CN111369665A - 一种基于三维建模技术的生产状态监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维建模技术的生产状态监测系统及监测方法，包括三维模型单元、数据采集单元、数据处理单元、显示单元和通信单元，数据采集单元用于采集工作数据，工作数据包括工作面环境数据，设备运行数据和预警数据，预警数据为客户端通过通信单元设置的；数据处理单元用于将工作数据进行显示、存储和关联计算；显示单元用于将工作数据整合到三维模型单元中并在客户端上实时显示；通信单元用于实现客户端与显示单元的通信。本发明的生产状态监测系统及监测方法可以直观的展示矿井中的环境、生产等状态，容易操作，方便使用，及时发现安全隐患，避免危险事故的发生。

Description

一种基于三维建模技术的生产状态监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及煤炭开采行业技术领域，特别涉及一种基于三维建模技术的生产状态监测系统及监测方法。

背景技术

煤炭开采是比较传统的一个开采行业，在煤炭开采中，存在许多危险因素，因此需要对煤炭生产状态环境进行必要的监控，以预防危险的发生。

但是，现有技术中，在煤炭开采中，生产状态环境检测一般只有瓦斯浓度检测，温度检测等单独的检测系统，各个系统之间以及与其他危险因素之间不能相互整合，不能得到各个因素之间互相影响是否会产生危险结果，因此不能全面有效监控生产状态；另外，现有技术的检测系统一般只是以二维形式的方式展示，数据过多时，工作人员不易理解和有效获得数据变化代表的实际内容，需要具有长时间工作经验的工作人员才能进行有效识别，因此会降低工作效率以及降低发现安全隐患的及时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于三维建模技术的生产状态监测系统及监测方法，以解决现有技术中在煤炭开采行业中不能有效监控生产状态，不能及时发现安全隐患的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于三维建模技术的生产状态监测系统，包括三维模型单元、数据采集单元、数据处理单元、显示单元和通信单元，

所述数据采集单元用于采集工作数据，所述工作数据包括工作面环境数据，设备运行数据和预警数据，所述预警数据为客户端通过通信单元设置的；

所述数据处理单元用于将所述工作数据进行显示、存储和关联计算；

所述显示单元用于将所述工作数据整合到所述三维模型单元中并在客户端上实时显示；

所述通信单元用于实现所述客户端与所述显示单元的通信。

可选的：所述工作面环境数据包括瓦斯浓度数据和井下温度数据；

所述设备运行数据包括设备启动信号和设备运行状态数据；

所述预警数据包括预警阈值。

可选的：所述三维模型单元为基于煤矿真实环境数据建立的模型，

所述三维模型单元包括场景尺寸、单位，模型归类塌陷、命名和地面树；

所述煤矿真实环境数据包括照明灯具模型组件数据、煤矿设备设施组件数据、物理材质组件数据，模型贴图资源库数据。

可选的：所述数据采集单元包括接口服务总线模块、接口管理模块和接口运维监控模块；

所述接口服务总线模块用于协议转换和认证鉴权；

所述接口管理模块用于服务授权；

所述接口运维监控模块用于提供完整的服务调用日志与处理日志和提供监控报警服务。

可选的：所述数据处理单元包括前置库模块、同步模块和存储模块，所述前置库用于接收工作数据发送至所述同步模块和离线计算模块并实现定时同步功能，所述同步模块用于将所述前置库发送的工作数据发送至实时流计算模块并实现实时同步功能，所述存储模块用于存储所述工作数据。

可选的：所述显示单元包括可视化展示模块、可视化配置模块和可视化管理模块，

所述可视化展示模块用于通过接口调用，按照指定的数据源和展示方式返回可视化展示页面；

所述可视化配置模块支持用户自定义可视化展示页面；

所述可视化管理模块用于对可视化页面进行统一化管理，将页面作为资源进行添加，包括按照大屏尺寸通过拖拽进行场景的布局，进行场景组合和设置播放顺序与时间间隔。

可选的：所述通信单元包括有线通信模块和无线通信模块。

可选的：所述客户端包括PC端和移动终端。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于三维建模技术的生产状态监测方法，该方法包括以下步骤：

