高效、可靠、安全稳定是首要任务，自动化控制系统必须能为煤矿生产设备运行状态、设备节能控制、消防安全等提供有力保障，且自动化视频监控系统必须能自动判断，并根据预先设定的规则进行网络视频安全控制（能实现自主启停、控制风速等）、危机处理、生产告警、节能节排等。

1.1　现场总线技术在煤矿自动化生产中的应用

在结构上采用管理层、信息管理层、现场层三个层次、管理层主要是采用视频监控技术实现煤矿生产设备的图像信息采集，信息管理层主要是实现通过总线数据通信协议技术实现对节点视频分站控制器进行控制。

1.2　LonWorks总线视频监控技术

LonWorks总线监控技术基于操作网络，同时整个网络充分考虑到了未来的可扩展性，在互通性、兼容性上做了充分的考虑，实现了不同厂家、不同设备间互通性问题，这也是Lon现场总线得以在智能化控制管理中广泛应用的原因。典型的LON节点如图1，LonWorks技术包括以下几个组成部分：

A.LonWorks通信控制处理器一神经元芯片（Neuron　Chip）；

B.LonWorks的通信协议—LonTalk；

c.LonWorks面向对象编程语言-NellronC；

D.LonWorks技术是用于开发监控网络。

总线视频监控系统中有几台工控机，它们的功能并不相同。它们按照客户机／服务器的工作方式进行功能划分，有一台PC作为WinCC服务器，负责上位机系统中的数据处理、Web信息发布、与PLC网络进行数据通信。其它的PC作为客户机，它们不与PLC直接进行通信，要显示和处理的数据从作为服务器的PC中来，并把数据处理的结果存储到服务器的数据库中。这样的划分是因为这些PC的功能不同，有的作为工程师站，有的作为监视站。工程师站可以对系统进行实际的操作，如系统启动、停机、参数设置等。总线视频监视站只能进行信息显示、监视、系统浏览，而不能进行实际操作。

2　影响煤矿生产安全的形式和策略

2.1　视频监控技术环节中的煤矿安全生产的主要形式将正常监控的生产安全监控系统使用的监控数据库监控数据进行分离，保留系统监控必须的基础监控数据和近期的生产监控数据，保证系统正常监控。由于在煤矿生产过程中对生产信息安全生产的要求，煤矿生产过程中对煤矿生产信息安全需要科学设计，在煤矿生产过程中使用的生产信息安全策略广泛采用了视频监控系统新技术，视频监控技术具备完备的运行日志，可以分类型、分设备、分时间、分报警类型进行统计。在“设备事件”中，用户可以选择系统监控的某台设备，查看该设备在某个时间段的报警记录。在“设置事件”中，用户可以查看各种设置事件，在“系统事件”中，记录了系统的启动、关闭事件，资产信息用户的连接事件，报警的发送事件等等。所有的视频监控测点均有一个开放的设置信息管理系统让用户去设置。在“系统配置”信息管理系统中，用户可以选择一个设备或者测点，自行设置它的上下限，报警级别，报警方式，比例变换，安全时段，初始模式，语音文件，报警提示，专家意见等信息。

2.2　安全策略将煤矿企业所有资源进行全面一体化管理的管理信息系统，有效地促进现有企业管理的现代化、科学化。煤矿生产信息安全实现了业务的流程化管理，对所有业务的工作流程和操作规范都制定了较为严格的要求，过煤矿生产信息安全设计，各岗位人员都能够及时掌握各项业务流程的具体信息和业务进度，班组长根据各个生产业务实施情况和完成情况对业务和人员进行合理调配，煤矿生产信息安全需要系统提供了多样化的数据查询功能和详尽的统计功能，替代了以往人工查找、计算烦琐的工作方式，提高了信息安全标准，保证了数据的准确性。

目前煤矿生产信息安全，随着业务数据的不断增加，系统不断的暴露出问题，目前煤矿生产信息安全客户端运行速度已经降到历史最低点，数据查询时出现超时错误比以往更频繁，运行情况较差，已经影响到生产业务的办理。尽早制定一个合理的实施方案并予以实行，改善以上种种问题，已经迫在眉睫。综合系统各方面因素，可以对生产信息系统数据进行数据分离，建立一个移动生产信息管理系统移动生产信息管理分析系统。同时将历史数据剥离出来，导入备份数据库中，然后在备份数据库上重新架设移动生产信息管理分析系统。在煤矿企业中使用的生产安全中基于视频监控和数据分离的业务处理形势可以有效保证生产安全的同时，提高生产的利用率和有效性。

2.3　煤矿生产中使用视频监控系统

在视频监控系统信息管理系统中，首先对设备进行分组，分组是任意的，每个组别下面可以选择各种监控设备，比如设置一个“BA管理组”，下面包含所有的警务固定资产自控设备。可以设立一个“安防组”，把摄像头和门禁设备划归在该组下。比如，当检测到瓦斯报警的时候，我们可以联动摄像机转动到火警位置，并开始录像，同时打开所有门，方便人员逃生。在“联动设置”软件信息管理系统中，我们可以选择“源”测点，每个源测点可以对应4联动动作，当“源”事件发生报警的时候，联动就执行。

3　基于视频监控技术的煤矿生产信息安全防护策略

3.1　煤矿生产安全规划

因煤矿生产安全包含的内容较为广泛，在生产安全信息管理应用等相关软件系统的研究过程中，必须对其通用性和实用性予以保证，在安全分析阶段对生产安全的整个业务过程要作全面而系统的有效分析，因业务处理的繁琐性，就必须结合有关的情况，及业务处理过程的具体算法、参数等因素，对其业务流程进行相应规范。对于生产安全力求发现问题并将其作相应整理。煤矿生产视频监控的主要操作为：将正常监控的视频信息使用的监控数据库监控数据进行分离，保留系统监控必须的基础监控数据和近期监控数据，保证视频信息正常监控。同时将历史监控数据剥离出来，导入备份监控数据库中，然后在备份监控数据库上重新架设视频监控安全系统。实现了网络监控的流程化屏幕监控，对所有网络监控的煤矿生产安全监控流程和操作规范都制定了较为严格的要求，力求使所有网络监控数据都达到监控数据实时分析、网络监控资料准确的要求。各岗位视频检测热点都能够及时掌握各项网络监控流程的具体信息和网络监控进度，班组长根据各个监控中心的网络监控实施情况和完成情况对网络监控和警员进行合理调配，对各项网络监控的进展情况进行实时监控，提高了监控部门的屏幕监控效率和监管水平，从而实现精细化、人性化屏幕监控。

