CN113887111B - 面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法，包括如下模型：虚拟地质模型、煤层勘测建模模拟模型、煤层模型动态修正模拟模型、理论工作空间模拟模型和采煤机位姿反演工作空间模拟模型。通过模型之间的定量对比分析能够对煤层勘测建模方法、煤层模型动态修正方法、采煤机截割技术或方法、采煤机位姿反演工作空间模型方法等进行测试，为综采工作面成体系的测试问题提供了有效的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及技术测试与生产过程模拟的技术领域，具体为一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法。
背景技术
近年来，针对井下综采工作面所构建的综采工作面虚拟仿真系统越来越趋于成熟，并且由于该类系统具有场景设计自由、信息融合多元、仿真参数可调、构建成本较低、分析规划直观、控制操作方便等一系列优点，其能够在综采装备调试选型、综采过程虚拟规划、综采装备监测监控、综采装备智能控制等各方面发挥巨大作用。
现有技术中，公告号为CN205827203U的实用新型专利公开了一种实现多信息融合的采煤机智能控制的实验系统，其包括数据采集系统、电脑人机交互界面、机载控制器和运动执行机构，能够在实验室条件下对多信息融合的采煤机的智能控制方法进行验证。公开号为CN106407624A的发明专利公开了一种虚拟采煤机记忆截割方法研究，利用采煤机工况参数实时驱动采煤机虚拟样机，并绘制不同地质条件的综采工作面，实现采煤工作状态的“真实再现”。公开号为CN113051756A的发明专利公开的一种虚实融合的采煤机记忆截割试验系统和方法，提供了一种包括虚拟测试场景、虚实交互系统和试验测试台的采煤机截割试验系统和实验方法。公开号为CN113128109A的发明专利公开的一种面向智能化综采机器人生产系统的测试与评估方法提出了以特定工作面地质、装备运行的实际运行数据为基础，结合综采装备与煤层运动学关系，构建综采工作面虚拟离线运行系统。该系统能够将装备及地质探测手段按照未来智能化发展运行的参数进行输入，最终实现对综采工作面运行体系的评价。
上述一些方法为综采过程的虚拟测试和虚拟监测提供了有效的解决方案，但是对于综采工作面成体系的测试问题，这些方案缺乏针对性的、可靠的、成体系的测试方案设计，于是现有的这些方法无法切实满足实际生产和技术研发中遇到的测试与实验需求。对此，本发明中提出一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法，为综采工作面成体系的测试问题提供解决方案。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法，所述方法中包括如下模型：虚拟地质模型、煤层勘测建模模拟模型、煤层模型动态修正模拟模型、理论工作空间模拟模型和采煤机位姿反演工作空间模拟模型；
所述虚拟地质模型是依据地质构造规律，结合目标地质对象特征所生成的地质模型；
所述煤层勘测建模模拟模型是模拟实际生产中的勘测手段，对虚拟地质模型进行模拟勘测，并利用所获得的模拟勘测数据构建出的煤层模型；
所述煤层模型动态修正模拟模型是以煤层勘测建模模拟模型为基础，从每个模拟工作面中依次获取模拟勘测数据，并在每一次获取模拟勘测数据后不断动态修正获得的煤层模型；
所述理论工作空间模拟模型是模拟实际生产中采煤机理论上开采出的工作空间的三维模型，该模型用于反映采煤机对煤层的截割情况；
所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型是由采煤机采煤过程中位姿数据反演得到的采煤机工作空间模拟模型，该模型用于对实际生产过程中构建工作空间模型的过程和结果进行模拟；
结合上述模型实现如下测试：
煤层勘测建模模拟测试：将所述煤层勘测建模模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前煤层勘测建模方法进行评价；
煤层模型动态修正模拟测试：将所述煤层模型动态修正模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前煤层模型的动态修正方法进行评价；
采煤机截割技术或方法测试：将所述理论工作空间模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前采煤机截割技术或方法进行评价；
采煤机位姿反演工作空间模型技术方法测试：将所述理论工作空间模拟模型与所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型定量对比分析对当前采煤机位姿反演工作空间的方法进行评价。
