CN115828620A - 一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法及系统 - Google Patents

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CN115828620A CN202211645613.1A CN202211645613A CN115828620A CN 115828620 A CN115828620 A CN 115828620A CN 202211645613 A CN202211645613 A CN 202211645613A CN 115828620 A CN115828620 A CN 115828620A
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Abstract

本发明提供了一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法及系统，涉及矿山灾害应急救援技术领域。该方法包括：获取巷道的地形三维数据和环境数据；基于地形三维数据和环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景；当环境数据超过预设阈值，进行灾害预警；进行矿山灾害发展演变预测，在巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程；基于模拟仿真过程预演应急预案。本发明的方法及系统采用增强现实技术搭建仿真场景，同时，根据环境数据预测灾害发展趋势，在仿真场景中进行展现，避免了搭建实物场景的繁琐，提高了灾害发展的预测的能力，便于更好的构建与调整应急预案。

Description

一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及矿山灾害应急救援技术领域，特别涉及一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法及系统。
背景技术
矿山工作面环境复杂，事故易发。瓦斯煤尘爆炸、冒顶以及由此引发的继发性事故一直是导致从业工作者伤亡的重要原因。随着矿山安全工作的深入，加强矿山应急仿真演练工作、提高从业工作者面对矿山灾害的应急响应能力尤为重要。
目前，对于从业工作者与应急指挥人员的矿山灾害应急仿真演练大多采用制作真实微缩模型的方法，存在着缺少真实体验感受、成本高、演练效果不佳的问题，同时，还存在着不易进行应急预案的实时调整、临机性不足等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明采用了增强现实技术进行矿山工作情景构建，同时基于矿山灾害发展演变预测实现矿山灾害应急场景的模拟仿真，进而结合应急预案实现仿真演练。具体来说，本发明采用了以下的技术方案：
本发明提供了一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，包括：
获取巷道的地形三维数据和环境数据；
基于上述地形三维数据和上述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
当上述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警；
进行矿山灾害发展演变预测，在上述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程；
基于上述模拟仿真过程预演应急预案。
在一种实施方式中，上述基于上述地形三维数据和上述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景，具体包括：
基于上述地形三维数据进行虚拟场景渲染构建，得到三维虚拟场景；
将上述环境数据与上述三维虚拟场景结合，得到动态虚拟场景；
基于上述动态虚拟场景，采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
将上述巷道仿真情景采用增强现实设备进行展示与交互。
在一种实施方式中，上述当上述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警，具体包括：
预设环境数据的灾害预警阈值和灾害发生阈值；
基于上述灾害预警阈值和上述灾害发生阈值获取灾害预警数据范围和灾害发生数据范围；
当上述环境数据达到上述灾害预警数据范围，进行灾害临近预警；
当上述环境数据达到上述灾害发生数据范围，进行灾害发生预警；
基于上述环境数据，采用自回归积分滑动平均模型获取环境数据变化趋势；
基于上述环境数据变化趋势获取灾害信息。
在一种实施方式中，上述进行矿山灾害发展演变预测，在上述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程，具体包括：
获取反映矿山灾害发展演变的环境数据的参考值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
基于矿山灾害环境数据实际的过程输出y和上述参考值
Figure 760468DEST_PATH_IMAGE001
，生成并输出模拟仿真轨迹
Figure 549433DEST_PATH_IMAGE002
，计算公式如下所示，
Figure 57906DEST_PATH_IMAGE004
其中，k代表第k个仿真区间，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
表示预测水平，用来表示自第k个仿真区间起算的未来控制区间数量，
Figure 33952DEST_PATH_IMAGE006
为在预测水平
Figure 636971DEST_PATH_IMAGE005
条件下的第
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
个仿真区间的模拟仿真轨迹的期望输出，
Figure 14863DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
分别为第k个、第