3.2　视频监控中的生产策略

在视频监控中，随着生产数据的不断增加，检测数据中不断的暴露出问题，目前煤矿生产安全监控系统的数据传输端运行速度较低，监控数据查询时出现超时错误比以往更频繁，有效的安全策略在于将正常监控的视频监控使用的监控数据库监控数据进行分离，同时将历史监控数据剥离出来，导入备份监控数据库中，然后在备份监控数据库上重新架设煤矿生产安全监控分析系统。

由视频监控数据分离策略包括生产监控数据表分析、生产监控数据转换迁移、生产分离检索、生产监控策略包括生产综合查询、生产用户综合查询、生产监控数据、信息变更查询、生产监控综合查询、生产安全监控量统计反馈、信息统计、生产安全监控数据分析统计查询、日志管理核对单查询、煤矿生产屏幕监控、移动生产安全、历史监控数据记录查询、生产监控流程查询、生产信息查询、生产维护、安检流程查询及统计、电话报警查询主要的功能比较简单，主要为生产安全监控警员提供生产安全监控系统的历史监控数据的查询、分析、统计功能，不需要进行大量的监控数据分析煤矿生产安全中的异常数据信息。

4　结语

计算机生产的产生和发展不仅影响人们的日常生活工作，并将对整个人类社会的科技发展和文明进步产生重大的推动作用。通过LonWorks现场总线技术实现煤矿生产环节中各个网元设备的集中控制与数据通信，通过数据库技术实现对视频监控数据的集中管理与数据查询在煤矿生产安全中的视频监控技术对生产的安全起到保障作用，生产视频监控的利用和管理有需要多方软件与系统支持，信息的存储和转发均由它们进行检测处理，保证了煤矿生产的安全性。

参考文献

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4.虚拟现实技术在教学中的应用 篇四

虚拟现实技术在教学中的应用主要集中在桌面虚拟现实和分布式虚拟现实,沉浸型虚拟现实由于所需设备昂贵,在教学中的应用较少。虚拟现实技术在远程教育中的应用主要有制作三维网络课件、开设网络实验课程和建构虚拟教室。

1.制作三维网络课件

在教学中,基于HTML的网络课件在不断地发展完善,但却始终不能摆脱二维平面的约束。在课件中加入虚拟现实技术,能挣脱这一枷锁。将虚拟现实和文字、声音、图片、视频等各种媒体有机结合,可以弥补二维平面课件的不足。如,用VRML设计各种三维的模型、物质结构等,可以让学生多角度地观察和学习,更好地理解学习内容。虚拟现实技术还可以再现现实生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程,为学生提供生动、逼真的感性学习材料,帮助学生解决学习中的知识难点。如学习物理知识时,利用虚拟现实技术,向学生展示原子核裂变、半导体导电等复杂的物理现象,供学生观察学习。

2.开设网络实验课程

虚拟实验在网络教育中有着巨大的优势,它可以弥补远程教学条件的不足。虚拟现实实验环境的开发可以真正打破空间、时间的限制,促进网络实验课程的开展。利用虚拟现实技术,还可以建立各种虚拟实验室,如物理、化学、地理、生物等实验室,在“实验室”里,学生可以自由地做各种实验,获得真实的体验。学生还可以通过虚拟实验验证所学的各种理论知识,提出各种假设模型进行虚拟,并通过虚拟系统观察这一假设所产生的结果或效果。例如,在虚拟的化学系统中,学生可以按照自己的假设设计某一化学反应,通过虚拟实验,可以看到相应的反应现象。通过这种探索式的学习方式,可以培养学生的学习兴趣,有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新能力。

3.建构虚拟教室

5.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇五

关键词：风景园林；设计；虚拟现实技术；研究

1风景园林设计中，虚拟现实技术的运用特征

第一，全方位展现风景园林的设计空间。现存的二维空间和三维空间的表现方式，只能够向人们传达出风景园林空间要素中的部分讯息。而虚拟现实技术则可以将风景园林的整体空间精准地展现出来，即使是极小的部分和微小的要素，也绝不会被遗漏。第二，利用网络技术，进行远程浏览。通过虚拟现实技术，风景园林设计师可以先在自身的计算机设备上创建出设计作品，然后通过vrml的方式发送给建筑施工单位，施工单位接收以后便可在网络上进行远程作品浏览。第三，极大地方便了风景园林设计师的作品设计。利用虚拟现实技术，设计师能够在每一设计阶段，创建虚构的风景园林环境。并且通过漫游观察的方式，体验自身的作品，预先感受空间要素、尺度要素、材料要素，有利于风景园林设计师及时发现作品中存在的问题和不足，并实时修改和调整。第四，方便公众参与，实施辅助性决策。要想风景园林的设计和建设能够顺利完成，需要设计、建设、管理及决策部门与公众有效合作，虚拟现实技术就为其提供了一个极佳的合作平台。

2风景园林设计中，虚拟现实技术的具体应用

2.1开始阶段的可操作性分析

首先，明确设计条件，实地勘察现场情况。了解现场的基地情况、气候情况、环境情况、业主造价情况等。通过收集资料、分析资料，列出设计中可能遭遇的困难和难题。其次，将收集到的文字信息输入到虚拟现实系统中进行初步的模拟和探索，让设计师在思维上对该场地形成总体认识。最后，利用gis技术，根据现实环境进行模拟，分析场地中的各个道路情况、树木情况、河流情况等，为形成设计概念提供科学的判断。在这一过程中主要利用虚拟现实技术中的模型建构技术，对现场情况进行综合分析和整体规划。

