CN106202839A - 一种面向数字矿山的虚拟监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向数字矿山的虚拟监控系统及方法，该系统包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器；该方法实时采集矿山上的设备运行相关数据、获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将设备运行相关数据和生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；通过订阅采集实时解析设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据；建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中，并建立实时动态监控模型，达到了多角度、全方位矿山可视化管理，实现了对整个矿山运行状态的有效监控和管理。
Description
技术领域
本发明属于3D建模技术领域，具体涉及一种面向数字矿山的虚拟监控系统及方法。
背景技术
现阶段矿山3D建模专业软件都是实体模型，模型数据量大，不能够跨平台应用或对计算机系统性能要求较高，另外，矿山3D模型主要起演示作用，不能与矿山设备运行数据和生产管理数据通信，缺乏通过数据驱动3D模型的可视化矿山生产管理，跟矿山生产运行状态不能有效结合起来。数字矿山建设和矿山自动化、信息化建设实现了矿山生产过程设备的自动化运行和远程控制管理，获取了大量的数字化信息数据，但缺少一种对矿山生产运行状态的全方位、可视化的整体实时动态监控方式，因此，迫切需要一种矿山实时数据通信服务与虚拟可视化相融合的监控平台，实现矿山生产过程的实时虚拟监控。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种面向数字矿山的虚拟监控系统及方法。
本发明的技术方案是：
一方面，一种面向数字矿山的虚拟监控系统，包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器；
所述生产调度移动终端通过矿区无线局域网或移动互联网与数据服务器通讯，所述数据服务器通过以太网与虚拟监控端服务器进行通讯；
所述生产调度移动终端设置于矿山的卡车、电铲、铲运机、钻机、电机车、洒水车、推土机、平路机、凿岩台车、掘进台车、辅助作业车辆和指挥调度车辆上；
所述生产调度移动终端，用于实时采集矿山上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；所述设备运行相关数据包括：设备的基本标识、设备操作司机的标识、设备的空间位置数据、设备工况数据、设备运行状态数据；
所述数据服务器，用于获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；所述生产管理相关数据包括：设备档案、人员档案、物料档案、状态统计数据、生产报表数据；
所述虚拟监控端服务器搭建有虚拟监控单元，包括用户界面交互模块、消息队列订阅服务模块、数据查询模块、静态3D模型和对象模型管理模块、实时动态监控与路径控制模块；
所述用户界面交互模块，用于实时显示矿山生产过程、切换Unity 3D相机、改变场景内容、实时监控矿山生产过程；
所述消息队列订阅服务模块，用于进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；
所述数据查询模块，用于查询设备运行相关数据和生产管理相关数据；
所述静态3D模型和对象模型管理模块，用于建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；
所述实时动态监控与路径控制模块，用于将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联，将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到静态3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径。
可选地，所述进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析的具体过程为：
在接收线程中将广播的消息数据放入消息队列，在解析线程中按照数据服务器广播的数据结构进行异步解析。
可选地，所述将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联具体为：根据接收并解析后的设备运行相关数据和生产管理相关数据分别操作虚拟场景中对应静态3D模型和对象模型；所述操作虚拟场景中对应静态3D模型和对象模型，包括进行对象模型的移动、对象模型的状态变化、实时消息内容提醒、数据查询信息生成，实现数据驱动的矿山场景更换和生产状态实时转变。
另一方面，采用面向数字矿山的虚拟监控系统进行矿山虚拟监控的方法，包括以下步骤：
步骤1：通过生产调度移动终端实时采集矿山上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；
步骤2：通过数据服务器获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；
步骤3：通过虚拟监控端服务器订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；
步骤4：通过虚拟监控端服务器建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；
步骤5：通过虚拟监控端服务器将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联；