进一步地，构建所述虚拟地质模型的过程如下：
步骤101、设计数字高程矩阵参数：所述数字高程矩阵是一个多维矩阵，其内元素的位置与元素的值能够共同反映地质模型中相应节点的三维坐标；数字高程矩阵中设计的参数包括矩阵的维数与矩阵的维度；
步骤102、填充数字高程矩阵：依据地质构造规律，结合目标地质对象特征对步骤101中所设计的数字高程矩阵进行填充，经过填充后的数字高程矩阵能够充分表达地质体中的多个连续界面，从而为后续构建虚拟地质模型提供数据来源；
步骤103、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤102中所构建的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面；
步骤104、填充模型：将步骤103中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，不同的地质成分可以用不同的色彩或材质表示，最终可得到所述虚拟地质模型。
进一步地，构建所述煤层勘测建模模拟模型的过程如下：
步骤201、模拟勘测：对虚拟地质模型进行模拟勘测，获取相应的地质信息；
步骤202、构造数字高程矩阵：构造与虚拟地质模型维数与维度相同的数字高程矩阵，基于步骤201种所得到的虚拟地质信息，对数字高程矩阵进行填充；
步骤203、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤202中所构建的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面；
步骤204、填充模型：将步骤203中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，最终得到所述煤层勘测建模模拟模型。
进一步地，构建所述煤层模型动态修正模拟模型的过程如下：
步骤301、模拟勘测：在虚拟地质模型中设置若干模拟工作面，并对这些模拟工作面进行模拟勘测并获取每一工作面处煤层的高程信息；
步骤302、修正数字高程矩阵：基于步骤301种所得到的虚拟地质信息，对数字高程矩阵进行修正；
步骤303、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤302中所修正后的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面；
步骤304、填充模型：将步骤303中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充；
步骤305、通过计算机程序，循环进行步骤301、302，最终可得到每次修正后的煤层模型所对应的数字高程矩阵，从而通过步骤303、304得到所述煤层模型动态修正模拟模型，该模型记录了煤层模型每次修正后的信息。
进一步地，构建所述理论工作空间模拟模型的过程如下：
步骤401、搭建工作面虚拟仿真场景：基于所述虚拟地质模型建立能够反映物理综采工作面的虚拟三维综采装备模型和煤层模型，借助软件工具和虚拟场景构建技术搭建工作面虚拟仿真场景，该场景中的虚拟综采装备能够反映真实装备的特征；
步骤402、生成采煤机工作空间模型：利用Unity3d中的mesh技术结合C#脚本动态生成上下截割曲面，将曲面导入三维建模软件中，填充夹层得到所述理论工作空间模拟模型。
进一步地，构建所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型的过程如下：
步骤501、搭建工作面虚拟仿真场景：基于所述虚拟地质模型建立能够反映物理综采工作面的虚拟三维综采装备模型和煤层模型，借助软件工具和虚拟场景构建技术搭建工作面虚拟仿真场景，该场景中的虚拟综采装备能够反映真实装备的特征；
步骤502、获取采煤机虚拟运行位姿信息：利用C#脚本在虚拟采煤机上安装虚拟位姿传感器，用虚拟位姿传感器获取采煤机虚拟运行的位姿信息；
步骤503、生成采煤机工作空间模型：利用步骤502中获取的采煤机位姿信息，通过位姿解析程序获得工作空间数据，并通过这一数据生成截割产生的上下截割曲面，再将曲面导入三维建模软件中，填充夹层后就可以得到所述。
进一步地，所述煤层勘测建模模拟测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型进行模拟勘测并构建所述煤层勘测建模模拟模型；3）通过分析两模型数字高程矩阵的差异对比两模型的差异；4)调整煤层勘测建模方法或建模参数使两者差异最小，并在不同的虚拟地质模型上进行多次实验，最终得到最佳的煤层勘测建模方法。