例如，在建造园林水景时，首先，设计师就必须调查选址地的水文情况，做出相关的水文调查表。其次，设计师结合其它重要因素信息，利用虚拟现实技术对其进行综合分析，将选址区域划分成不同的属性。再次，根据区域本身的特性，利用auto技术完成园林水景的平面图设计，接着再将其导入到3dmax技术中，针对弯曲起伏的地形，可以对其进行线形弯曲的水体模型。

2.2概念设计阶段中的概念设计分析

设计师在通过现实虚拟技术建构模型以后，就可摆脱二维图纸的制约性。设计师可以沉浸和漫游在自身构建的虚拟环境中，从而全方位地研究和分析相关情况，获得感官信息。在多重感官信息的刺激性，设计师的思维处于活动状态，就能够不断地对场地形成设计概念。如果此时设计师的思维形成的是不稳定的图形信息，那么将其输入到虚拟现实系统中，就可以实时地修改和调整相关设计元素，让设计师抓住一瞬即逝的设计灵感，有利于设计师筛选和深化各种设计概念。对于计算机三维造型经验丰富的设计师来说，利用虚拟现实技术，还有利于通过计算机的视觉体验，产生新的设计思想，形成新的图像情景。

2.3设计发展阶段的主体构思工作

一方面，通过虚拟现实技术，设计师可以准确地刻画场景，实时成为三维图像。通过改变场景中的各项特征、造型，刺激设计师的感官和创作思维。另一方面。风景园林设计内容具有复杂性和多维复合性。设计师在进行方案设计时，不仅要考虑物体造型本身，还要对周围的文化因素、社会因素、自然因素、空间因素等紧密结合，从空间环境和社会环境的大背景下，进行风景园林的设计。利用虚拟现实技术中的交互功能，有利于设计师实时控制场景，为其提供更有效的交互平台，方便设计师及时调整和更换园林中的要素模型，通过比较与审查，使设计出来的方案更加合理。

例如，在建设某城市展览馆时，将选址定于体育场北边，紧靠繁华路口的坡地边，并且市政府要求展览馆的高度不得高于20m。在设计方案时，设计师首先摘选出来模拟该区域的重要建筑物。其次，将设计好的方案置入到虚构场景中进行模拟。再次，根据建设进度，将设计师设计好的2个方案再次置入虚拟场景中进行模拟和调整。最后，把多个设计方案整合在一个场景中进行比较。最终经过方案比较，确定采用方案二进行展览馆的建设。

3结语

6.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇六

在我国现代化经济建设发展速度逐渐提升背景下，针对于现代环境艺术设计工作开展也越来越重视，在完善整体环境艺术设计工作开展的同时，应该按照现代环境艺术设计工作开展中的整合需求，将整体的环境艺术设计技术应用能力提升，借助虚拟现实技术进行现代环境艺术设计工作开展就是对现代环境艺术设计工作开展提出的一项新型技术应用。借助虚拟现实技术应用中的三维立体展示技术，能够将整个技术应用中的环境设计工作开展实践好，保障了其整体技术应用的科学性提升。同时按照虚拟现实技术应用中对于现代环境艺术设计的模型构建分析，能够将整体设计中的科学性展现，这对于现代环境艺术设计工作开展而言是非常重要的一项技术应用。另外在我国现代化城市化建设发展进程逐渐转变提升背景下，针对于现代环境艺术设计工作开展也提出了新的要求，而借助虚拟现实技术应用是转变和提升现代环境艺术设计工作开展的一项关键性因素，因此必须要注重对二者技术应用的整合控制[3]。

7.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇七

煤炭企业为了保证安全生产, 不仅提出了各种管理方法, 制定了各种管理制度, 还投入了大量资金装备各种保障安全生产的系统或设备。实践表明, 这些系统和设备虽然在一定程度上提升了煤炭企业的安全生产水平, 但并没有形成有机的煤矿安全生产保障系统, 还存在逻辑和功能上的条块分割问题:① 缺乏一个具有技术前瞻性的并具有弹性的系统架构技术来指导这些系统的构建及系统间信息、功能的互联互通;② 缺少有效的技术手段处理煤矿安全生产保障系统所产生的数据及处理方法。

新兴的研究热点技术———物联网、大数据及云计算是要解决系统架构和互通、数据处理及计算的技术。将这些技术应用到煤矿安全生产保障系统中, 有望解决目前所面临的问题。本文在阐述物联网、大数据、云计算这3种技术的基础上, 对如何利用这3种技术提高煤矿安全生产水平进行探讨和展望。

1 物联网、大数据及云计算技术

1.1 物联网技术

物联网最初由美国麻省理工学院提出, 其核心思想是利用当时先进的射频识别 (Radio FrequencyIdentification, RFID) 技术, 按照一定的通信协议, 借助于已经发展较为完善的互联网, 实现物和物信息的互联、互通[1]。

美国、欧洲等发达国家在物联网概念提出后, 高度重视物联网技术与产业的发展, 并对相关研究机构给予了较大的资助。我国也将物联网纳入战略性新兴产业, 采取了一系列政策措施促进其发展, 并掀起了物联网研究和建设高潮。

1.2 大数据技术

随着物联网覆盖的范围越来越广, “人、机、物”三元世界在信息空间 (Cyber Space) 中交互、融合所产生并在互联网上可获得的数据也越来越大[2], 这样就产生了大数据问题。

参考文献[3]于20世纪90年代在数据库研究过程中就提出了数据库可能会受到“big bang”的影响。伴随着物联网技术的广泛应用, 2008年9月, 《科学》杂志发表了一篇题目为“Big Data:Sciencein the Petabyte Era”的文章, 从此 “大数据 (BigData) ”这个词开始广泛传播。