Figure 192773DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的矿山灾害发展演变的环境数据的参考值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 390536DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的实际环境数据；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
为比例系数，通过时域滚动的方式计算
Figure 62825DEST_PATH_IMAGE014
可得
Figure 29644DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 879920DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 96138DEST_PATH_IMAGE008
的比重，经过循环滚动优化后，计算矿山灾害发展演变的模拟仿真轨迹
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
获取应急预案的处理结果；
基于上述处理结果，进行反馈与调整。
本发明还提供了一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，包括：
获取模块，被配置成获取巷道的地形三维数据和环境数据；
生成模块，被配置成基于上述地形三维数据和上述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
预警模块，被配置成当上述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警；
预测模块，被配置成进行矿山灾害发展演变预测，在上述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程；
预演模块，被配置成基于上述模拟仿真过程预演应急预案。
在一种实施方式中，生成模块被进一步配置成：
构建子模块，被配置成基于上述地形三维数据进行虚拟场景渲染构建，得到三维虚拟场景；
结合子模块，被配置成将上述环境数据与上述三维虚拟场景结合，得到动态虚拟场景；
生成子模块，被配置成基于上述动态虚拟场景，采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
交互子模块，被配置成将上述巷道仿真情景采用增强现实设备进行展示与交互。
在一种实施方式中，预警模块被进一步配置成：
预设子模块，被配置成预设环境数据的灾害预警阈值和灾害发生阈值；
第一获取子模块，被配置成基于上述灾害预警阈值和上述灾害发生阈值获取灾害预警数据范围和灾害发生数据范围；
第一预警子模块，被配置成当上述环境数据达到上述灾害预警数据范围，进行灾害临近预警；
第二预警子模块，被配置成当上述环境数据达到上述灾害发生数据范围，进行灾害发生预警；
第二获取子模块，被配置成基于上述环境数据，采用自回归积分滑动平均模型获取环境数据变化趋势；
第三获取子模块，被配置成基于上述环境数据变化趋势获取灾害信息。
在一种实施方式中，预测模块被进一步配置成：
数据获取子模块，被配置成获取反映矿山灾害发展演变的环境数据的参考值
Figure 447484DEST_PATH_IMAGE016
；
计算子模块，被配置成基于矿山灾害环境数据实际的过程输出y和上述参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，生成并输出模拟仿真轨迹
Figure 393444DEST_PATH_IMAGE002
，计算公式如下所示，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
其中，k代表第k个仿真区间，
Figure 804834DEST_PATH_IMAGE005
表示预测水平，用来表示自第k个仿真区间起算的未来控制区间数量，
Figure 76722DEST_PATH_IMAGE006
为在预测水平
Figure 700601DEST_PATH_IMAGE005
条件下的第
Figure 438750DEST_PATH_IMAGE007
个仿真区间的模拟仿真轨迹的期望输出，
Figure 880096DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 70906DEST_PATH_IMAGE009
分别为第k个、第
Figure 498476DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的矿山灾害发展演变的环境数据的参考值，
Figure 825552DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 188532DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的实际环境数据；
Figure 601058DEST_PATH_IMAGE020
为比例系数，通过时域滚动的方式计算
Figure 894636DEST_PATH_IMAGE020
可得
Figure 279481DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 62630DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 228032DEST_PATH_IMAGE008
的比重，经过循环滚动优化后，计算矿山灾害发展演变的模拟仿真轨迹
Figure 794142DEST_PATH_IMAGE015
。
在一种实施方式中，上述系统还包括：
反馈模块，被配置成获取应急预案的处理结果，以及，基于上述处理结果，进行反馈与调整。
本发明提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明的方法及系统采用增强现实技术搭建仿真场景，同时，根据环境数据预测灾害发展趋势，在仿真场景中进行展现，避免了搭建实物场景的繁琐，提高了灾害发展的预测的能力，便于更好的构建与调整应急预案。
采用本发明的方法及系统，用户可以在仿真场景中进行多人协同的实操训练，不仅具有身临其境的感受，还可以提高用户的应急处置能力、指挥能力等，并且根据仿真场景中用户的行为与反应、应急预案的处置结果可以实时进行应急预案的反馈与调整。