进一步地，所述煤层模型动态修正模拟测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型进行模拟勘测并构建所述煤层勘测建模模拟模型，将其作为初始煤层模型；3）依据实际工况在虚拟地质模型中设置若干工作面，将工作面上的煤层地质数据储存起来作为模拟勘测结果；4）按照开采顺序依次引入工作面上获取的地质信息并用所测试的方法修正煤层模型，利用计算机程序自动保存每次修正的成果；5）通过分析两模型数字高程矩阵的差异依次对比逐渐修正中的煤层模型与虚拟地质模型的差异；6)观察煤层模型差异的变化情况，调整煤层模型的动态修正方法使煤层模型的精度更加稳定与准确，并在不同的虚拟地质模型上进行多次实验，最终得到最佳的煤层模型动态修正方法。
进一步地，所述采煤机截割技术或方法测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型构建综采工作面虚拟仿真场景，并在该场景中进行开采模拟得到所述理论工作空间模拟模型；3）将虚拟地质模型与所构建的理论工作空间模拟模型进形布尔运算操作，分别得到该截割技术方案下的割岩量与留煤量；4）依据割岩量与留煤量不断对该技术方案进行分析与优化，使割岩量最小化与留煤量最小化达到较好的平衡状态，从而找到最佳的采煤机截割方案。
进一步地，所述采煤机位姿反演工作空间模型技术方法测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型构建综采工作面虚拟仿真场景，并在该场景中进行开采模拟得到所述理论工作空间模拟模型；3）在所构建的综采工作面虚拟仿真场景中进行开采模拟并设计采煤机位姿反演工作空间方法，得到所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型；4）通过分析两模型数字高程矩阵的差异对比两模型的差异；5）调整采煤机位姿反演工作空间模型的方法或建模参数使两者差异最小，并在不同的虚拟地质模型上进行多次实验，最终得到最佳的采煤机位姿反演工作空间模型方法。
本发明提供一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法，其具有以下优点：1）本发明所提供的测试方法通过模型之间的定量对比分析能够对煤层勘测建模方法、煤层模型动态修正方法、采煤机截割技术或方法、采煤机位姿反演工作空间模型方法等进行测试，切实解决了综采工作面智能化所面临的多项技术测试难题；2）本发明结合Unity3d软件的虚拟仿真优势与python程序的数据处理优势设计了系统的、可靠的综采工作面综合测试方法，大部分工作都在计算机上完成，大大节省了实验与测试的成本；3）本发明在针对具体技术测试问题时可以在现有框架下灵活设计测试方案、具有较高的可优化性与可调节性；4）本发明所提出测试方法避免了采用有限元煤层模拟的方法，所包含的建模与测试方法实现起来较为简单，能够在普通计算机上完成相应的测试和实验，运行相应程序时对设备性能要求低。
附图说明
图1为本发明模型的构建方法框图。
图2为本发明模型的应用方法框图。
图3为本发明示例中用TIN法构建地质体中连续界面。
图4为本发明示例中填充连续界面后形成的煤层模型。
图中: 1—矸石部分；2—煤层部分。
具体实施方式
本发明一种典型的实施方式提供的面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法，包括如下模型：虚拟地质模型、煤层勘测建模模拟模型、煤层模型动态修正模拟模型、理论工作空间模拟模型和采煤机位姿反演工作空间模拟模型。
虚拟地质模型
所述虚拟地质模型是依据地质构造规律，结合目标地质对象特征所生成的地质模型。该模型所代表的地质结构并不一定是现实地理空间中存在的地质结构。构建所述虚拟地质模型的具体过程如下：
步骤101、设计数字高程矩阵参数：所述数字高程矩阵是一个多维矩阵，其内元素的位置与元素的值能够共同反映地质模型中相应节点的三维坐标。数字高程矩阵有两个重要的参数即矩阵的维数与矩阵的维度，其中矩阵的维数是指矩阵的行数与列数，矩阵的维度是指矩阵的行向量(或列向量)生成的向量空间的维数。所述矩阵的维数决定了矩阵所表示地质空间的范围大小与精度，矩阵在某一方向上的维数越高，代表在矩阵该方向上能够表示更大的范围的地质结构或能够更加精细的表示同一范围的地质结构。所述矩阵的维度决定了矩阵所表示地质空间内容的丰富程度，例如二维矩阵能表示地质体中的一层连续界面，三维矩阵能表示地质体中的多层连续界面。另外，也可以在数字高程矩阵的基础上增加其他维度来表示地质体中的其他信息。
本实施例提供的设计矩阵维度为3，维数为200*150*2，用该矩阵储存100m*75m范围内的煤层顶板与底板各30000个节点的坐标信息，共计包含60000个网格节点的坐标信息。