大数据本身是一个比较抽象的概念, 目前还没有统一的定义。目前已有的大部分定义是从大数据的特征出发, 具有代表性的是“3V”定义[4], 即大数据是指具有“大容量 (Volume) 、多变性 (Variety) 、快速化 (Velocity) ”特性的数据。互联网数据中心 (Internet Data Center, IDC) 认为大数据还应当具有“低价值密度 (Value) ”[5]的显著特征。

大数据的规模效应给数据存储、管理及数据分析带来了极大的挑战。 因此, 诸如基于ETL (Extraction-Transformation-Loading, 数据提取、转换和加载) 的数据抽取及集成方法、基于Hadoop的数据存储方法及各种在线学习方法被提出[6]。

1.3 云计算技术

云计算技术也是一种新兴的技术, 具有按需服务、超大规模、高可扩展、虚拟化、高可靠、通用化等特点[7]。

由于云计算技术具有很高的应用和商业价值, 所以Google、亚马逊、IBM、SUN、微软等公司都提出各自的软硬件架构。

1.4 3种技术的关系

物联网、大数据、云计算这3种技术既有联系又有区别。物联网技术侧重的是如何实现物和物之间 (人、机、物) 的相互关联和信息互通;大数据技术侧重的是海量信息的存储、分析和处理;而云计算技术侧重的是数据计算的方式方法。

从信息流的角度来看:物联网使得物和物之间建立起连接, 伴随着互联网覆盖范围的增大, 整个信息网络中的信源和信宿也越来越多;信源和信宿数目的增长, 所带来的后果必然是网络中的信息也会越来越多, 即在网络中产生大数据;而这些大数据的内在价值的提取、利用则需要用超大规模、高可扩展的云计算技术来支撑。

因此, 物联网、大数据和云计算的关系:物联网产生大数据, 大数据助力物联网[8];大数据需要云计算, 云计算增值大数据。

2 煤矿信息化技术

由于历史原因和煤矿井下环境复杂性的约束, 相比于其他行业, 中国煤炭行业的综合自动化建设起步相对较晚。直到本世纪初, 中国煤炭行业才掀起了煤矿综合自动化建设的高潮。综合自动化的提法目前还没有统一, 不同研究人员提出不同的提法, 如综合自动化、自动化、信息化、数字化等。但综合自动化的实践工作概况而言都相类似, 即各个子系统设备进行联网及远程控制改造, 建设一个覆盖全矿井的骨干通信网络, 建设一个能实现全矿井各个系统数据接入及显示的软件平台。

在煤矿综合自动化阶段中, 各研究人员利用PLC/单片机实现各个子系统设备的远程自动控制;软件平台也大都以国内外先进的组态软件为基础进一步开发定制。而在如何建设覆盖全矿井的骨干通信网络上, 不同研究人员及企业进行了探索:总线技术、EPON (Ethernet Passive Optical Network, 以太网无源光网络) 技术和工业以太网技术均被用来构建过全矿井通信网络。目前, 国内大多数煤矿以类似于图1的方式, 采用工业以太网技术构建煤矿井下骨干通信网络。物联网的网络基础恰好是以以太网技术为核心的互联网, 因此, 从网络角度而言, 综合自动化阶段正好是矿山物联网的前期阶段。

煤矿综合自动化的建设提高了煤矿的自动化水平, 改善了井下工人的工作环境。煤矿自动化水平的提高, 一方面可降低部分由于人为误操作造成的事故, 一定程度地减少井下工作人员数量;另一方面, 由于软件平台实现了各个系统的数据接入, 生产管理人员可同时获得更多、更全面的实时、历史生产数据, 从而能够更准确、更精细地进行生产指挥调度。

但目前的煤矿综合自动化建设基本还是属于各个系统硬件互通、信息简单集中这个层次。因此, 煤矿综合自动化建设对煤矿安全生产水平的提升有限, 同时各个系统互通联网后所产生的数据也未得以充分利用。而物联网、大数据、云计算技术的提出则为煤矿综合自动化建设的后续建设思路和方法指引了方向。

3 物联网、大数据及云计算技术提升煤矿安全生产水平的思考

3.1 3种技术使用的必要性

(1) 进一步提高煤矿安全生产水平需要将矿井建设成一个矿山物联网。煤矿生产是一个矿工、环境、设备紧密结合的活动。矿工的采掘生产改变和影响煤矿井下环境, 环境的变化影响着设备的运行方式, 同时环境变化和设备运行状态影响矿工的生产活动和安全。因此, 将安全生产看成一个控制目标, 那么只有将矿工、环境、设备看成一个系统来加以控制, 安全生产这个目的才可能达到和实现。利用物联网技术来构建矿山物联网, 还可充分利用煤炭行业之外的大量研究成果, 减少探索的时间和代价。如, 煤矿骨干网络到底是采用以太网还是总线, 井下无线网络到底是采用WiFi还是LTE (LongTerm Evolution, 长期演进) , 这些问题就可以借鉴通用的物联网技术的研究成果。

(2) 煤矿需要大数据技术。各个煤矿的综合自动化建设后, 就已经出现数据爆炸问题。在煤矿综合自动化前, 一般矿井只配置了环境监测监控系统、提升机等重要设备监控系统及模拟式工业电视, 所采集和保留的数据也不多。而矿井进行综合自动化改造后, 除了对环境监测监控系统扩容、工业电视数字化之外, 大量的数据被监视和记录。如井上井下变电所各个开关的电压、电流、功率因数值, 通风机的运行监控值, 井下泵房中泵和水位的运行值, 井下胶带运输的监控参数等。这些数据都具有大数据的“4V”特征。可以预见, 当矿山物联网所覆盖的子系统越来越多, 数据规模必将进一步膨胀。因此, 需要使用大数据技术来面对矿山物联网大数据的挑战。

(3) 充分利用好大数据需要使用云计算技术。煤矿综合自动化对煤矿安全生产水平提升作用有限的最主要原因就是只对数据进行了显示和归类, 对数据内在联系和内在价值挖掘不足。而矿山物联网建立后, 数据越来越丰富既是挑战也是机遇。这是因为数据越多, 数据所隐含的内在关系也越清晰、越容易发掘。特别是对煤矿井下环境、灾害、人员活动高度耦合的大系统而言, 数据越多, 灾害预警模型维数也就可以更高, 预警预报也就越准确。而高维的灾害预警模型需要计算能力高且具有弹性的云计算技术提供计算支撑。

