CN104850448A - 一种实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统，该方法包括：接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统能够对截割后的效果进行判断。另外，本发明能够解决煤矿设备虚拟仿真培训中互动操作的实时对应，与现场逼真贴近，对于迅速提高工人的操作技能、提高培训效率，具有巨大的促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及大型煤矿设备技术领域，特别是涉及一种实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统。
背景技术
随着国家煤炭行业“十二五”规划的推行，国家对煤矿安全工作提出了更高的要求，对安全培训也提出了更高的要求。如何坚持“理论培训和技能实训并重”原则，结合实际需求，应用新手段，探索新型的培训方式已迫在眉睫。
原有的虚拟仿真培训软件中，对应实施操作和截割煤效果方面，基本用粒子效果进行掩盖，不能真正实现对煤壁截割效果的判断。因此，提供一种实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统，目的在于解决现有的虚拟仿真培训中不能对煤壁的截割效果进行判断的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种实现对煤壁截割效果判断的方法，包括：
接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；
利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；
将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。
可选地，在所述通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹之前还包括：
搭建虚拟环境中的煤壁，建立运动可视化系统的坐标系。
可选地，所述通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹包括：
在所述截割头上添加射线，通过所述操作指令与所述射线信息模拟所述截割头的截割轨迹。
可选地，所述利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间包括：
判断所述截割头的截割操作是否形成截割空间，如果是，则利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间。
可选地，所述利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间包括：
计算所述射线发射点与煤壁碰撞点之间的距离，当所述距离小于预设值时，判定所述截割头与所述煤壁接触；
调用破碎煤壁的方法，达到截割头截割煤壁的实时状态；
利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割的空间及体积；
通过所述截割的空间及体积计算截割后的空间。
可选地，所述将截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息包括：
将截割后的空间与标准巷道参数进行比对，判定截割操作是否欠挖或超挖。
可选地，还包括：
对所述截割效果信息进行存储和/或显示。
本发明还提供了一种实现对煤壁截割效果判断的装置，包括：
接收模块，用于接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
模拟模块，用于通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；
计算模块，用于利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；
比对模块，用于将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。
可选地，还包括：
存储模块，用于对所述截割效果信息进行存储；
和/或显示模块，用于对所述截割效果信息进行显示。
本发明还提供了一种实现对煤壁截割效果判断的系统，包括虚拟场景展示装置以及仿真操作控制装置，包括如上任一项所述的实现对煤壁截割效果判断的装置。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统，通过用户输入的控制截割头进行截割的操作指令，模拟出实际的截割轨迹，然后利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，计算出截割后的空间后，与标准巷道的参数进行对比，以获得截割效果的信息。可见，本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法、装置及系统能够对截割后的效果进行判断。
另外，本发明能够解决煤矿设备虚拟仿真培训中互动操作的实时对应，与现场逼真贴近，对于迅速提高工人的操作技能、提高培训效率，具有巨大的促进作用。
附图说明
图1为本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法的一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法的另一种具体实施方式的流程图；
图3为本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法的又一种具体实施方式的流程图；
图4为本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的装置的一种具体实施方式的结构框图；
图5为本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的系统的示意图；
图6为本发明实施例所提供的实现对煤壁截割效果判断的系统的截割头实时截割的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的实现对煤壁截效果判断的方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：
步骤S101：接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
步骤S102：通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；
步骤S103：利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；
步骤S104：将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法，通过用户输入的控制截割头进行截割的操作指令，模拟出实际的截割轨迹，然后利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，计算出截割后的空间后，与标准巷道的参数进行对比，以获得截割效果的信息。可见，本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法能够对截割后的效果进行判断。
另外，本发明能够解决煤矿设备虚拟仿真培训中互动操作的实时对应，与现场逼真贴近，对于迅速提高工人的操作技能、提高培训效率，具有巨大的促进作用。
作为一种优选实施方式，在通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹之前可预先搭建虚拟环境中的煤壁，建立运动可视化系统的坐标系。
具体地，可利用Unity3D中插件(chipoff-fracture-system)，搭建虚拟环境中的煤壁，复制多层，且能够实现分别控制。
在虚拟环境中，建立运动可视化系统的坐标系，采用右手坐标系，去掘进工作面平面上任意一点为坐标原点，向左的方向为X轴方向，向右为Y轴的正反向，面向煤壁为Z轴的正方向。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法的另一种具体实施方式的流程图如图2所示，该方法包括：
步骤S201：接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
步骤S202：在所述截割头上添加射线，通过所述操作指令与所述射线信息模拟所述截割头的截割轨迹；
具体地，在虚拟环境中，可通过射线机制，在掘进机截割头上添加射线，截割头按照操作者实时模拟截割轨迹。
步骤S203：计算所述射线发射点与煤壁碰撞点之间的距离，当所述距离小于预设值时，判定所述截割头与所述煤壁接触；
步骤S204：调用破碎煤壁的方法，达到截割头截割煤壁的实时状态；
步骤S205：利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割的空间及体积；
其中，插值运算为三元运算，可满足坐标系的三个操作数，当截割头靠近煤壁时计算出射线发射点与煤壁碰撞点之间的距离，以此具体算出截割的空间及体积。
步骤S206：通过所述截割的空间及体积计算截割后的空间；
根据虚拟环境中的动态坐标系计算出截割后的空间。
步骤S207：将截割后的空间与标准巷道参数进行比对，判定截割操作是否欠挖或超挖；