步骤102、填充数字高程矩阵：依据地质构造规律，结合目标地质对象特征对步骤101中所设计的数字高程矩阵进行填充，填充时可以逐层填充矩阵，具体可以利用Python，C++等各种计算机语言所编写的计算程序实现。经过填充后的数字高程矩阵能够充分表达地质体中的多个连续界面，从而为后续构建虚拟地质模型提供数据来源。
本实施例中，模仿某煤矿煤层实际变化情况对步骤101中所设计的数字高程矩阵进行填充，填充时采用逐层填充矩阵的方法，具体利用Python语言所编写的计算程序实现。经过填充后的数字高程矩阵能够充分表达地质体中的两个连续界面（煤层顶板与煤层底板）。
步骤103、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤102中所构建的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面。
步骤104、填充模型：将步骤103中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，填充过程可以在UG、Cero等三维建模软件中实现，不同的地质成分可以用不同的色彩或材质表示，最终可得到所述虚拟地质模型。
煤层勘测建模模拟模型
所述煤层勘测建模模拟模型是模拟实际生产中的勘测手段，对虚拟地质模型进行模拟勘测，并利用所获得的模拟勘测数据构建出的煤层模型。
构建该模型的具体过程如下：
步骤201、模拟勘测：对虚拟地质模型进行模拟勘测的实质是从虚拟地质模型中获取相应的地质信息，可以利用计算机程序从虚拟地质模型所对应的矩阵中获取这些信息。
本实施例中，利用计算机程序从所构建的虚拟地质模型对应的矩阵中获取煤层顶底板四侧边缘的高程数据以及中部一些点位的高程数据。
步骤202、构造数字高程矩阵：构造与虚拟地质模型维数与维度相同的数字高程矩阵，基于步骤201种所得到的虚拟地质信息，通过拟合、插值、扫掠等方法对数字高程矩阵进行填充，具体可以利用Python，C++等各种计算机语言所编写的计算程序实现。
步骤203、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤202中所构建的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面。
步骤204、填充模型：将步骤203中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，填充过程可以在UG、Cero等三维建模软件中实现，不同的地质成分可以用不同的色彩或材质表示，最终可得到所述煤层勘测建模模拟模型。
煤层模型动态修正模拟模型
所述煤层模型动态修正模拟模型是模拟实际生产中随着采煤工作面的不断推进，不断动态修正的煤层模型。煤层模型动态修正模拟模型以煤层勘测建模模拟模型为基础，从每个模拟工作面种依次获取模拟勘测数据，并在每一次获取模拟勘测数据后修正模型。
构建该模型的具体过程如下：
步骤301、模拟勘测：在所构建的虚拟地质模型中设置若干模拟工作面，并对这些模拟工作面进行模拟勘测并获取每一工作面处煤层的高程信息。
步骤302、修正数字高程矩阵：基于步骤301种所得到的虚拟地质信息，通过拟合、插值等方法结合深度学习算法对数字高程矩阵进行修正，具体可以利用Python，C++等各种计算机语言所编写的计算程序实现。
步骤303、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤302中所修正后的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面。
步骤304、填充模型：将步骤303中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，填充过程可以在UG、Cero等三维建模软件中实现，不同的地质成分可以用不同的色彩或材质表示。
步骤305、通过计算机程序，循环进行步骤301、302，最终可得到每次修正后的煤层模型所对应的数字高程矩阵，从而可以通过步骤303、304得到所述煤层模型动态修正模拟模型，该模型记录了煤层模型每次修正后的信息。
理论工作空间模拟模型
所述理论工作空间模拟模型是模拟实际生产中采煤机理论上（不考虑煤岩塌方、天然地质间隙等情况）开采出的工作空间的三维模型，该模型能够反映采煤机对煤层的截割情况。
构建该模型的的具体过程如下：
步骤401、搭建工作面虚拟仿真场景：基于所构建的虚拟地质模型建立能够反映物理综采工作面的虚拟三维综采装备模型和煤层模型，借助CAD、UG、Unity3d等软件工具和虚拟场景构建技术搭建工作面虚拟仿真场景，该场景中的虚拟综采装备能够反映真实装备的几何外形、运行规则等特征。