三维建模；

采集工作数据；

处理所述工作数据；

将所述工作数据整合到所述三维模型单元中并显示。

可选的：所述三维建模包括：将煤矿真实环境数据导入3DMAX中建立三维模型；

所述工作数据包括工作面环境数据，设备运行数据和预警数据，所述所述工作面环境数据包括瓦斯浓度数据和井下温度数据；所述设备运行数据包括设备启动信号和设备运行状态数据；所述预警数据包括预警阈值；

所述处理所述工作数据包括将所述工作数据进行显示、存储和关联计算。

采用上述技术方案，由于通过将工作数据进行处理整合，通过三维建模、虚拟现实技术实现了数据的实时、沉浸式直观展示，让人能够直观的了解矿井中的生产工作状态；为设备健康预测模型、工艺流程优化模型，实现模型在虚拟化环境下的验证和推演提供了工具平台；建设数字化虚拟矿山的平台框架，来保障随着业务发展和数据积累，新的数字化资产能快速接入该平台，逐步实现数字化虚拟矿山的整体建设；最后，可以及时发现安全隐患，避免危险事故的发生。

附图说明

图1为本发明基于三维建模技术的生产状态监测系统的结构框图；

图2为本发明基于三维建模技术的生产状态监测方法的方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种基于三维建模技术的生产状态监测系统，包括三维模型单元、数据采集单元、数据处理单元、显示单元和通信单元，

数据采集单元用于采集工作数据，工作数据包括工作面环境数据，设备运行数据和预警数据，预警数据为客户端通过通信单元设置的；

数据处理单元用于将工作数据进行显示、存储和关联计算；

显示单元用于将工作数据整合到三维模型单元中并在客户端上实时显示；

通信单元用于实现客户端与显示单元的通信。

在本发明的实施例中，工作面环境数据至少包括瓦斯浓度数据A和工作面温度数据C；

瓦斯浓度数据A和工作面温度数据C分别是一组数据，而并非一个数据。

由于煤炭开采环境复杂，因此需要在煤炭开采工作面中根据需要布置多个瓦斯浓度检测设备和温度检测设备，以检测不同部位的瓦斯浓度数据和工作面温度数据，即在本发明的实施例中，瓦斯浓度数据A＝{a1，a2，3…an}，工作面温度数据C＝{c1，c2，c3…cm}。

在本发明的另一个实施例中，还可以根据需要，在工作面环境数据中增加湿度数据B。

在本发明的实施例中，设备运行数据包括设备启动信号和设备运行状态数据。

在煤炭开采的工作面中，通常使用的设备包括采煤机、刮板输送机、液压支架、破碎机、转载机、支架、乳化液泵站、喷雾泵站、胶带机等，其中，支架包括安装在工作面机头的端头支架，安装在工作面两端头的排头液压支架，安装在工作面的放顶煤液压支架，安装在回风巷的回风巷超前支架，安装在胶带巷的胶带巷超前支架等。刮板输送机包括安装在工作面前部的前部刮板输送机和放煤运输处的后部刮板输送机。

另外，为了检测各个设备的负荷状态，还设置有前部刮板输送机负荷中心，后部刮板输送机负荷中心，采煤机、转载、破碎机负荷中心，带式输送机负荷中心等。

下面以采煤机为例对设备运行数据进行具体说明：采煤机的设备运行数据包括采煤机启动信号数据和采煤机运行数据信号，其中启动信号数据为单个信号，运行数据信号为连续不断的位移信号，通过启动信号数据可以知道采煤机开始运行启动，通过运行数据信号可以知道采煤机的实时位置变化和工作时间数据T。

预警数据包括预警阈值。

在本发明的实施例中，预警阈值既包括工作面环境数据的预警阈值也包括设备运行数据的预警阈值。

由于在本发明的实施例中，工作面环境数据至少包括瓦斯浓度数据A和工作面温度数据C，所以工作面环境数据的预警阈值包括瓦斯浓度阈值ΔA和工作面温度阈值ΔC，瓦斯浓度阈值和工作面温度阈值都可以通过客户端由用户自主设置。

设备运行数据的预警阈值可以包括各个支架的载重阈值，负荷中心的负荷阈值等，设备运行数据的预警阈值也是用户通过客户端自主设置的。

在本发明的实施例中，数据采集单元包括接口服务总线模块、接口管理模块和接口运维监控模块；

接口服务总线模块用于协议转换和认证鉴权；

接口管理模块用于服务授权；

接口运维监控模块用于提供完整的服务调用日志与处理日志和提供监控报警服务。

具体的，接口服务总线具有以下功能：

协议转换：支持常用协议服务的接入和开放。把一个已接入的服务提供对应的不同协议的API调用入口，即接收不同传感器的数据功能。

支持接入接口和开放接口的参数映射、缺省值，以及在开放接口上是否课件的设置。

认证鉴权：服务消费者可以创建管理自己的服务消费凭证，并使用某个凭证订阅服务提供者发布的服务API，获得授权，即实现客户端的通信。

服务消费者的应用对服务API调用进行签名，该调用请求到达后，进性签名验证，确认请求放的身份，以及消息没有被篡改。

服务控制：提供服务流量和黑白名单控制。

接口管理模块具有以下功能：

服务授权：支持用户拥有多个消费凭证，代表用户要调用API的多个应用或者应用组，分别订阅不同服务。支持用户某个消费凭证到具体API的订阅、退订，以及API拥有者相应的审批授权；

接口运维监控：提供完整的服务调用日志和处理日志。提供监控报警系统，支持对服务和事件的监控、巡检、报警提供服务链路分析功能，直观查看服务调用经过的链路上各个环节的状况和耗时，方便分析服务状态，快速定位、排查问题。

在本发明的实施例中，三维模型单元为基于煤矿真实环境数据建立的模型，三维模型单元包括场景尺寸、单位，模型归类塌陷、命名和地面树；

煤矿真实环境数据包括照明灯具模型组件数据、煤矿设备设施组件数据、物理材质组件数据，模型贴图资源库数据。

在本发明的实施例中，三维模型是基于模型引擎和规则引擎通过3DMAX建立的模型，其中，模型引擎为建立三维数字模型动态加载、参与动力学运算的模型引擎。模型引擎可依据多种数据资源进行分类打包，生成基于综放工作面的设备三维数据模型库和环境场景三维数据模型库、基于煤矿真实环境的照明灯具模型组件、煤矿设备设施组件、物理材质组件，模型贴图资源库。并生成符合多体动力学仿真运算的三维模型资源格式。反映物体质量、硬度、光泽、透明度、重力、摩擦力、弹力、功率、色温等物理属性和参数。在系统运行时实现模型动态加载功能，并参与实时场景的动力学运算。

规则引擎为：在三维建模中需要用到多个规则算法，并且在实际验证过程中会持续优化。该服务提供以下功能：

规则算法库管理：用户可以通过在页面上编辑新建算法，也可以通过上传算法脚本添加算法。通过权限设置算法的使用范围。

规则算法验证：通过服务内嵌的算法解释器(根据需求可添加不同语言的解释器)，来验证执行算法。用户可接入数据源，来运行算法，并通过可视化设置直观的查看验证结果，并可将验证结果导出。

规则算法发布管理：对规则算法进行统一化发布管理，可开放接口供第三方使用，也可打包为应用进行独立部署。

三维模型的建立流程包括：素材采集－模型制作－贴图制作－场景塌陷、命名、展UV坐标－灯光渲染测试－场景烘培－场景调整导出

在本发明的实施例中，三维模块包括设备三维数据模型库和环境场景三维数据模型库，包括建立基于煤矿真实环境的照明灯具模型组件、煤矿设备设施组件、物理材质组件，模型贴图资源库。能够反映物体质量、硬度、光泽、透明度、重力、摩擦力、弹力、功率、色温等物理属性和参数。

该三维模型能够实现模型动态加载功能，并参与实时场景的动力学运算。生成符合虚拟仿真运算的三维模型资源格式。

下面对三维模块的建立做简要说明：

素材采集：工作人员采集工作面及周边的尺寸、环境数据。

模型制作：

1、在模型分工之前，必须确定模型定位标准，即设备CAD底图。制作人员依照这个带有CAD底图的文件确定自己分工区域的模型位置，并且不得对这个标准文件进行任何修改。导入到MAX里的CAD底图最好在(0，0，0)位置，以便制作人员的初始模型在零点附近。

另外，在没有特殊要求的情况下，单位为米(Meters)。

2、删除场景中多余的面，在建立模型时，看不见的地方不用建模，对于看不见的面也可以删除，主要是为了提高贴图的利用率，降低整个场景的面数，以提高交互场景的运行速度。如box底面、物体的背面等。对于参与动力学运算的物体面必须予以保留。

3、保持模型面与面之间的距离最小间距为当前场景最大尺度的二千分之一。例如：在制作设备模型时，物体的面与面之间距离不要小于1mm；不要大于3mm。在制作场景长(或宽)为1km的地面场景时，物体的面与面之间距离不要小于20cm。如果物体的面与面之间贴得太近，会出现两个面交替出现的闪烁现象。模型与模型之间不允许出现共面、漏面和反面，看不见的面要删掉。在建模初期一定要注意检查共面、漏面和反面的情况。

其中，建模时最好采用Editable Poly面片建模，这种建模方式在最后烘焙时不会出现三角面现象，如果采用Editable Mesh在最终烘焙时可能会出现三角面的情况。

4、模型的塌陷，当设备模型经过建模、贴纹理之后，然后就是将模型塌陷，这一步工作也是为了下一步烘焙做准备。所以在塌陷的时候要注意以下问题：

按照“一设备一物体”的原则塌陷，体量特别大或连体设备可分塌为2-3个物体，但导出前要按设备再塌成一个物体。

用Box反塌物体，转成Poly模式，这时需检查贴图有无错乱；

塌陷物体,按设备来塌陷，不要跨设备塌陷；

按设备对名称的要求进行严格的标准的命名；

所有物体的质心要归于中心，检查物体位置无误后锁定物体；

所有物体不准出现超过20000三角面的情况。

5、模型命名。不能使用中文命名，必须使用英文驼峰命名。任何模型不允许出现重名，必须按规范命名。

6、地面树的种植方法用十字交叉树或简模树。在种植树木的时候，要考虑到与周围建筑的关系，要根据地面现状还原真实环境。导出时模型树和与之对应的十字片树为单棵的，其它十字片树可塌一起，但面数不能超过1万。

模型的级别也就是模型的精细程度，在建模的时候要根据设备所处的具体位置(是否在采场工作面)和是否参与动力学运算，重要程度决定对该物体进行判断是建成何种精度的仿真模型。将数字模型分为五个等级。其中，一级为最高等级，五级为最低等级。单个物体的面数分级控制。单个物体面数要控制到8000个面以下。

7、镜像的物体需要修正。用镜像复制的方法来创建新模型，需要加修改编辑器修正。第一步：需要选中镜像后的物体，然后进入Utilities面板中单击Reset XForm,然后单击Reset Selected；第二步：进入modfiy面板选取Normal命令，反转一下法线即可。

8、烘焙物体，对静态物体和环境场景进行烘焙，减少实时灯光运算量。在烘焙的时候，避免边缘产生黑缝。

三维模型库存储需注意的是：

UV坐标：存放设备和设备烘培前编辑的UV坐标；

导出fbx：存放最终导出的环境和设备的fbx文件；

烘培贴图：存放设备的最终贴图和环境的最终烘培贴图，tga格式的；

原始贴图：存放设备和环境在制作过程中的所有的贴图；

Max文件：原始模型，未做任何塌陷的，有UVW贴图坐标的文件。烘焙前模型，已经塌陷完的，展好UV的，调试好灯光渲染测试过的文件。烘焙后模型，已经烘培完的，未做任何处理的文件。导出模型，处理完烘培物体，合并完顶点，删除了一切没用物件的文件。

当场景中包含大量模型时，势必造成渲染效率下降。采用遮挡剔除技术，可以使被阻挡物体不被渲染，从而达到提升渲染效率目的。在场景中建立一个遮挡区域，该区域由单元格(Cell)组成，每个Cell构成整个场景遮挡区域的一部分，把整个场景拆分成多个部分。当摄像机看到单元格时，表示该区域被渲染出来，而其他单元格不会被渲染。

系统中除场景之外其他设备物体均可参与遮挡剔除设置，这样当观察者看不到的设备即不被渲染。

在本发明的实施例中，数据处理单元包括前置库模块、同步模块和存储模块，前置库用于接收工作数据发送至同步模块和离线计算模块并实现定时同步功能，同步模块用于将前置库发送的工作数据发送至实时流计算模块并实现实时同步功能，存储模块用于存储工作数据。

具体的，工作数据中有的是需要直接显示的，而有的是需要存储并统计，将统计结果显示的，另外还有的是根据某一个数据判断另一个数据的变化的，因此在本发明的实施例中，数据处理单元具体包括：实时同步和定时同步两个功能。

工作数据输入到数据处理单元中时，都会存储在存储模块中，首先进入至前置库中后，需要实时同步显示的数据发送至同步模块，需要定时同步的数据发送至离线计算模块，进入到同步模块的数据经实时流计算模块后在显示单元直接显示，进入到离线计算模块的数据根据相应的计算规则，计算出结果后在显示单元定时显示。

存储到存储模块中的数据可以供系统和用户实时调用。

下面举例对上述数据处理过程做进一步说明：

瓦斯浓度数据A＝{a1，a2，3…an}是这样处理显示的：瓦斯浓度数据A会存储至存储模块，同时进入前置库中，由于瓦斯浓度数据是需要实时显示监控的，因此前置库将瓦斯浓度数据A发送至同步模块，然后经实时流计算模块后在显示单元直接显示，其显示状态可以是线图或数据显示的状态。

采煤机的工作时间数据T是这样显示的：采煤机的工作时间数据T会存储至存储模块，同时进入前置库中，由于采煤机的工作时间数据T不需要实时显示，一般只统计其一天的工作时间长度，因此前置库将采煤机的工作时间数据T发送至离线计算模块进行统计得到该采煤机一天工作的总时长，计算出总时长后在显示单元定时显示。

在本发明的实施例中，显示单元包括可视化展示模块、可视化配置模块和可视化管理模块，

可视化展示模块用于通过接口调用，按照指定的数据源和展示方式返回可视化展示页面；

可视化配置模块支持用户自定义可视化展示页面；

可视化管理模块用于对可视化页面进行统一化管理，将页面作为资源进行添加，包括按照大屏尺寸通过拖拽进行场景的布局，进行场景组合和设置播放顺序与时间间隔。

显示单元将工作数据整合到三维模型单元中并在客户端上实时显示后，在客户端上就可以直观的看到工作面环境的三维仿真状态，可以实时监控工作面的温度数据和瓦斯浓度数据，在上述数据异常时，发出预警信息；