本发明的方法和系统采用在矿山巷道中布置多种监测设备，可以实现矿山工作面情况的实时监控，通过异常的数据可以排查安全隐患，提前进行灾害预警，判断灾害发展趋势，在灾害发生后，还可以通过监测设备及时了解被困者的情况，搜寻被困者。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明实施例提供的一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的生成模块的结构示例图；
图4为本发明实施例提供的预警模块的结构示例图；
图5为本发明实施例提供的预测模块的结构示例图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，将参考附图对本发明的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本发明的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本发明的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
在附图中，为了便于说明，已稍微调整了元素的大小、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。另外，在本发明中，各步骤处理描述的先后顺序并不必然表示这些处理在实际操作中出现的顺序，除非有明确其它限定或者能够从上下文推导出的除外。
还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本发明的实施方式时，使用“可”表示“本发明的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞（包括工程术语和科技术语）均具有与本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本发明中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供了一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，包括如下步骤：
步骤S100、获取巷道的地形三维数据和环境数据。
在一种实施方式中，上述地形三维数据可以通过调用矿山三维数字化地图获取，该地形三维数据能够精确还原矿山工作巷道的空间形态、地形参数和位置分布。上述环境数据可以通过设置于巷道内不同位置的实时监测设备获取，监测设备包括但不限于视频摄像设备、光照度传感器、温湿度传感器、颗粒物密度传感器、气体浓度在线监测仪等。上述环境数据包括监测设备的实时监测数据和存储于控制端的监测设备上传的历史监测数据，包括但不限于光照度参数、气体浓度参数、温湿度参数、颗粒物密度参数、实时图像等。
进一步地，鉴于矿山巷道灾害多发的情况，还可在矿山巷道内设置微震传感器、热红外探头等，用于矿山巷道内灾害的预测与人员分布位置的探测等。
步骤S200、基于上述地形三维数据和上述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景。
在一种实施方式中，上述基于上述地形三维数据和上述环境数据采用如下步骤增强现实技术生成巷道仿真情景：
第一步，基于上述地形三维数据进行虚拟场景渲染构建，得到三维虚拟场景。具体地，基于每一段巷道的地形三维数据采用三维建模软件进行巷道的虚拟场景渲染构建，得到每一段巷道的三维虚拟场景。
第二步，将上述环境数据与上述三维虚拟场景结合，得到动态虚拟场景。具体地，在基于地形三维数据形成的三维虚拟场景的基础上，将每一段巷道的三维虚拟场景按照矿山中每条巷道的实际位置进行整合，全部的矿山巷道的三维虚拟场景整合完成，将上述矿山巷道内的实施的监测数据与上述三维虚拟场景整合叠加，生成可以反映巷道内实际情况的增强现实的动态虚拟场景。作为示例，由于矿山巷道可能会出现曲折与岔路的情况，因此，根据实际情况在矿山巷道的不同位置设置监测设备，以满足可以实时监测矿山所有巷道的要求。
第三步，基于上述动态虚拟场景，采用增强现实技术生成巷道仿真情景。其中，增强现实技术是合并现实和虚拟世界而产生的融合可视环境，在新的可视环境里物理和数字对象共存，并实时互动。
第四步，将上述巷道仿真情景采用增强现实设备进行展示与交互。具体地，将上述巷道仿真情景发送至增强现实显示设备中，通过增强现实显示设备中的光学传感器将巷道仿真情景融合在用户所在的真实物理环境中，进行全息展示。在全息展示的同时，将上述巷道仿真情景发送至增强现实穿戴设备中，用户在佩戴增强现实穿戴设备时实现以第一人称视角进入动态仿真模拟情景中，可以与场景中的对象进行交互，且用户人数并无限制，在动态仿真模拟情景中，当多位用户同时进入时，还可以实现用户之间在场景中的交互。
作为示例，增强现实穿戴设备与增强现实展示设备可以是实时连接的，当用户在场景中进行交互时，增强现实展示设备可以实时展示交互效果。
步骤S300、当上述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警。
在一种实施方式中，上述当上述环境数据超过预设阈值，通过如下步骤进行灾害预警：
第一步，预设环境数据的灾害预警阈值和灾害发生阈值。
第二步，基于上述灾害预警阈值和上述灾害发生阈值获取灾害预警数据范围和灾害发生数据范围。具体地，基于历史的环境数据对每个监测设备的监测数据设置灾害预警阈值和灾害发生阈值，相应的，基于上述灾害预警阈值和上述灾害发生阈值，将不超过灾害预警阈值之间的数据纳入灾害预警数据范围，将超过灾害预警阈值但不超过灾害发生阈值的数据纳入灾害发生数据范围。
第三步，当上述环境数据达到上述灾害预警数据范围，进行灾害临近预警。
第四步，当上述环境数据达到上述灾害发生数据范围，进行灾害发生预警。
第五步，基于上述环境数据，采用自回归积分滑动平均模型（Autoregressivemoving average model，ARMA）获取环境数据变化趋势。具体地，首先采用差分法处理已采集到的环境数据，然后，采用ARMA模型拟合差分后的数据，得到环境数据变化趋势。
第六步，基于上述环境数据变化趋势获取灾害信息。其中，灾害信息至少包括灾害发生地点、灾害发生原因、灾害发展趋势、灾害影响范围。
步骤S400、进行矿山灾害发展演变预测，在上述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程。
在一种实施方式中，上述进行矿山灾害发展演变预测，在上述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程，具体包括：