步骤402、生成采煤机工作空间模型：利用Unity3d中的mesh技术结合C#脚本动态生成上下截割曲面，将曲面导入UG、Cero等三维建模软件中，填充夹层得到所述理论工作空间模拟模型。
采煤机位姿反演工作空间模拟模型
所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型是由采煤机采煤过程中位姿数据反演得到的采煤机工作空间模拟模型。该模型理想情况下与理论工作空间模拟模型完全相同，但是由于采煤机运行过程中位姿传感器数据误差以及设备控制误差等原因，该模型会与理论工作空间模拟模型有一些误差。所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型能够对实际生产过程中构建工作空间模型的过程和结果进行模拟。 构建该模型的的具体过程如下：
步骤501、搭建工作面虚拟仿真场景：基于所述虚拟地质模型建立能够反映物理综采工作面的虚拟三维综采装备模型和煤层模型，借助CAD、UG、Unity3d等软件工具和虚拟场景构建技术搭建工作面虚拟仿真场景，该场景中的虚拟综采装备能够反映真实装备的几何外形、运行规则等特征。
步骤502、获取采煤机虚拟运行位姿信息：利用C#脚本在虚拟采煤机上安装虚拟位姿传感器，用虚拟位姿传感器获取采煤机虚拟运行的位姿信息。在此步骤中可以为虚拟传感器数据添加一定误差以更好地模拟真实的数据获取情况。
步骤503、生成采煤机工作空间模型：利用步骤502中获取的采煤机位姿信息，通过位姿解析程序获得工作空间数据，并通过这一数据生成截割产生的上下截割曲面，再将曲面导入UG、Cero等三维建模软件中，填充夹层后就可以得到所述。
本发明所提供的测试方法通过模型之间的定量对比分析能够对煤层勘测建模方法、煤层模型动态修正方法、采煤机截割技术或方法、采煤机位姿反演工作空间模型方法等进行综合模拟测试。
煤层勘测建模模拟测试
该测试是将所述煤层勘测建模模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前煤层勘测建模方法进行评价。
步骤601：将所述煤层勘测建模模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析可以对当前煤层勘测建模方法进行评价，本示例中具体过程为：分析之前步骤中所构建煤层勘测建模模拟模型与虚拟地质模型所对应数字高程矩阵的差异，该差异用矩阵元素的平均平方误差、平均绝对误差等统计量来表征，差异越小说明则表面所测试的煤层勘测建模方法越好。
煤层模型动态修正模拟测试
该测试是将所述煤层模型动态修正模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前煤层模型的动态修正方法进行评价。
步骤602：将所述煤层模型动态修正模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析可以对当前煤层模型的动态修正方法进行评价，本示例中具体过程为：分析之前步骤中所构建煤层模型动态修正模拟模型与虚拟地质模型所对应数字高程矩阵的差异，该差异用矩阵元素的平均平方误差、平均绝对误差等统计量来表征，差异越小说明则表面所测试的煤层模型动态修正方法越好。
采煤机截割技术或方法测试
该测试是将所述理论工作空间模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前采煤机截割技术或方法进行评价。
步骤603：将所述理论工作空间模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析可以对当前采煤机截割技术或方法进行评价，本示例中具体过程为：将之前步骤中所构建的虚拟地质模型与理论工作空间模拟模型进行布尔运算操作，结合软件中自带的体积计算功能可以分别得到该截割技术或方法下的割岩量与留煤量，割岩量与留煤量越小说明该采煤机截割技术或方法越好。
采煤机位姿反演工作空间模型技术方法测试
该测试是将所述理论工作空间模拟模型与所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型定量对比分析对当前采煤机位姿反演工作空间的方法进行评价。
步骤603：将所述理论工作空间模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析可以对当前采煤机截割技术或方法进行评价，本示例中具体过程为：将之前步骤中所构建的虚拟地质模型与理论工作空间模拟模型进行布尔运算操作，结合软件中自带的体积计算功能可以分别得到该截割技术或方法下的割岩量与留煤量，割岩量与留煤量越小说明该采煤机截割技术或方法越好。
Claims (10)
1.一种面向综采工作面地质、煤层与装备的虚拟综合测试方法，其特征在于：