步骤6：通过虚拟监控端服务器将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到静态3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型；
步骤7：通过实时动态监控模型对矿山生产状态和工作过程进行实时监控，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径，查询设备运行相关数据和生产管理相关数据。
本发明的有益效果：
本发明提出一种面向数字矿山的虚拟监控系统及方法，本发明专注于基于数据驱动的矿山虚拟监控模型的建立，是数字矿山建设的一部分，不同于以往的单纯矿山地质模型或者3D展示模型的制作。场景中内容丰富，生产过程的各种数据和状态实时改变，通过消息队列服务提高了实时数据发布的速度，通过多线程编程技术实现数据的高效解析，同时，利用虚拟可视化引擎分场景管理，改善了虚拟监控系统的性能，达到了多角度、全方位矿山可视化管理，实现了对整个矿山运行状态的有效监控和管理。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中面向数字矿山的虚拟监控系统的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中面向数字矿山的虚拟监控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。
本发明提出一种面向数字矿山的虚拟监控系统及方法，解决矿山各类生产管理数据的高效广播订阅方法。实现从数据服务器系统获取矿山实时生产管理的数据，并在矿山静态3D模型的基础上，实现以数据驱动的整个矿山动态3D模型及场景，是对整个矿山生产过程的全方位、多角度实时虚拟监控和3D可视化管理的一种实现方法和途径，具有不错的应用前景。
一种面向数字矿山的虚拟监控系统，如图1所示，包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器。
生产调度移动终端通过矿区无线局域网或移动互联网与数据服务器通讯，数据服务器通过以太网与虚拟监控端服务器进行通讯。
生产调度移动终端设置于矿山的卡车、电铲、铲运机、钻机、电机车、洒水车、推土机、平路机、凿岩台车、掘进台车、辅助作业车辆和指挥调度车辆上；
生产调度移动终端，用于实时采集矿山上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；设备运行相关数据包括：设备的基本标识、设备操作司机的标识、设备的空间位置数据、设备工况数据、设备运行状态数据。
数据服务器，用于获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；生产管理相关数据包括：设备档案、人员档案、物料档案、状态统计数据、生产报表数据。
本实施方式中，通过数据服务器将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过消息队列服务平台按照固定协议和数据结构进行广播，实现实时采集到的生产管理相关数据可以在矿区无线局域网或移动互联网进行消息订阅的功能。
虚拟监控端服务器搭建有虚拟监控单元，包括用户界面交互模块、消息队列订阅服务模块、数据查询模块、静态3D模型和对象模型管理模块、实时动态监控与路径控制模块。
用户界面交互模块，用于实时显示矿山生产过程、切换Unity 3D相机、改变场景内容、实时监控矿山生产过程。
消息队列订阅服务模块，用于进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析。
本实施方式中，在接收线程中将广播的消息数据放入消息队列，在解析线程中按照数据服务器广播的数据结构进行异步解析。
在Unity 3D平台的程序开发平台以消息服务协议为基础，按照数据服务器的地址和端口，通过数据服务器发布的话题，进行数据的订阅。通过多线程技术实现了在接收数据的同时进行按照约定数据结构解析采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，实现数据接收服务。
数据查询模块，用于查询设备运行相关数据和生产管理相关数据。
静态3D模型和对象模型管理模块，用于建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中。
本实施方式中，通过矿山专业软件或相关软件建立矿山地上建筑物和设施等地理元素的3D模型，根据提供的地表等高线建立数字地面模型，根据矿体剖面图等数据建立矿体模型，得到矿山静态3D模型，利用三维建模软件建立矿山设施、设备和人员的模型。将做好的模型贴图渲染后导出为FBX格式，导入到Unity 3D中。
根据实际布局布置，对各种设施、设备和人员对象添加唯一标签。对于数量变化比较大的相同种类的模型，如工作人员，采用动态复制的方法来生成。对道路、巷道以及地表地形进行寻路网格(NavMesh)的渲染，为需要经常行走的模型添加寻路代理，以实现根据对象的空间位置坐标点自动寻路的功能。
实时动态监控与路径控制模块，用于将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联，将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到静态3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径。
本实施方式中，根据接收并解析后的设备运行相关数据和生产管理相关数据分别操作虚拟场景中对应静态3D模型和对象模型；操作虚拟场景中对应静态3D模型和对象模型，包括进行对象模型的移动、对象模型的状态变化、实时消息内容提醒、数据查询信息生成，实现数据驱动的矿山场景更换和生产状态实时转变。
采用面向数字矿山的虚拟监控系统进行矿山虚拟监控的方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：通过生产调度移动终端实时采集矿山上的设备运行相关数据，传输至数据服务器。