另外还有针对采煤机、液压支架、刮板输送机等设备的三维建模。能够实时展示设备的位置移动、运行状态、健康状态等信息，在设备发生异常时，及时处理，避免危险事故的发生。

在本发明的实施例中：通信单元包括有线通信模块和无线通信模块。

在本发明的实施例中：客户端包括PC端和移动终端等。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

本领域的技术人员公知的是，随着诸如集成电路技术的电子信息技术的发展和软件硬件化的趋势，要明确划分系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为，任何操作可以软件来实现，也可以由硬件来实现。任何指令的执行可以由硬件完成，同样也可以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件实现方案还是采用软件实现方案，取决于价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等非技术性因素。因此，对于电子信息技术领域的普通技术人员来说，更为直接和清楚地描述一个技术方案的方式是描述该方案中的各个操作。在知道所要执行的操作的情况下，本领域的技术人员可以基于对所述非技术性因素的考虑直接设计出期望的产品或装置。

实施例2

根据本发明的另一方面，提供了一种基于三维建模技术的生产状态监测方法，该方法包括以下步骤：

三维建模；

采集工作数据；

处理工作数据；

将工作数据整合到三维模型单元中并显示。

其中，三维建模包括：将煤矿真实环境数据导入3DMAX中建立三维模型，具体的方法在实施例1中已说明，因此在此不再赘述；

在本发明的实施例中，工作面环境数据至少包括瓦斯浓度数据A和工作面温度数据C；

瓦斯浓度数据A和工作面温度数据C分别是一组数据，而并非一个数据。

由于煤炭开采环境复杂，因此需要在煤炭开采工作面中根据需要布置多个瓦斯浓度检测设备和温度检测设备，以检测不同部位的瓦斯浓度数据和工作面温度数据，即在本发明的实施例中，瓦斯浓度数据A＝{a1，a2，3…an}，工作面温度数据C＝{c1，c2，c3…cm}。

在本发明的另一个实施例中，还可以根据需要，在工作面环境数据中增加湿度数据B。

在本发明的实施例中，设备运行数据包括设备启动信号和设备运行状态数据。

在煤炭开采的工作面中，通常使用的设备包括采煤机、刮板输送机、液压支架、破碎机、转载机、支架、乳化液泵站、喷雾泵站、胶带机等，其中，支架包括安装在工作面机头的端头支架，安装在工作面两端头的排头液压支架，安装在工作面的放顶煤液压支架，安装在回风巷的回风巷超前支架，安装在胶带巷的胶带巷超前支架等。刮板输送机包括安装在工作面前部的前部刮板输送机和放煤运输处的后部刮板输送机。

另外，为了检测各个设备的负荷状态，还设置有前部刮板输送机负荷中心，后部刮板输送机负荷中心，采煤机、转载、破碎机负荷中心，带式输送机负荷中心等。

下面以采煤机为例对设备运行数据进行具体说明：采煤机的设备运行数据包括采煤机启动信号数据和采煤机运行数据信号，其中启动信号数据为单个信号，运行数据信号为连续不断的位移信号，通过启动信号数据可以知道采煤机开始运行启动，通过运行数据信号可以知道采煤机的实时位置变化和工作时间数据T。

预警数据包括预警阈值。

在本发明的实施例中，预警阈值既包括工作面环境数据的预警阈值也包括设备运行数据的预警阈值。

由于在本发明的实时中，工作面环境数据至少包括瓦斯浓度数据A和工作面温度数据C，所以工作面环境数据的预警阈值包括瓦斯浓度阈值ΔA和工作面温度阈值ΔC，瓦斯浓度阈值和工作面温度阈值都可以通过客户端由用户自主设置。

设备运行数据的预警阈值可以包括各个支架的载重阈值，负荷中心的负荷阈值等，设备运行数据的预警阈值也是用户通过客户端自主设置的。

处理工作数据包括将工作数据进行显示、存储和关联计算。

工作数据中有的是需要直接显示的，而有的是需要存储并统计，将统计结果显示的，另外还有的是根据某一个数据判断另一个数据的变化的，因此在本发明的实施例中，数处理工作数据具体包括：实时同步和定时同步两个过程。