所述方法中包括如下模型：虚拟地质模型、煤层勘测建模模拟模型、煤层模型动态修正模拟模型、理论工作空间模拟模型和采煤机位姿反演工作空间模拟模型；
所述虚拟地质模型是依据地质构造规律，结合目标地质对象特征所生成的地质模型；
所述煤层勘测建模模拟模型是模拟实际生产中的勘测手段，对虚拟地质模型进行模拟勘测，并利用所获得的模拟勘测数据构建出的煤层模型；
所述煤层模型动态修正模拟模型是以煤层勘测建模模拟模型为基础，从每个模拟工作面中依次获取模拟勘测数据，并在每一次获取模拟勘测数据后不断动态修正获得的煤层模型；
所述理论工作空间模拟模型是模拟实际生产中采煤机理论上开采出的工作空间的三维模型，该模型用于反映采煤机对煤层的截割情况；
所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型是由采煤机采煤过程中位姿数据反演得到的采煤机工作空间模拟模型，该模型用于对实际生产过程中构建工作空间模型的过程和结果进行模拟；
结合上述模型实现如下测试：
煤层勘测建模模拟测试：将所述煤层勘测建模模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前煤层勘测建模方法进行评价；
煤层模型动态修正模拟测试：将所述煤层模型动态修正模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前煤层模型的动态修正方法进行评价；
采煤机截割技术或方法测试：将所述理论工作空间模拟模型与所述虚拟地质模型定量对比分析对当前采煤机截割技术或方法进行评价；
采煤机位姿反演工作空间模型技术方法测试：将所述理论工作空间模拟模型与所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型定量对比分析对当前采煤机位姿反演工作空间的方法进行评价。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：构建所述虚拟地质模型的过程如下：
步骤101、设计数字高程矩阵参数：所述数字高程矩阵是一个多维矩阵，其内元素的位置与元素的值能够共同反映地质模型中相应节点的三维坐标；数字高程矩阵中设计的参数包括矩阵的维数与矩阵的维度；
步骤102、填充数字高程矩阵：依据地质构造规律，结合目标地质对象特征对步骤101中所设计的数字高程矩阵进行填充，经过填充后的数字高程矩阵能够充分表达地质体中的多个连续界面，从而为后续构建虚拟地质模型提供数据来源；
步骤103、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤102中所构建的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面；
步骤104、填充模型：将步骤103中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，不同的地质成分可以用不同的色彩或材质表示，最终可得到所述虚拟地质模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：构建所述煤层勘测建模模拟模型的过程如下：
步骤201、模拟勘测：对虚拟地质模型进行模拟勘测，获取相应的地质信息；
步骤202、构造数字高程矩阵：构造与虚拟地质模型维数与维度相同的数字高程矩阵，基于步骤201种所得到的虚拟地质信息，对数字高程矩阵进行填充；
步骤203、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤202中所构建的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面；
步骤204、填充模型：将步骤203中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充，最终得到所述煤层勘测建模模拟模型。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：构建所述煤层模型动态修正模拟模型的过程如下：
步骤301、模拟勘测：在虚拟地质模型中设置若干模拟工作面，并对这些模拟工作面进行模拟勘测并获取每一工作面处煤层的高程信息；
步骤302、修正数字高程矩阵：基于步骤301种所得到的虚拟地质信息，对数字高程矩阵进行修正；
步骤303、TIN法构建地质体中连续界面：基于步骤302中所修正后的数字高程矩阵，利用其中所包含的地质体界面点坐标数据，采用TIN构面法在Unity3d软件中利用C#脚本构建地质体中的连续界面；
步骤304、填充模型：将步骤303中生成的多层连续界面导出，并将界面之间的部分按照地质构造情况进行相应填充；