第一步，获取反映矿山灾害发展演变的环境数据的参考值
Figure 564652DEST_PATH_IMAGE016
；
第二步，基于矿山灾害环境数据实际的过程输出y和上述参考值
Figure 502390DEST_PATH_IMAGE016
，生成并输出模拟仿真轨迹
Figure 155088DEST_PATH_IMAGE002
，计算公式如下所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
其中，k代表第k个仿真区间，
Figure 993731DEST_PATH_IMAGE005
表示预测水平，用来表示自第k个仿真区间起算的未来控制区间数量，
Figure 477802DEST_PATH_IMAGE006
为在预测水平
Figure 478119DEST_PATH_IMAGE005
条件下的第
Figure 352534DEST_PATH_IMAGE007
个仿真区间的模拟仿真轨迹的期望输出，
Figure 604655DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 880916DEST_PATH_IMAGE009
分别为第k个、第
Figure 52134DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的矿山灾害发展演变的环境数据的参考值，
Figure 413845DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 453346DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的实际环境数据；
Figure 584113DEST_PATH_IMAGE023
为比例系数，通过时域滚动的方式计算
Figure 926232DEST_PATH_IMAGE024
可得
Figure 775240DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 605049DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 855901DEST_PATH_IMAGE008
的比重，基于循环滚动优化后的这三个参数，计算矿山灾害发展演变的模拟仿真轨迹
Figure 368922DEST_PATH_IMAGE015
。
步骤S500、基于上述模拟仿真过程预演应急预案。
在一种实施方式中，基于上述灾害信息调取相应地应急预案，基于上述模拟仿真过程预演应急预案。作为示例，用户可以佩戴增强现实穿戴设备实时参与应急预案的预演，用户可以作为处于灾害过程中的矿山工作人员，在灾害发生与应急预案预演的过程中学习积累避险自救经验，提高应急能力，另一个方面，用户还可以作为救援者的角色参加预演，积累实战经验，提升事故处置水平。
在一种实施方式中，上述基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法还包括如下步骤：
获取应急预案的处理结果，以及，基于上述处理结果，进行反馈与调整。具体地，由于增强现实显示设备对于预演过程的全息展示，可以使得指挥人员在预演现场外，实时关注灾害发展状况与应急预案的预演情况，开展指挥作业，进行应急预案的实时反馈与调整。
本发明提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明的方法采用增强现实技术搭建仿真场景，同时，根据环境数据预测灾害发展趋势，在仿真场景中进行展现，避免了搭建实物场景的繁琐，提高了灾害发展的预测的能力，便于更好的构建与调整应急预案。
采用本发明的方法用户可以在仿真场景中进行多人协同的实操训练，不仅具有身临其境的感受，还可以提高用户的应急处置能力、指挥能力等，并且根据仿真场景中用户的行为与反应、应急预案的处置结果可以实时进行应急预案的反馈与调整。
本发明的方法采用在矿山巷道中布置多种监测设备，可以实现矿山工作面情况的实时监控，通过异常的数据可以排查安全隐患，提前进行灾害预警，判断灾害发展趋势，在灾害发生后，还可以通过监测设备及时了解被困者的情况，搜寻被困者。
如图2所示，本发明还提供了一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，包括：
获取模块110，被配置成获取巷道的地形三维数据和环境数据；
生成模块120，被配置成基于上述地形三维数据和上述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
预警模块130，被配置成当上述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警；
预测模块140，被配置成进行矿山灾害发展演变预测，在上述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程；
预演模块150，被配置成基于上述模拟仿真过程预演应急预案。
在一种实施方式中，如图3所示，生成模块120被进一步配置成：
构建子模块121，被配置成基于上述地形三维数据进行虚拟场景渲染构建，得到三维虚拟场景；
结合子模块122，被配置成将上述环境数据与上述三维虚拟场景结合，得到动态虚拟场景；
生成子模块123，被配置成基于上述动态虚拟场景，采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
交互子模块124，被配置成将上述巷道仿真情景采用增强现实设备进行展示与交互。
在一种实施方式中，如图4所示，预警模块130被进一步配置成：
预设子模块131，被配置成预设环境数据的灾害预警阈值和灾害发生阈值；
第一获取子模块132，被配置成基于上述灾害预警阈值和上述灾害发生阈值获取灾害预警数据范围和灾害发生数据范围；
第一预警子模块133，被配置成当上述环境数据达到上述灾害预警数据范围，进行灾害临近预警；
第二预警子模块134，被配置成当上述环境数据达到上述灾害发生数据范围，进行灾害发生预警；
第二获取子模块135，被配置成基于上述环境数据，采用自回归积分滑动平均模型获取环境数据变化趋势；
第三获取子模块136，被配置成基于上述环境数据变化趋势获取灾害信息。
在一种实施方式中，如图5所示，预测模块140被进一步配置成：
数据获取子模块141，被配置成获取反映矿山灾害发展演变的环境数据的参考值
Figure 705226DEST_PATH_IMAGE017
；
计算子模块142，被配置成基于矿山灾害环境数据实际的过程输出y和上述参考值
Figure 86529DEST_PATH_IMAGE016
，生成并输出模拟仿真轨迹
Figure 191888DEST_PATH_IMAGE002
，计算公式如下所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
其中，k代表第k个仿真区间，
Figure 141389DEST_PATH_IMAGE005
表示预测水平，用来表示自第k个仿真区间起算的未来控制区间数量，
Figure 512459DEST_PATH_IMAGE006
为在预测水平
Figure 635136DEST_PATH_IMAGE005
条件下的第
Figure 532685DEST_PATH_IMAGE007
个仿真区间的模拟仿真轨迹的期望输出，
Figure 449825DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 823037DEST_PATH_IMAGE009
分别为第k个、第
Figure 483826DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的矿山灾害发展演变的环境数据的参考值，
Figure 235881DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 166666DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的实际环境数据；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为比例系数，通过时域滚动的方式计算
Figure DEST_PATH_IMAGE028
可得
Figure 168120DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 367020DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 98216DEST_PATH_IMAGE008
的比重，基于循环滚动优化后的这三个参数，计算矿山灾害发展演变的模拟仿真轨迹
Figure 826000DEST_PATH_IMAGE015
。
在一种实施方式中，如图2所示，上述系统还包括：
反馈模块160，被配置成获取应急预案的处理结果，以及，基于上述处理结果，进行反馈与调整。
可以理解的是，该系统中记载的诸模块与图1描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作、特征以及产生的有益效果同样适用于系统及其中包含的模块等，在此不再赘述。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，其特征在于，包括：
获取巷道的地形三维数据和环境数据；
基于所述地形三维数据和所述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
当所述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警；
进行矿山灾害发展演变预测，在所述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程；
基于所述模拟仿真过程预演应急预案。
2.根据权利要求1所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，其特征在于，所述基于所述地形三维数据和所述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景，具体包括：
基于所述地形三维数据进行虚拟场景渲染构建，得到三维虚拟场景；
将所述环境数据与所述三维虚拟场景结合，得到动态虚拟场景；
基于所述动态虚拟场景，采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
将所述巷道仿真情景采用增强现实设备进行展示与交互。
3.根据权利要求1所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，其特征在于，所述当所述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警，具体包括：
预设环境数据的灾害预警阈值和灾害发生阈值；
基于所述灾害预警阈值和所述灾害发生阈值获取灾害预警数据范围和灾害发生数据范围；
当所述环境数据达到所述灾害预警数据范围，进行灾害临近预警；
当所述环境数据达到所述灾害发生数据范围，进行灾害发生预警；
基于所述环境数据，采用自回归积分滑动平均模型获取环境数据变化趋势；
基于所述环境数据变化趋势获取灾害信息。
4.根据权利要求1所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，其特征在于，所述进行矿山灾害发展演变预测，在所述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程，具体包括：
获取反映矿山灾害发展演变的环境数据的参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
基于矿山灾害环境数据实际的过程输出y和所述参考值
Figure 417457DEST_PATH_IMAGE001
，生成并输出模拟仿真轨迹
Figure 888890DEST_PATH_IMAGE002
，计算公式如下所示，
Figure 146696DEST_PATH_IMAGE004
其中，k代表第k个仿真区间，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示预测水平，用来表示自第k个仿真区间起算的未来控制区间数量，
Figure 170016DEST_PATH_IMAGE006
为在预测水平
Figure 880483DEST_PATH_IMAGE005
条件下的第
Figure DEST_PATH_IMAGE007
个仿真区间的模拟仿真轨迹的期望输出，
Figure 263928DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure DEST_PATH_IMAGE009
分别为第k个、第
Figure 376241DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的矿山灾害发展演变的环境数据的参考值，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 304883DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的实际环境数据；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为比例系数，通过时域滚动的方式计算
Figure 237067DEST_PATH_IMAGE014
可得
Figure 925668DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 158066DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 398555DEST_PATH_IMAGE008
的比重，经过循环滚动优化后，计算矿山灾害发展演变的模拟仿真轨迹
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。
5.根据权利要求1所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取应急预案的处理结果；
基于所述处理结果，进行反馈与调整。
6.一种基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，其特征在于，包括：
获取模块，被配置成获取巷道的地形三维数据和环境数据；
生成模块，被配置成基于所述地形三维数据和所述环境数据采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
预警模块，被配置成当所述环境数据超过预设阈值，进行灾害预警；
预测模块，被配置成进行矿山灾害发展演变预测，在所述巷道仿真情景中进行矿山灾害应急场景的模拟仿真过程；
预演模块，被配置成基于所述模拟仿真过程预演应急预案。
7.根据权利要求6所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，其特征在于，生成模块被进一步配置成：
构建子模块，被配置成基于所述地形三维数据进行虚拟场景渲染构建，得到三维虚拟场景；
结合子模块，被配置成将所述环境数据与所述三维虚拟场景结合，得到动态虚拟场景；
生成子模块，被配置成基于所述动态虚拟场景，采用增强现实技术生成巷道仿真情景；
交互子模块，被配置成将所述巷道仿真情景采用增强现实设备进行展示与交互。
8.根据权利要求6所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，其特征在于，预警模块被进一步配置成：
预设子模块，被配置成预设环境数据的灾害预警阈值和灾害发生阈值；
第一获取子模块，被配置成基于所述灾害预警阈值和所述灾害发生阈值获取灾害预警数据范围和灾害发生数据范围；
第一预警子模块，被配置成当所述环境数据达到所述灾害预警数据范围，进行灾害临近预警；
第二预警子模块，被配置成当所述环境数据达到所述灾害发生数据范围，进行灾害发生预警；
第二获取子模块，被配置成基于所述环境数据，采用自回归积分滑动平均模型获取环境数据变化趋势；
第三获取子模块，被配置成基于所述环境数据变化趋势获取灾害信息。
9.根据权利要求6所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，其特征在于，预测模块被进一步配置成：
数据获取子模块，被配置成获取反映矿山灾害发展演变的环境数据的参考值
Figure 208248DEST_PATH_IMAGE016
；
计算子模块，被配置成基于矿山灾害环境数据实际的过程输出y和所述参考值
Figure 825174DEST_PATH_IMAGE016
，生成并输出模拟仿真轨迹
Figure 646499DEST_PATH_IMAGE002
，计算公式如下所示，
Figure 700299DEST_PATH_IMAGE018
其中，k代表第k个仿真区间，
Figure 872655DEST_PATH_IMAGE005
表示预测水平，用来表示自第k个仿真区间起算的未来控制区间数量，
Figure 27693DEST_PATH_IMAGE006
为在预测水平
Figure 234683DEST_PATH_IMAGE005
条件下的第
Figure 941608DEST_PATH_IMAGE007
个仿真区间的模拟仿真轨迹的期望输出，
Figure 601259DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 559988DEST_PATH_IMAGE009
分别为第k个、第
Figure 621485DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的矿山灾害发展演变的环境数据的参考值，
Figure 515623DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 662570DEST_PATH_IMAGE010
个仿真区间的实际环境数据；
Figure 159411DEST_PATH_IMAGE013
为比例系数，通过时域滚动的方式计算
Figure DEST_PATH_IMAGE019
可得
Figure 668889DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 858562DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 492806DEST_PATH_IMAGE008
的比重，经过循环滚动优化后，计算矿山灾害发展演变的模拟仿真轨迹
Figure 167239DEST_PATH_IMAGE015
。
10.根据权利要求6所述的基于增强现实的矿山灾害应急仿真系统，其特征在于，所述系统还包括：
反馈模块，被配置成获取应急预案的处理结果，以及，基于所述处理结果，进行反馈与调整。
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