将工作数据整合到三维模型单元中并显示：

在本发明的实施例中，三维模型包括工作面环境模型和设备模块，将公猪数据整合到三维模型中后，在客户端上就可以直观的看到工作面环境的三维仿真状态，可以实时监控工作面的温度数据和瓦斯浓度数据，在上述数据异常时，发出预警信息；

另外还有针对采煤机、液压支架、刮板输送机等设备的三维建模。能够实时展示设备的位置移动、运行状态、健康状态等信息，在设备发生异常时，及时处理，避免危险事故的发生。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于三维建模技术的生产状态监测系统，其特征在于：包括三维模型单元、数据采集单元、数据处理单元、显示单元和通信单元，

所述数据采集单元用于采集工作数据，所述工作数据包括工作面环境数据，设备运行数据和预警数据，所述预警数据为客户端通过通信单元设置的；

所述数据处理单元用于将所述工作数据进行显示、存储和关联计算；

所述显示单元用于将所述工作数据整合到所述三维模型单元中并在客户端上实时显示；

所述通信单元用于实现所述客户端与所述显示单元的通信。

2.根据权利要求1所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述工作面环境数据包括瓦斯浓度数据和井下温度数据；

所述设备运行数据包括设备启动信号和设备运行状态数据；

所述预警数据包括预警阈值。

3.根据权利要求2所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述三维模型单元为基于煤矿真实环境数据建立的模型，

所述三维模型单元包括场景尺寸、单位，模型归类塌陷、命名和地面树；

所述煤矿真实环境数据包括照明灯具模型组件数据、煤矿设备设施组件数据、物理材质组件数据，模型贴图资源库数据。

4.根据权利要求1所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述数据采集单元包括接口服务总线模块、接口管理模块和接口运维监控模块；

所述接口服务总线模块用于协议转换和认证鉴权；

所述接口管理模块用于服务授权；

所述接口运维监控模块用于提供完整的服务调用日志与处理日志和提供监控报警服务。

5.根据权利要求4所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述数据处理单元包括前置库模块、同步模块和存储模块，所述前置库用于接收工作数据发送至所述同步模块和离线计算模块并实现定时同步功能，所述同步模块用于将所述前置库发送的工作数据发送至实时流计算模块并实现实时同步功能，所述存储模块用于存储所述工作数据。

6.根据权利要求5所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述显示单元包括可视化展示模块、可视化配置模块和可视化管理模块，

所述可视化展示模块用于通过接口调用，按照指定的数据源和展示方式返回可视化展示页面；

所述可视化配置模块支持用户自定义可视化展示页面；

所述可视化管理模块用于对可视化页面进行统一化管理，将页面作为资源进行添加，包括按照大屏尺寸通过拖拽进行场景的布局，进行场景组合和设置播放顺序与时间间隔。

7.根据权利要求6所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述通信单元包括有线通信模块和无线通信模块。

8.根据权利要求7所述的基于三维建模技术的综放工作面生产状态监测系统，其特征在于：所述客户端包括PC端和移动终端。

9.一种基于三维建模技术的生产状态监测方法，所述方法应用于权利要求1-8任一项所述的监测系统，其特征在于：包括以下步骤：

三维建模；

采集工作数据；

处理所述工作数据；

将所述工作数据整合到所述三维模型单元中并显示。

10.根据权利要求9所述的基于三维建模技术的生产状态监测方法，其特征在于：所述三维建模包括：将煤矿真实环境数据导入3DMAX中建立三维模型；

所述工作数据包括工作面环境数据，设备运行数据和预警数据，所述所述工作面环境数据包括瓦斯浓度数据和井下温度数据；所述设备运行数据包括设备启动信号和设备运行状态数据；所述预警数据包括预警阈值；

所述处理所述工作数据包括将所述工作数据进行显示、存储和关联计算。

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