步骤305、通过计算机程序，循环进行步骤301、302，最终可得到每次修正后的煤层模型所对应的数字高程矩阵，从而通过步骤303、304得到所述煤层模型动态修正模拟模型，该模型记录了煤层模型每次修正后的信息。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：构建所述理论工作空间模拟模型的过程如下：
步骤401、搭建工作面虚拟仿真场景：基于所述虚拟地质模型建立能够反映物理综采工作面的虚拟三维综采装备模型和煤层模型，借助软件工具和虚拟场景构建技术搭建工作面虚拟仿真场景，该场景中的虚拟综采装备能够反映真实装备的特征；
步骤402、生成采煤机工作空间模型：利用Unity3d中的mesh技术结合C#脚本动态生成上下截割曲面，将曲面导入三维建模软件中，填充夹层得到所述理论工作空间模拟模型。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：构建所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型的过程如下：
步骤501、搭建工作面虚拟仿真场景：基于所述虚拟地质模型建立能够反映物理综采工作面的虚拟三维综采装备模型和煤层模型，借助软件工具和虚拟场景构建技术搭建工作面虚拟仿真场景，该场景中的虚拟综采装备能够反映真实装备的特征；
步骤502、获取采煤机虚拟运行位姿信息：利用C#脚本在虚拟采煤机上安装虚拟位姿传感器，用虚拟位姿传感器获取采煤机虚拟运行的位姿信息；
步骤503、生成采煤机工作空间模型：利用步骤502中获取的采煤机位姿信息，通过位姿解析程序获得工作空间数据，并通过这一数据生成截割产生的上下截割曲面，再将曲面导入三维建模软件中，填充夹层后就可以得到所述。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述煤层勘测建模模拟测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型进行模拟勘测并构建所述煤层勘测建模模拟模型；3）通过分析两模型数字高程矩阵的差异对比两模型的差异；4)调整煤层勘测建模方法或建模参数使两者差异最小，并在不同的虚拟地质模型上进行多次实验，最终得到最佳的煤层勘测建模方法。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述煤层模型动态修正模拟测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型进行模拟勘测并构建所述煤层勘测建模模拟模型，将其作为初始煤层模型；3）依据实际工况在虚拟地质模型中设置若干工作面，将工作面上的煤层地质数据储存起来作为模拟勘测结果；4）按照开采顺序依次引入工作面上获取的地质信息并用所测试的方法修正煤层模型，利用计算机程序自动保存每次修正的成果；5）通过分析两模型数字高程矩阵的差异依次对比逐渐修正中的煤层模型与虚拟地质模型的差异；6)观察煤层模型差异的变化情况，调整煤层模型的动态修正方法使煤层模型的精度更加稳定与准确，并在不同的虚拟地质模型上进行多次实验，最终得到最佳的煤层模型动态修正方法。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述采煤机截割技术或方法测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型构建综采工作面虚拟仿真场景，并在该场景中进行开采模拟得到所述理论工作空间模拟模型；3）将虚拟地质模型与所构建的理论工作空间模拟模型进形布尔运算操作，分别得到该截割技术方案下的割岩量与留煤量；4）依据割岩量与留煤量不断对该技术方案进行分析与优化，使割岩量最小化与留煤量最小化达到较好的平衡状态，从而找到最佳的采煤机截割方案。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述采煤机位姿反演工作空间模型技术方法测试过程如下：
1）按照研究对象特点构建虚拟地质模型；2）基于所构建的虚拟地质模型构建综采工作面虚拟仿真场景，并在该场景中进行开采模拟得到所述理论工作空间模拟模型；3）在所构建的综采工作面虚拟仿真场景中进行开采模拟并设计采煤机位姿反演工作空间方法，得到所述采煤机位姿反演工作空间模拟模型；4）通过分析两模型数字高程矩阵的差异对比两模型的差异；5）调整采煤机位姿反演工作空间模型的方法或建模参数使两者差异最小，并在不同的虚拟地质模型上进行多次实验，最终得到最佳的采煤机位姿反演工作空间模型方法。
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