步骤S208：对所述截割效果信息进行存储和/或显示。
具体地，可对截割前后的空间、截割轨迹进行存储和记忆，还可以对截割效果进行判断，对欠挖和超挖进行识别和判定。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法，通过用户输入的控制截割头进行截割的操作指令，模拟出实际的截割轨迹，然后利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，计算出截割后的空间后，与标准巷道的参数进行对比，以获得截割效果的信息。可见，本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法能够对截割后的效果进行判断。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法的又一种具体实施方式的流程图如图3所示，该方法包括：
步骤S301：控制系统中截割头进行相关操作；
具体地，操作者可操作掘进机截割头操作手杆，截割头可上下左右移动进行截割(按照轨迹线及激光点)；
步骤S302：根据步骤S301中的相关操作，发出模拟量信号；
步骤S303：截割头对应实时动作；
步骤S304：通过建立的射线机制、可控多层煤壁以及运动坐标系模拟虚拟场景；
步骤S305：判断是否形成截割空间，如果是，则进入步骤S306，如果否，则返回步骤S304；
步骤S306：对截割空间及截割轨迹进行记忆和存储；
步骤S307：与标准断面参数进行比对，识别出欠挖或超挖。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法，通过用户输入的控制截割头进行截割的操作指令，模拟出实际的截割轨迹，然后利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，计算出截割后的空间后，与标准巷道的参数进行对比，就能够获得截割效果的信息。可见，本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的方法能够对截割后的效果进行判断。
另外，本发明能够解决煤矿设备虚拟仿真培训中互动操作的实时对应，与现场逼真贴近，对于迅速提高工人的操作技能、提高培训效率，具有巨大的促进作用。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的装置的一种具体实施方式的结构框图如图4所示，该装置包括：
接收模块100，用于接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
模拟模块200，用于通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；
计算模块300，用于利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；
比对模块400，用于将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。
作为一种优选实施方式，本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的装置还可以进一步增加：
存储模块500，用于对所述截割效果信息进行存储；
显示模块600，用于对所述截割效果信息进行显示。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的装置，通过用户输入的控制截割头进行截割的操作指令，模拟出实际的截割轨迹，然后利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，计算出截割后的空间后，与标准巷道的参数进行对比，以获得截割效果的信息。可见，本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的装置能够对截割后的效果进行判断。
如图5所示，本发明还提供了一种实现对煤壁截割效果判断的系统，该系统包括上述所述的实现对煤壁截割效果判断的装置，此外还包括：
虚拟场景展示装置以及仿真操作控制装置。
其中，本实施例中实现对煤壁截割效果判断的装置可具体采用中央控制电路板以及主控PC来实现；虚拟场景展示装置可具体采用显示屏或投影仪；仿真操作台控制系统可采用各种开关量按钮、开关量旋钮、开关量把手、模拟量把手以及遥控器等控制装置。在本具体实施例中，截割头操纵手柄可采用模拟量手把，可上下左右操作。
本实施例所提供的系统其工作的流程具体为：
操作者操作电控系统或者液控系统中的任何一个按钮或把手；
该操作产生的对应信号被采集；
发送给中央控制电路板；
中央电路板对数据进行处理，变成可操作状态的数据，然后再传送给主控PC；
主控PC按照前述的实现对煤壁截割效果判断的方法分析该数据；
主控PC对数据分析后，把数据传送给虚拟视景显示模块，通过显示屏或投影展现出来。如图6所示，为本实施例提供的实现对煤壁截割效果判断的系统的截割头实时截割的示意图。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的装置及系统的具体内容与前述的方法部分相同或相似，在此不再赘述。
本发明所提供的实现对煤壁截割效果判断的系统，利用3D数学中的四元数，进行线性插值，实现了掘进机截割头(直径1.0m)完成一排或多排截割后的空间的判断和记录，实现轨迹的存储，能够对截割效果进行判断，进而识别出欠挖和超挖。
本发明能够解决煤矿设备虚拟仿真培训中互动操作的实时对应，与现场逼真贴近，对于迅速提高工人的操作技能、提高培训效率，具有巨大的促进作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，包括：
接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；
利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；
将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。
2.如权利要求1所述的实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，在所述通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹之前还包括：
搭建虚拟环境中的煤壁，建立运动可视化系统的坐标系。
3.如权利要求2所述的实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，所述通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹包括：
在所述截割头上添加射线，通过所述操作指令与所述射线的信息模拟所述截割头的截割轨迹。
4.如权利要求1所述的实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，所述利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间包括：
判断所述截割头的截割操作是否形成截割空间，如果是，则利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间。
5.如权利要求3所述的实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，所述利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间包括：
计算所述射线发射点与煤壁碰撞点之间的距离，当所述距离小于预设值时，判定所述截割头与所述煤壁接触；
调用破碎煤壁的方法，达到截割头截割煤壁的实时状态；
利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割的空间及体积；
通过所述截割的空间及体积计算截割后的空间。
6.如权利要求1所述的实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，所述将截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息包括：
将截割后的空间与标准巷道参数进行比对，判定截割操作是否欠挖或超挖。
7.如权利要求1所述的实现对煤壁截割效果判断的方法，其特征在于，还包括：
对所述截割效果信息进行存储和/或显示。
8.一种实现对煤壁截割效果判断的装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收用户输入的控制截割头进行截割的操作指令；
模拟模块，用于通过所述操作指令模拟所述截割头的截割轨迹；
计算模块，用于利用3D数学中的四元数，进行球面线性插值，通过所述截割轨迹计算出截割后的空间；
比对模块，用于将所述截割后的空间与标准巷道参数进行比对，生成截割效果信息。
9.如权利要求8所述的实现对煤壁截割效果判断的装置，其特征在于，还包括：
存储模块，用于对所述截割效果信息进行存储；
和/或显示模块，用于对所述截割效果信息进行显示。
10.一种实现对煤壁截割效果判断的系统，包括虚拟场景展示装置以及仿真操作控制装置，其特征在于，包括如权利要求8至9任一项所述的实现对煤壁截割效果判断的装置。
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