3.2 3种技术的地位和作用

矿山物联网的含义尚未统一[9-11], 笔者根据物联网、大数据及云计算技术的内涵, 对矿山物联网进行了定义:矿山物联网是矿山信息化的发展延伸, 它利用智能装备对矿井物理世界进行感知, 通过网络互联和数据传输, 利用大数据及云计算技术进行计算、处理、挖掘和预警, 实现人与物、物与物信息的交互和无缝连接, 达到对煤矿安全生产的实时控制、精确管理和科学决策目的。矿山物联网定义反映了笔者对物联网、大数据及云计算技术在煤矿应用的地位、作用及目的的思考:现有的物联网技术应被使用作为矿井系统建设、互联的技术支撑。而系统互联后所产生的大数据则由云计算进行处理, 数据处理后进行灾害预警预测, 最终实现煤矿的高效、安全生产。

矿山物联网定义还反映出3种技术在煤矿安全生产保障中的相互关联关系, 如图2所示, 矿山物联网是煤矿各个子系统建设的技术框架和路线图, 大数据是矿山物联网建设的产物, 而云计算则是对大数据处理利用的技术手段, 处理后的结果用来控制煤矿各个子系统, 实现煤矿安全生产。

3.3 应用展望

矿山物联网建设后必将造成煤炭企业本质上的变化。可以直接预见的是, 矿山物联网建设后, 广义上的煤矿安全生产监测监控系统将从如图3所示的被动式监测监控系统转换为如图4所示的主动式、多参数融合、具备预警功能的监测监控系统。矿工从只能从调度指挥中心获得相应的环境安全信息转变为利用能主动感知人员环境的设备获知周围安全信息、及时获取预警预报信息, 从而能在灾害发生或即将发生时快速撤离危险区域。只有实现了这种转变, 才能从本质上提升煤矿安全生产水平。

4 结语

物联网、大数据及云计算技术应该也必将成为提升煤矿安全生产水平的重要技术手段。与其他行业相比, 煤炭行业的综合自动化阶段稍稍落后。因此, 中国煤矿科技工作者应抓住时机, 在物联网研究及应用上快步进入到国际先进行列。除了关注物联网、大数据及云计算技术自身所需要研究的问题外, 还应注意以下几个问题:

(1) 统一技术标准的制定。云计算的美好前景让传统IT厂商纷纷向云计算方向转型, 但是由于缺乏统一的技术标准, 尤其是接口标准, 各厂商在开发各自产品和服务的过程中各自为政, 这会为将来不同服务之间的互连互通带来严峻挑战。

(2) 云计算的规模及运行问题。建设矿山物联网, 利用云计算对大数据进行挖掘和处理的最终目的是提高煤矿安全生产水平。而对数据的建模、分析、挖掘直至安全预警不可能仅仅依靠计算机程序完成, 而是需要众多理论实践经验丰富的专家参与到这个过程中。因此, 是否需要专门从事煤矿安全的数据网络运营商, 以及是否可以在全煤炭行业建立一个类似淘宝网一样的提供煤矿数据分析服务的运营商, 这些问题将是目前急需解决的方向性问题。

摘要：阐述了物联网、大数据及云计算技术的研究现状, 指出3种技术之间的关系, 即物联网产生大数据, 大数据助力物联网;大数据需要云计算, 云计算增值大数据。结合煤矿综合自动化的建设发展历程, 研究了3种技术在煤矿安全生产保障中的作用和地位, 提出了3种技术在煤矿生产安全保障中的关系:物联网是煤矿各个子系统建设的技术框架和路线图, 大数据是矿山物联网建设的产物, 云计算则是对大数据处理利用的技术手段, 并指出基于物联网、大数据及云计算技术的煤矿安全生产监测监控系统将是主动式、多参数融合、具备预警功能的监测监控系统, 可有效提升煤矿安全生产水平。

关键词：煤矿信息化,物联网,大数据,云计算,安全生产

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[10]张申, 赵小虎.论感知矿山物联网与矿山综合自动化[J].煤炭科学技术, 2012, 40 (1) :83-86.

8.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇八

关键词：煤矿机电；技术管理；安全生产；措施研究

煤矿事故频发不仅造成巨大的经济损失，同时也危及煤矿工人的生命安全，对生态自然环境也产生了严重的破坏。如塌方、瓦斯爆炸等，大多与煤矿机电设备相关，也可以说，生产过程中忽视煤矿开发技术管理和安全保障，是造成安全事故的根源所在。

1 煤矿机电技术管理中存在的问题

1.1 机电设备老化严重、建设资金投入不足 煤矿作业环境十分恶劣，在确保产能的前提下，必须提供高效的机电设备，以满足生产力的有效发挥。结合近年来我国发生的煤矿安全生产事故分析，很大一部分原因是设备陈旧、故障问题造成的。煤矿建设的一次性投资很高，一些企业或业主为了节约成本，在煤矿建设层面投资不足，导致生产作业中无法更新高新技术机电设备，这一现象在小煤矿中较为普遍。事实上，机电设备系统的更新和升级，不仅是作用在生产效率层面，对整个煤矿安全也发挥着重要的作用。例如，机电设备老化，随时可能导致故障产生，影响通风、照明、运输等功能；在安全检测方面，由于设备较为陈旧，无法适应现代机电技术检测模式，因此也很难发现其中存在的安全隐患。

1.2 专业技术水平较低、施工作业缺乏监督 煤矿勘探、开采和建设生产中缺乏专业人才是我国基础现状，一方面，在煤矿安全生产以及技术管理层面，专业人才培养能力较低，包括一些高校人才培养中，严重缺乏对实践应用的掌握。另一方面，煤矿企业也缺乏对专业人才的招揽意识，为了节约人力成本，大部分人员主要从事的是体力付出，对机电技术管理缺乏认识。在这样的情况下，要开展机电设备管理的规范性建设是很困难的，在作业中往往存在经验主义倾向，导致安全隐患。

1.3 安全管理意识不足、机电设备维护不力 当前我国从事煤矿生产的人员中，绝大多数没有经过专业教育培训，在参与机电设备管理过程中，不能及时发现、主动防范安全隐患。一些煤矿企业虽然展开安全教育培训，但由于理解方向的偏差，往往集中在防火、防爆等操作方面，对机电设备关注度不足。

机电设备在恶劣的煤矿生产环境下，发生故障的机率是很大的，从购买、验收到维护的整个过程中，都需要严格控制。尤其在运营的过程中，由于高温、潮湿、粉尘等影响，对设备的伤害很大，要做好定期维护和保养。但现实中，往往对机电设备维护力度不足，只要还能工作，就处于满负荷运转的状态，忽视检测中机电设备的数据、指标等要求。

2 加强煤矿安全生产中机电技术管理措施

煤炭作为我国主要的能源类型，不仅要确保产能，同时也要关注质量，促使煤矿生产中经济效益和社会效益的平衡。机电技术管理是一个很好的入口，但同时也面临着巨大的挑战。要提高煤矿开采、生产的效率，就必须加强机电设备的技术管理需求，具体来说，可以从以下几个层面入手。

2.1 加大资金设备投入、重视机电维修技术 近年来，为了提高煤炭资源生产效率，减少生态环境污染，我国针对小型煤炭企业进行了大规模治理、清理，在一定程度上减少了事故数量。但在市场经济体制下，煤矿产权关系复杂，依然有很大的自由度，因此不仅仅要从宏观调控上入手，同时还要加强具体的改革。

一方面，要提高煤矿企业经营者的安全意识，重视对安全事故的预防、规避，这就需要在机电设备及技术管理层面加大投资；另一方面，重视机电设备及技术的同时，也要做好维修团队的建设，加强对设备检修的力度，降低安全事故发生的机率。

2.2 健全安全管理制度、完善机电设备管理 借助煤矿企业内部的组织结构，构建完善的安全管理制度，具体执行中，可以按照企业管理体制分配，由领导人员担任机电设备管理的负责人，建立、编制、完善机电设备的材料。对于新购置的机电设备，做好相应的规范化、标准化处理，同时与人事制度、考核制度等进一步结合，确保其有效性。

2.3 拓宽人才引进渠道、加强实践技能培训 煤矿企业中工作人员的专业素质普遍较低，单纯地依赖市场人才供应又很难满足需求，因此要积极拓宽人才引进的渠道，一方面注重专业人才校园体系的培养，突出实践技能掌握。另一方面，加强现有职工专业水平培训，提高对机电设施管理技术的了解。

2.4 强化设备现场管理、完善监督监控体系 煤矿生产的现场环境往往较为恶劣，一般存在于山体、地下等空间，即便在露天煤矿中，也具有大量的机电设备管理干扰因素。因此，要结合现场环境，展开机电技术的现场应用和管理。

在具体的执行过程中，机电设备的现场管理是从安装开始，经过运行、检测、升级、更换、报废等一系列过程，遵循机电技术的原理，了解机电设备的生命周期，进而实现相应的处理手段。

3 结束语

综上所述，提高煤炭机电技术管理水平是煤矿安全生产的基础条件，也是未来煤炭产业完善自身的重要途径，对保障煤矿工人生命安全具有重要意义。结合现状来说，机电技术管理水平的提升不是一蹴而就的，需要经过一个长期的过程，不仅仅需要在资金、设备等方面加强投入，同时也需要在管理制度、监控体系等方面逐渐加强。尤其是专业人才的培养，要建立学校与企业的联合机制，促进理论与实践的结合，不断提出新措施、研发新技术，以保障我国煤矿安全生产的进行。

参考文献：

[1]覃日强.论煤矿机电技术管理在煤矿安全生产中的应用[J].煤炭技术，2012，06：262-263.

[2]宋占文.煤矿机电技术管理在煤矿安全生产中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2012，11：143-144.

[3]王晓艳.煤矿机电技术管理在煤矿安全生产中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2013，02：189-190.

[4]张有双.煤矿机电技术管理在煤矿安全生产中的应用[J].能源与节能，2013，08：31-33.

9.虚拟现实技术在煤矿安全中的应用研究 篇九

摘 要 3D虚拟现实技术通过虚实融合营造智慧教学环境，使学习者获得真实的情境体验。在教育教学中应用3D虚拟现实技术需要全新的理念和方法，需要深层次挖掘教学资源、推进教学模式创新，实现虚拟现实技术、课程资源、教学模式的深度融合，构建虚拟教学体系。

关键词 3D虚拟现实技术；教学资源；虚拟情境

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1671-489X（2016）06-0003-03

引言

3D虚拟现实技术概述 虚拟现实技术是虚拟仿真技术的一个重要方向，是集仿真技术、计算机图形学、多媒体技术、网络技术等多种技术的集合，包括模拟环境、感知和传感等方面。借助3D技术、多传感交互技术及3D显示技术等，生成生动逼真的虚拟环境，使用者戴上相应设备，就可以进入虚拟空间，成为虚拟环境中的角色，在虚拟环境中进行实时交互，操作各种虚拟对象，从而如身临其境一般，获得真实的感受。具有交互性、沉浸性、构想性的虚拟现实技术应用于教育，可以弥补传统网络教育缺乏亲身体验的缺陷，还可以帮助学生更好地理解所学的专业知识，让学生进行一些现实中难以展开的实验[1]。

3D虚拟现实技术在教育领域的应用现状 3D虚拟现实技术可以给学习者提供视觉、听觉等综合体验，让其身临其境地感受到数字化教学的魅力；可以突破时间和空间限制，创建真实感的学习环境、优化教学过程，提供创新的集成解决方案，已引起国内外学者的普遍关注。

本世纪初，国外开始研究3D技术在教育中的应用，处于领先地位。国内的研究相对起步较晚，正处于探索阶段[2]。3D相关项目在世界范围内正在推进中，并在诸多高等院校、中小学中得到推广，如美国许多州、学区、学校推广的TI公司的“3D投影机领航项目”，建设虚拟仿真教学环境已经成为越来越多教学机构的工作重点。美国德克萨斯大学建设了交互和计算机显示系统来进行数据处理和图像分析，印第安纳大学建设了可视化实验室来推动视觉技术的创新应用；沙特阿卜杜拉国王大学成立了3D立体显示数字化实验室；新加坡国际大学在智慧校园新领域推出3D校园全监控。一些科技公司也开发了3D相关系统和产品，如美国加州InfiniteZ公司拟将ZSpace产品推向高校，可以利用形象生动的3D全息投影技术增强学生学习效果，更好地进行教学科研[2]。国内的3D技术也发展迅速，全息投影、3D仿真等技术渐渐走入课堂，如：广西临桂远程教育建立了可以双向互动的智能化3D影院，为党员、群众提供了远程教育学习途径；兰州四中推出3D教室，集数字投影系统、声光电等立体模型于一体，增强学习效果；湖州职业技术学院成立虚拟仿真实训基地，探索全新交互式实践教学模式[3]。3D虚拟现实技术应用在教育上的优势

构建智慧校园，营造智慧教育环境 3D技术为教育领域创新提供了技术支撑，为教学、科研等提供了新平台、新工具，高校及基础教育可以广泛应用，构建智慧校园、智慧教室，为科研、教学提供崭新的平台。随着高校等教育机构中3D相关课程的启动，Blaxunn3D、Shout3D、Quest3D等3D建模绘图等工具不断涌现，在教学活动中广泛运用[2]。3D技术通过虚实融合营造智慧教学环境，通过虚拟校园、虚拟图书馆、虚拟实验室及虚拟仿真系统等，使学习者获得真实的情境体验，为智慧教育时代构建新环境。3D技术可以提供生动、交互的学习材料，提高学习者沉浸感和想象力，使学习的深度、广度有所增加，引导课程学习进入新境界[4]。

创建真实感学习情境，提高学习效率 3D技术可以构建真实感的学习环境，创设有利于学生主动参与、完整体验学习过程的情境。其呈现的立体化教学内容可以更好地吸引学生，使抽象的知识具体化，资源的情境性、震撼性有助于认知负荷的降低。这是一种沉浸体验式的学习环境，使学生较长时间保持注意力，并体验到更多学习的乐趣，在一定时间学到更多的内容，形成深刻的记忆。

3D技术展现的真实感和操作性相比传统的教学方式有很大的优势，学生能够主动探索、发现，全身心投入学习过程，可以互动学习、参与讨论，可以自由地发表自己的观点。学生在课堂上的参与度大大提高，有利于提高成绩和效率。3D技术构建的真实感学习情境，使学习者有身临其境的感觉，可以提高学生身心与大脑的参与度，成为真正的教学活动参与者，构建属于自己的知识体系[5]。与传统的2D教学资源相比，利用3D技术制作的教学资源在信息展示方面提供了更加逼真的效果，能够为学习者建立空间感和立体感，可以体验到课堂沉浸感。3D虚拟现实技术在教育上应用的途径

3D虚拟现实技术可以应用在虚拟仿真校园、虚拟教学科研、虚拟实验等方面，可实现集教学、体验、实践于一体的立体化教学，改革传统教学模式，创新教学方法，达到培养创新型、实用型人才的目的。美国的明尼苏达大学建立了计算机图形学实验室，采用3D触觉桌面、CAVE虚拟现实等技术，实现交互式实验效果；国内的浙江大学、上海交通大学等高校已经开始运行虚拟校园，北京师范大学等高校也建立了虚拟图书馆，虚拟社区、虚拟教学游戏、虚拟教学科研等研究项目也在逐步开展[2]。

虚拟校园 虚拟校园是利用3D虚拟现实技术、三维建模、数据库技术等创设出与实际校园情景一样的虚拟学习环境，将校园实体建筑乃至内部门窗、走廊、灯光等所有软硬件通过虚拟现实技术整合在计算机网络当中，场景中包括虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆、虚拟体育馆、虚拟宿舍、虚拟食堂等，学生可以在系统中进行教师、学生等任何角色的扮演。校园内的学习资源如书籍与报刊等，可以通过高清扫描仪扫描并数字化存储为电子书籍，学习者在进入虚拟图书馆的时候，可以任意浏览虚拟图书馆内所有资源，如现实中阅读书籍一般；也可以将自己感兴趣的电子书籍借阅到自己的虚拟图书室，在借阅期限内自由阅读[6]。

虚拟实验室 在传统教学活动中，很多需要操作的知识如果仅仅通过理论讲述，学习者很难理解掌握。通过3D虚拟现实技术可以创设虚拟教学情境，为学习者亲身实践提供了可能性。传统的实验教学基本都在学校开展，上课时间比较固定，时间和空间受到限制。部分实验设备价格昂贵，不能给学生全面使用和操作，在某些实验环节中存在安全隐患，学生无法直接参与，多数以演示为主，不能形成对该实验的感性认识。

虚拟实验室是利用虚拟现实技术创设的，如虚拟物理实验室、虚拟化学实验室等，打破传统教学中时间、空间等限制，学生只要在安装有虚拟实验室的设备上即可进行实验操作，在很大程度上提高了学习的自由度。在仿真环境下，借助Unity3D、Cult3D等软件来完成实验操作，避免在进行一些有安全隐患的危险实验时因操作不当造成的不可预料的后果，保障学习者的人身安全。美国杜克大学搭建的环境沉浸式虚拟环境，包括海啸、地震等灾害应急处理，可以进行武器部件、汽车驾驶的虚拟操作等。广西大学推出的无机实验虚拟仿真系统、成都理工大学建设的地质钻探虚拟实训系统等是通过建立三维环境图形库，增强学习者的临场感，增强实践效果[2]。具有交互功能的3D虚拟实验室能够表现出独特的优势，使学生做到足不出户做实验，不用考虑时间、地点及实验过程中各种危险对人造成的伤害，获得与现实中的实验一样的体验效果，提高对学习内容的感性认识，加深对实验教学内容的理解，培养学习兴趣。

虚拟教学资源 利用3D技术制作出的学习资源可以更加生动逼真，有利于情境渲染、模拟仿真，3D动画、视频、模型等多样化的学习资源具有良好的交互性，可以有效减少学习者的认知负荷。3D显示技术给人带来较好的真实感，计算机图形学中一个重要组成部分就是真实感显示技术，利用计算机、物理、数学等学科知识在相关设备上生成真实感的3D图形，将传统课堂中某些不利于理解的内容，通过3D显示技术形象表现出来，形成立体空间，让学习者更好地领悟教学内容，把握教学要点[5]。

网络教育虚拟教室 随着网络技术的飞速发展，传统的教学手段、模式发生巨大变化，网络教育因其独特灵活的优势，受到越来越多人的关注。然而网络教育也受到一些人的质疑，他们认为，面授是最好的教学手段，远比网络培训好。但是面授受到时间、地点、成本等多种限制，学员的互动需求也不能完全满足，这就体现出网络教育的优势。而网络教育一直无法解决非面对面教学带来的问题，单纯的网络教学，缺乏真实的学习氛围，教学效果也不会很理想。3D虚拟现实技术的出现则改善了两难境地，虚拟教室可以解决面授和网络教育遇到的问题，可以利用3D技术将授课教师直观形象地安排在网络虚拟教室，学习者可以选择教师、课程，进入指定教师的虚拟教室，实现虚拟“面对面”教学。在此情境中，学习者能够亲身体验到面对面学习的感受，实现网络教育所无法实现的教学效果[4]。3D虚拟现实技术应用于教育的难点及策略

构建虚拟教学体系，完善相关标准 在教育领域应用3D虚拟现实技术需要全新的理念、方法和途径，需要深层次挖掘教育资源、推进教学模式创新，构建虚拟教学体系，实现虚拟现实技术、课程资源、教学模式的深度融合。在信息化时代，3D技术作为基础性、战略性工具技术被广泛应用[7]。国内外对3D显示技术、3D打印技术等研究日益增多，但世界范围内3D显示技术和标准并不统一，美国、韩国和欧洲都在制定3D传输、压缩和编码方面的标准，国内3D标准也不完善，如无法向后兼容现存的视频编码标准，无法支持不同的3D显示器等。建设兼容2D视频、需要佩戴眼镜的3D视频、裸眼3D视频的编码、传输和显示的标准迫在眉睫。标准需要能够支持多个视频数据流，可以在传统的2D视频数据流上增加新的辅助信息，实现高效的3D制作及编码，可以在2D、3D两类数据流间自由切换，在2D架构之上引入3D视频，降低系统的重构成本，完善3D技术标准[8]。3D技术研究不仅需要关注技术，还应当注重教学设计等标准的问题，探讨和开发混合教学模式，制订资源应用、管理的可行性方案，制定资源开发规范和技术标准，使资源建设标准化、国际化。

推广3D技术，降低应用成本 3D相关产品的价格较为昂贵，其硬件一般包括3D影像投影仪、影像墙、3D眼镜和相应的3D资源，后续的管理及维修费用也比较高，普通的学校出于成本的考虑难以承受。进一步降低硬件成本，将是影响3D技术在教育领域普遍应用的重要因素。国内目前仅少数高校和部分发达地区的一些中小学配备了3D设备，在欠发达地区和边远地区，3D技术的推广和普及仍面临很大困难[2]。一种先进技术的普及不是一蹴而就的事情，需要一个过程。随着3D技术的大力推广和应用，成本一定会逐渐下降，越来越多的教育机构也将认识到3D技术的优势。

培养专业人才，开发教学资源 3D教学不仅需要硬件设备，教学资源也非常重要。目前，国外的一些数字内容生产商如Promethean、Discovery Education等开发的3D教学资源已经为使用西语的校园提供服务；台湾地区采用引进国外资源翻译汉化的方式，在一定程度上满足课堂教学对3D教学资源的需求。国内的3D教学资源还十分缺乏，3D教学资源的建设将成为未来教学资源建设的热点，自主研发技术还不成熟，还需要一批懂技术、懂教育的复合型人才。目前3D技术人才短缺，体现在专业和层次结构不够合理、知识和技能不够匹配、职业素养有待提高、总体数量不足等几个方面[9]。培养既有专业知识又有实践经验的人才，以较低的成本开发出符合教学需求、满足正常审美需求的资源是当务之急。为了在质量、数量上保障教学资源能够满足教育发展日益增长的需要，相关部门应尽快发现和培养人才，打造精良的技术及教师梯队。

规范教学流程，保护学生健康 长期使用3D教学资源是否对学习效果具有长期正面影响，以及如何防范学生沉浸于虚拟世界带来的负效，也将是需要研究的重要课题。部分3D教学资源需要佩戴3D眼镜，而长期佩戴会引起视觉疲劳，如果消毒不彻底又会传染眼部疾病。多久是最佳时长，如何快速对眼镜进行无菌处理，怎样确保学生用眼健康等，都是要进一步研究的问题[5]。建立规范的教学流程，在确保学生身心健康的前提下，采用先进的3D教学手段增强学习效果势在必行。结语

3D虚拟现实技术为教学、科研等提供了新工具，为教育领域创新提供了技术支撑，在高校及基础教育都可以广泛应用，将为教育的改革与发展带来生机与活力。通过虚拟校园、虚拟实验室等，使学习者获得真实的情境体验。在教育领域应用3D虚拟现实技术需要全新的理念和方法，建立完善相关标准，构建虚拟教学体系，培养专业人才开发教学资源，保障教学资源满足教育行业日益增长的需要。

参考文献