步骤2：通过数据服务器获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网。
步骤3：通过虚拟监控端服务器订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析。
步骤4：通过虚拟监控端服务器建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中。
步骤5：通过虚拟监控端服务器将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联。
步骤6：通过虚拟监控端服务器将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到静态3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型。
步骤7：通过实时动态监控模型对矿山生产状态和工作过程进行实时监控，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径，查询设备运行相关数据和生产管理相关数据。
Claims (4)
1.一种面向数字矿山的虚拟监控系统，其特征在于，包括生产调度移动终端、数据服务器、虚拟监控端服务器；
所述生产调度移动终端通过矿区无线局域网或移动互联网与数据服务器通讯，所述数据服务器通过以太网与虚拟监控端服务器进行通讯；
所述生产调度移动终端设置于矿山的卡车、电铲、铲运机、钻机、电机车、洒水车、推土机、平路机、凿岩台车、掘进台车、辅助作业车辆和指挥调度车辆上；
所述生产调度移动终端，用于实时采集矿山上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；所述设备运行相关数据包括：设备的基本标识、设备操作司机的标识、设备的空间位置数据、设备工况数据、设备运行状态数据；
所述数据服务器，用于获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；所述生产管理相关数据包括：设备档案、人员档案、物料档案、状态统计数据、生产报表数据；
所述虚拟监控端服务器搭建有虚拟监控单元，包括用户界面交互模块、消息队列订阅服务模块、数据查询模块、静态3D模型和对象模型管理模块、实时动态监控与路径控制模块；
所述用户界面交互模块，用于实时显示矿山生产过程、切换Unity 3D相机、改变场景内容、实时监控矿山生产过程；
所述消息队列订阅服务模块，用于进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；
所述数据查询模块，用于查询设备运行相关数据和生产管理相关数据；
所述静态3D模型和对象模型管理模块，用于建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；
所述实时动态监控与路径控制模块，用于将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联，将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到静态3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径。
2.根据权利要求1所述的面向数字矿山的虚拟监控系统，其特征在于，所述进行消息数据订阅服务，订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析的具体过程为：
在接收线程中将广播的消息数据放入消息队列，在解析线程中按照数据服务器广播的数据结构进行异步解析。
3.根据权利要求1所述的面向数字矿山的虚拟监控系统，其特征在于，所述将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联具体为：根据接收并解析后的设备运行相关数据和生产管理相关数据分别操作虚拟场景中对应静态3D模型和对象模型；所述操作虚拟场景中对应静态3D模型和对象模型，包括进行对象模型的移动、对象模型的状态变化、实时消息内容提醒、数据查询信息生成，实现数据驱动的矿山场景更换和生产状态实时转变。
4.采用权利要求1所述的面向数字矿山的虚拟监控系统进行矿山虚拟监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过生产调度移动终端实时采集矿山上的设备运行相关数据，传输至数据服务器；
步骤2：通过数据服务器获取生产管理相关数据，建立消息队列服务平台，将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据实时广播至矿区无线局域网或移动互联网；
步骤3：通过虚拟监控端服务器订阅采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据，并进行实时解析；
步骤4：通过虚拟监控端服务器建立矿山静态3D模型，并构建矿山生产设备及人员的对象模型，贴图渲染后导入到Unity 3D中；
步骤5：通过虚拟监控端服务器将采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据与静态3D模型和对象模型进行关联；
步骤6：通过虚拟监控端服务器将实时采集的设备运行相关数据和获取的生产管理相关数据通过Unity 3D实时传入到静态3D模型和对象模型中，得到实时动态监控模型；
步骤7：通过实时动态监控模型对矿山生产状态和工作过程进行实时监控，并实时显示对象模型位置和查询对象移动路径，查询设备运行相关数据和生产管理相关数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |