CN117193111A - 一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统 - Google Patents
一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117193111A CN117193111A CN202311274919.5A CN202311274919A CN117193111A CN 117193111 A CN117193111 A CN 117193111A CN 202311274919 A CN202311274919 A CN 202311274919A CN 117193111 A CN117193111 A CN 117193111A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equipment
- data
- mining equipment
- mining
- mine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005065 mining Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 67
- 238000013439 planning Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000036541 health Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 25
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 12
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000013079 data visualisation Methods 0.000 claims description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 3
- 231100000279 safety data Toxicity 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000012549 training Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 3
- 208000025174 PANDAS Diseases 0.000 description 2
- 208000021155 Paediatric autoimmune neuropsychiatric disorders associated with streptococcal infection Diseases 0.000 description 2
- 240000004718 Panda Species 0.000 description 2
- 235000016496 Panda oleosa Nutrition 0.000 description 2
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 238000013523 data management Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 208000013057 hereditary mucoepithelial dysplasia Diseases 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- YHXISWVBGDMDLQ-UHFFFAOYSA-N moclobemide Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C(=O)NCCN1CCOCC1 YHXISWVBGDMDLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统，结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；为虚拟场景添加设备监控、智能预警、路径规划功能，其中：设备监控功能，通过实时监测矿用设备进行故障警报及健康诊断；智能预警功能，通过机器学习和数据分析技术，对矿用设备及工作面环境进行预测分析，并进行预警；路径规划功能，通过数字孪生技术进行矿井内的路径规划。本发明有益效果：预测矿山中的突发事件，并提前预警，提高了矿下作业的安全性，根据资源和地质条件进行优化选择，提高了矿下作业的生产效率和资源利用效率。
Description
技术领域
本发明属于矿用设备控制系统领域，尤其是涉及一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统。
背景技术
采矿作业的过程中人员安全是最需要注意的问题，为了避免事故的发生，矿场会安排测量人员在矿脉周围进行勘探，采集矿下的环境数据及矿脉周边的地质数据，将收集到的数据交由分析人员进行数据分析，通过数学计算及统计，对当前的矿脉周边的地质条件进行评估，得到安全性报告。
同时为防止矿用设备在工作过程中因故障导致的安全问题及效率问题，往往会安排检修人员定期对设备进行检测，从而判断是否需要对设备进行维修或更换。
但是上述方式在实际的采矿作业中，消耗了大量的人力，且因为需要工作人员进行实地探测，导致数据的延后性较高，使得矿下作业的安全性不足，且影响工作效率。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统，以期解决上述部分技术问题中的至少之一。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明第一方面提供了一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，包括：
结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；
为虚拟场景添加设备监控、智能预警、路径规划功能，其中：
设备监控功能，通过实时监测矿用设备进行故障警报及健康诊断；
智能预警功能，通过机器学习和数据分析技术，对矿用设备及工作面环境进行预测分析，并进行预警；
路径规划功能，通过数字孪生技术进行矿井内的路径规划。
设备监控功能对矿用设备进行故障警报的过程为：
将实时采集到的设备温度、压力、湿度、电流、振动数据通过Modbus发送至数据网关并发布；
矿用设备操作系统通过mqtt进行数据订阅从而接收设备数据，根据设备的实际情况设置相应的变量阈值；
当设备数据的值超过相应的变量阈值时，矿用设备操作系统根据当前设备数据与变量阈值之间的关系，将系统内记录的对应故障信息发送给工作人员；
若系统数据库内无法找到与当前故障情况对应的故障信息，则记录当前故障信息至系统数据库。
设备监控功能对矿用设备进行健康诊断的过程为：
通过传感器采集设备的实时数据，并从采集到的数据中提取特征指标；
将提取到的特征指标进行归一化处理，将其映射到一个统一的区间；并为每个特征指标设置权重，代表其对设备健康度的重要程度；
根据数据归一化和权重设置，计算设备的健康度值，并对计算得到的健康度值进行评估，根据评估结果将设备的健康度划分为不同等级；
将评估结果及设备的健康度反馈给工作人员。
智能预警功能分析矿用设备及工作面环境进行预测分析的过程为：
读取矿用设备的设备数据，对设备数据进行清洗、标准化、归一化处理，分析设备数据的规律与趋势，基于数据分析的结果建立预测模型，得到不同状况下的未来设备数据预测结果，根据预测结果进行预警。
路径规划功能为工作人员提供矿井内路径规划的过程为：
获取矿山地图信息及导航网格信息，创建角色的路径规划逻辑，启动路径规划，设置目标点，调用路径规划API，获取路径规划的结果；
在Tick函数中获取角色位置，获取目标位置计算并规划运动路径，根据运动路径控制角色移动并记录移动轨迹；
根据移动轨迹及矿井的内部环境进行碰撞检测，根据检测结果修正路径得到安全的矿井内路径。
本发明第二方面提供了一种基于数字孪生技术的矿用设备控制系统，其特征在于，包括：
系统客户端组件，提供设备监控功能、漫游巡检功能，用于监控设备运行状态、环境参数、安全指标；
数据透传组件，用于接收、解析并转发各类设备数据、环境数据、人员数据、生产数据、安全数据，对设备进行远程控制操作；
模型数据库，存储各类场景模型、设备模型、用于模拟系统运行及预测性能，并基于数字孪生技术进行仿真和预测；
UI数据库，提供数据可视化功能、智能预警功能、路径规划功能；
系统管理端组件，用于系统管理、权限管理、资源管理；
交互逻辑数据库，定义用户交互方式、场景交互逻辑、数据交互机制、决策支持与可视化展示。
矿用设备控制系统的硬件设备包括：
头戴显示器，提供立体的虚拟场景，内置系统客户端组件；
操作控制器，与头戴显示器及系统客户端组件连接，提供与虚拟场景进行交互的功能；
设备传感器，捕捉矿用设备的动作及矿用设备周围的环境数据，通过数据传透组件为系统客户端组件提供输入数据；
摄像头，拍摄并记录矿用设备的动作、状态、周围环境，提供矿井内场景及矿用设备的图像数据，用于虚拟场景与现实环境的融合。
本发明第三方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述第一方面任一所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
本发明第四方面提供了一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第一方面任一所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
本发明第五方面提供了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统具有以下有益效果：
智能预警功能能够通过实时数据和模型分析，预测矿山中的突发事件，并提前预警，这大大提高了矿山的安全性，因为可以在事故发生前识别和解决潜在的问题，同时智能预警功能还可以根据历史数据和实时数据，预测设备性能退化和故障，从而及时进行维护和修理，提高设备的可靠性和维护效率。
路径规划功能可以帮助矿山企业更好地规划和管理矿山的生产过程，通过数字孪生技术，可以模拟不同的开采路径和方案，根据资源和地质条件进行优化选择，以提高矿山的生产效率和资源利用效率，同时路径规划功能还能够协调矿山设备之间的运行，实现资源的优化配置和设备的最佳利用。
设备监控功能实时监测设备的运行参数及时发出故障警报，避免设备发生更严重的故障，持续收集设备运行数据，进行健康诊断分析，预测设备的健康状态，进行预防性维护，通过故障预警和预防性维护，提高设备的可利用率，帮助发现安全隐患,提前防范事故的发生,提高作业安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制系统的系统结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，包括：
结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；
为虚拟场景添加设备监控、智能预警、路径规划功能，其中：
设备监控功能，通过实时监测矿用设备进行故障警报及健康诊断；
智能预警功能，通过机器学习和数据分析技术，对矿用设备及工作面环境进行预测分析，得到预警信息；
路径规划功能，通过数字孪生技术进行矿井内的路径规划。
设备监控功能对矿用设备进行故障警报的过程为：
将实时采集到的设备温度、压力、湿度、电流、振动数据通过Modbus发送至数据网关并发布；
矿用设备操作系统通过mqtt进行数据订阅从而接收设备数据，根据设备的实际情况设置相应的变量阈值；
当设备数据的值超过相应的变量阈值时，矿用设备操作系统根据当前设备数据与变量阈值之间的关系，将系统内记录的对应故障信息发送给工作人员；
若系统数据库内无法找到与当前故障情况对应的故障信息，则记录当前故障信息至系统数据库。
设备监控功能对矿用设备进行健康诊断的过程为：
通过传感器采集设备的实时数据，包括温度、振动和电流；
从采集到的数据中，提取一些特征指标，包括温度的平均值、振动的峰值、电流的波动程度；
将提取到的特征指标进行归一化处理，将其映射到一个统一的区间，例如[0,1]，归一化使不同指标之间的数值具有可比性；
为每个特征指标设置权重，代表其对设备健康度的重要程度，权重根据实际情况和专业知识进行设定，例如温度权重为0.4，振动权重为0.3，电流权重为0.3；
根据数据归一化和权重设置，计算设备的健康度值，对计算得到的健康度值进行评估，根据评估结果将设备的健康度划分为不同等级，例如健康度大于等于0.9为优秀，0.7-0.9为良好，0.5-0.7为一般，低于0.3为较差；
将计算得到的健康度值和评估结果进行可视化展示，生成柱状图或仪表盘，直观地了解设备的健康状态和趋势，工作人员根据设备数据判断是否需要对设备进行维修或更换。
健康诊断的过程举例如下：
假设温度指标为T，振动指标为V，电流指标为I，则健康度计算公式为：
健康度＝0.4*T+0.3*V+0.3*I
指标计算举例：假设采集到的温度数据范围在[20℃,100℃]，现在要计算一个温度为70℃的设备的归一化温度指标：归一化温度指标＝(70°C-20℃)/(100℃-20℃)＝50/80≈0.625。
智能预警功能分析矿用设备及工作面环境进行预测分析的过程为：
读取矿用设备的设备数据，对设备数据进行清洗、标准化、归一化处理，分析设备数据的规律与趋势，基于数据分析的结果建立预测模型，得到不同状况下的未来设备数据预测结果，根据预测结果进行预警。
读取矿用设备的设备数据的步骤如下：
遍历设备的参数配置，计算参数的寄存器地址和长度，读取参数对应地址的数据，检查读取是否成功,如果失败打印错误日志，将读取结果追加到结果数组，根据配置调用解析函数,解析读取的数据，检查解析是否成功,如果数据变化则跳过，判断解析结果类型,如果是数组则追加数组,否则追加单个值，返回最终解析的参数结果。
对设备数据进行清洗的步骤如下：
读取data.json中的JSON数据,加载到一个Pandas DataFrame中；
对DataFrame进行处理,删除包含任何缺失值NaN的行；
选择DataFrame的第一列作为后续要处理的对象，访问DataFrame的第一列名称。
这样通过先删除缺失值行,然后选择特定列,实现了对设备数据的清洗，其目的是为了过滤掉无效和冗余的数据,将DataFrame准备为一个清洗后的结构化数据集,便于后续分析。
对设备数据进行标准化处理的步骤如下：
计算data数组的均值并赋值给mean变量，计算data数组的标准差并赋值给std变量，将data数组中的每个元素减去均值mean，将上一步的结果再除以标准差std，得到标准化后的data数组，其均值变为0标准差变为1。
使用折线图对设备数据进行可视化展示，从而分析设备数据的规律与趋势，其过程为：
创建一个图形窗口并指定图形窗口的大小，访问pandas数据框中名为'temperature'的列，设置图形的标题，分别设置x轴和y轴的标签文本，并显示绘制的图形。
建立预测模型得到预测结果并进行预警的过程具体为：
读取环境温度的数据，对数据进行预处理包括过滤和归一化，绘制温度变化趋势图，建立ARIMA模型并拟合模型，基于模型预测未来5个时间点的温度，计算预警上下限，判断当前温度是否超出预警范围,如果超出则打印预警信息，如果温度正常,则打印正常信息。
路径规划功能为工作人员提供矿井内路径规划的过程为：
创建MineMap、NavMesh和MineCharacter三个类；
MineMap类用于存储矿山地图信息，NavMesh类用于存储导航网格信息，MineCharacter类用于实现角色的路径规划逻辑；
在MineCharacter中实现了StartPathPlanning和Update函数，StartPathPlanning用于启动路径规划，设置目标点，调用路径规划API，Update会获取路径规划的结果,并控制角色移动；
在功能开启开始时，创建地图、导航网格和角色，启动路径规划，在Tick函数中获取角色位置，计算目标点，找到路径，并控制角色移动。
实施例二：
一种基于数字孪生技术的矿用设备控制系统，包括：
客户端软件：主要负责系统的展示，展示系统功能、设备数据、场景转换与漫游、现场视频专业培训，通过采集场景数据进行现场环境模拟相对达到还原真实场景的效果，对设备结构进行刨析，深度还原设备模型以保证数据驱动模型时的准确性与精准性，其功能上分为设备监测、漫游巡检、监控视频、专业培训四类；
设备监测功能至少包括：采煤机、液压支架、泵站、刮板运输机、转载机、破碎机、皮带运输机、设备的实时数据并可对设备进行健康诊断与预警；
漫游巡检功能至少包括：自由漫游、数据漫游、自动漫游、全局视角、设备跟随视角、单一设备操控、多设备操控功能；
监控视频功能至少包括：支架摄像头监控视频查看、跟进视频查看、可任意调取井下摄像头功能；
专业培训功能至少包括：设备检修培训、专业知识培训、设备结构拆解、专业技能考核功能。
数据透传软件：用于接收、解析和转发各类设备数据、环境数据、人员数据、生产数据、安全数据，其具体功能分为数据接收、数据解析、数据转发多种数据处理方式；
设备数据：包括矿山中各种设备的实时状态、运行参数、故障信息，这些数据可以通过传感器、监测设备实时采集，用于监控设备的运行情况和进行故障预警；
环境数据：包括矿山周围环境的实时数据，如温度、湿度、气压、风速，这些数据可以通过气象站、环境监测设备采集，用于评估矿山的安全性和环境影响；
人员数据：包括矿山中员工的实时位置、工作状态、健康状况，这些数据可以通过定位系统、生物传感器采集，用于监控员工的安全和健康；
生产数据：包括矿山的生产情况、产量、能耗实时数据，这些数据可以通过生产设备、计量仪表采集，用于评估矿山的生产效率和能源利用情况；
安全数据：包括矿山的安全监测数据，如瓦斯浓度、煤尘浓度、地质变形，这些数据可以通过安全监测设备、传感器采集，用于评估矿山的安全风险和预警；
历史数据：包括矿山过去的运行数据和事件记录，这些数据可以用于回顾和分析矿山的历史运行情况，发现问题和改进措施。
模型数据库：存储各类场景模型、设备模型、用于模拟系统运行和预测性能，分为场景模型、设备模型、两巷模型其中场景模型包括环境光线、煤壁模型、地面模型，设备模型至少包括采煤机模型、液压支架模型、刮板运输机模型、转载机模型、破碎机模型、皮带模型、设备列车及其设备模型，两巷模型至少包括联络巷模型、标牌告示模型、线缆模型；
设备模型：包括矿山中各种设备的模型，如矿井通风系统、提升机、输送带，这些模型描述了设备的结构、工作原理、运行规律，用于模拟设备的运行状态和预测设备的性能；
环境模型：包括矿山周围环境的模型，如地质结构、水文地质条件、大气环境，这些模型描述了环境的特征和变化规律，用于模拟环境对矿山运行的影响和评估环境风险；
人员模型：包括矿山中员工的模型，如人员分布、工作任务、行为规律，这些模型描述了员工的角色和行为，用于模拟员工的工作状态和评估员工的安全风险；
生产模型：包括矿山的生产过程和工艺流程的模型，如采矿、处理、运输，这些模型描述了生产过程的各个环节和相互关系，用于模拟生产的效率和优化生产方案；
安全模型：包括矿山的安全监测和预警模型，如瓦斯爆炸、火灾、坍塌，这些模型描述了安全事件的发生机理和预警方法，用于模拟安全风险和预测安全事故。
UI数据库：提供数据可视化、监控、预警、远程控制、路径规划、数据分析等功能；
数据可视化：以图表、图形、动画形式展示矿井的各种数据，如矿井结构、地质信息、矿井设备状态、传感器数据；
实时监控：提供实时监控功能，显示矿井设备的运行状态、能源消耗、环境参数重要信息，以便操作人员及时发现异常情况并采取相应措施；
智能预警：通过机器学习和数据分析技术，对矿井设备和环境进行预测和预警，提供预警信息和建议，帮助操作人员及时采取措施避免事故发生；
操作控制：提供对矿井设备的远程操作和控制功能，操作人员可以通过UI界面对设备进行开关、调节、故障排查操作，实现远程控制和管理；
路径规划：通过数字孪生技术，为操作人员提供矿井内的路径规划功能，帮助他们快速、安全地到达目的地，减少迷路和事故的发生；
数据分析：提供数据分析功能，对矿井的历史数据进行统计、分析和可视化，帮助管理人员了解矿井的运营情况、设备维护需求，为决策提供依据；
交互界面：提供友好、直观的交互界面，方便操作人员使用，支持多种操作方式，如触摸屏、语音控制、手势识别，提高操作效率和用户体验。
管理端软件：管理上分为系统管理、菜单管理、动作参数管理、名称管理、数据管理、权限管理、资源管理方面；
交互逻辑数据库：定义用户交互方式、场景交互逻辑、数据交互机制、决策支持与可视化展示；
用户输入：用户通过手柄、控制器或其他交互设备进行输入操作，如选择、拖拽、旋转，用户输入可以触发相应的交互逻辑，改变数字孪生场景中的元素或参数；
场景交互：用户可以在数字孪生场景中与虚拟对象进行交互，如移动、放大、旋转，场景交互可以通过用户输入操作或预设的交互方式实现，用户可以通过操作虚拟对象来改变场景的状态和行为；
数据交互：数字孪生系统可以与现实矿井系统进行数据交互，实现双向的数据传输和同步，数字孪生系统可以接收现实矿井系统传输过来的数据，并将其反映到数字孪生场景中，同时可以将用户在数字孪生场景中的操作和变化反馈给现实矿井系统；
决策支持：数字孪生系统可以根据现实矿井数据和用户交互的结果，进行数据分析和模拟计算，提供决策支持和预测分析，数字孪生系统可以根据用户的需求和目标，生成不同的场景和方案，帮助用户做出决策和优化运营；
可视化展示：数字孪生系统可以将虚拟矿井场景以图形、动画或其他形式进行可视化展示，使用户能够直观地观察和理解矿井的状态和运行情况，可视化展示可以通过虚拟现实(VR)、增强现实(AR)技术实现，提供更加沉浸和逼真的体验。
矿用设备控制系统的硬件设备包括：
头戴显示器(Head-Mounted Display，HMD)：用于提供虚拟现实(VR)或增强现实(AR)体验的设备，将数字孪生的场景和数据以立体、沉浸式的方式呈现给用户，HMD通常包括显示屏、传感器、耳机等，可以戴在用户头部，使用户能够看到虚拟的矿井场景。
手柄或控制器：用于用户与虚拟场景进行交互的设备，可以通过手柄或控制器的按钮、摇杆、触摸板等进行操作，如选择、移动、旋转等，手柄或控制器通常具有位置追踪和手势识别功能，可以实现更加自然和直观的交互方式。
传感器：用于感知用户的动作和环境的设备，如陀螺仪、加速度计、磁力计等，传感器可以追踪用户的头部姿态、手部动作等，以及环境的物理参数，如温度、湿度等，为虚拟场景的呈现和交互提供准确的数据。
跟踪系统：用于追踪用户在现实空间中的位置和姿态的设备，如定位系统、摄像头等，跟踪系统可以实时获取用户的位置信息，并将其映射到虚拟场景中，从而实现用户在虚拟矿井中的自由移动和操作。
计算设备：用于处理和渲染虚拟场景的计算设备，如PC、游戏主机、云服务器等，计算设备负责运行数字孪生的软件和算法，实时计算和渲染虚拟场景，保证用户在沉浸式体验中的流畅和逼真。
通信设备：用于与其他设备或系统进行数据交换和通信的设备，如无线网络、蓝牙等，通信设备可以实现虚拟矿井与现实矿井系统之间的数据交互和同步，保证数字孪生的实时性和准确性。
实施例三：
一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储处理器可执行指令的存储器，处理器用于执行上述实施例一任一的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
实施例四：
一种服务器，包括至少一个处理器，以及与处理器通信连接的存储器，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被处理器执行，以使至少一个处理器执行如实施例一任一的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
实施例五：
一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现实施例一任一项的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于，包括：
结合数字孪生技术与虚拟引擎，进行工作面环境及矿用设备的仿真模拟，构建与实际情况相匹配的虚拟场景，以及矿用设备操作系统；
为虚拟场景添加设备监控、智能预警、路径规划功能，其中：
设备监控功能，通过实时监测矿用设备进行故障警报及健康诊断；
智能预警功能，通过机器学习和数据分析技术，对矿用设备及工作面环境进行预测分析，并进行预警；
路径规划功能，通过数字孪生技术进行矿井内的路径规划。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：
设备监控功能对矿用设备进行故障警报的过程为：
将实时采集到的设备温度、压力、湿度、电流、振动数据通过Modbus发送至数据网关并发布；
矿用设备操作系统通过mqtt进行数据订阅从而接收设备数据，根据设备的实际情况设置相应的变量阈值；
当设备数据的值超过相应的变量阈值时，矿用设备操作系统根据当前设备数据与变量阈值之间的关系，将系统内记录的对应故障信息发送给工作人员；
若系统数据库内无法找到与当前故障情况对应的故障信息，则记录当前故障信息至系统数据库。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：
设备监控功能对矿用设备进行健康诊断的过程为：
通过传感器采集设备的实时数据，并从采集到的数据中提取特征指标；
将提取到的特征指标进行归一化处理，将其映射到一个统一的区间；并为每个特征指标设置权重，代表其对设备健康度的重要程度；
根据数据归一化和权重设置，计算设备的健康度值，并对计算得到的健康度值进行评估，根据评估结果将设备的健康度划分为不同等级；
将评估结果及设备的健康度反馈给工作人员。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：
智能预警功能分析矿用设备及工作面环境进行预测分析的过程为：
读取矿用设备的设备数据，对设备数据进行清洗、标准化、归一化处理，分析设备数据的规律与趋势，基于数据分析的结果建立预测模型，得到不同状况下的未来设备数据预测结果，根据预测结果进行预警。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法，其特征在于：
路径规划功能为工作人员提供矿井内路径规划的过程为：
获取矿山地图信息及导航网格信息，创建角色的路径规划逻辑，启动路径规划，设置目标点，调用路径规划API，获取路径规划的结果；
在Tick函数中获取角色位置，获取目标位置计算并规划运动路径，根据运动路径控制角色移动并记录移动轨迹；
根据移动轨迹及矿井的内部环境进行碰撞检测，根据检测结果修正路径得到安全的矿井内路径。
6.一种基于数字孪生技术的矿用设备控制系统，其特征在于，包括：
系统客户端组件，提供设备监控功能、漫游巡检功能，用于监控设备运行状态、环境参数、安全指标；
数据透传组件，用于接收、解析并转发各类设备数据、环境数据、人员数据、生产数据、安全数据，对设备进行远程控制操作；
模型数据库，存储各类场景模型、设备模型、用于模拟系统运行及预测性能，并基于数字孪生技术进行仿真和预测；
UI数据库，提供数据可视化功能、智能预警功能、路径规划功能；
系统管理端组件，用于系统管理、权限管理、资源管理；
交互逻辑数据库，定义用户交互方式、场景交互逻辑、数据交互机制、决策支持与可视化展示。
7.根据权利要求6所述的矿用设备控制系统，其特征在于：
矿用设备控制系统的硬件设备包括：
头戴显示器，提供立体的虚拟场景，内置系统客户端组件；
操作控制器，与头戴显示器及系统客户端组件连接，提供与虚拟场景进行交互的功能；
设备传感器，捕捉矿用设备的动作及矿用设备周围的环境数据，通过数据传透组件为系统客户端组件提供输入数据；
摄像头，拍摄并记录矿用设备的动作、状态、周围环境，提供矿井内场景及矿用设备的图像数据，用于虚拟场景与现实环境的融合。
8.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-5任一所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
9.一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-5任一所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
10.一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311274919.5A CN117193111A (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311274919.5A CN117193111A (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117193111A true CN117193111A (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=88983400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311274919.5A Pending CN117193111A (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117193111A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117408123A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司 | 一种采运装备时空推进健康状态评估系统及方法 |
-
2023
- 2023-09-28 CN CN202311274919.5A patent/CN117193111A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117408123A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司 | 一种采运装备时空推进健康状态评估系统及方法 |
| CN117408123B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-15 | 晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司 | 一种采运装备时空推进健康状态评估系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11599952B2 (en) | Closed-loop system incorporating risk analytic algorithm | |
| CN108628286B (zh) | 机台维修系统与方法 | |
| CN112650183B (zh) | 工业互联网平台 | |
| CN112769908B (zh) | 协同控制方法、装置及电子设备 | |
| CN110163485A (zh) | 一种机房巡检系统 | |
| US20210406764A1 (en) | Method, electronic device, and computer program product for monitoring field device | |
| CN117193111A (zh) | 一种基于数字孪生技术的矿用设备控制方法及系统 | |
| US10963797B2 (en) | System for analyzing machine data | |
| JPWO2021222384A5 (zh) | ||
| CN108415805A (zh) | 一种用于电动施工平台设备的数字化智能监控系统 | |
| CN114143220B (zh) | 实时数据可视化平台 | |
| CN113359640A (zh) | 一种基于数字孪生和增强现实的产线预测性维护系统及方法 | |
| CN116483009A (zh) | 一种基于互联网的工业数据采集处理系统 | |
| CN117371952B (zh) | 一种多项目协同管理系统 | |
| CN113922502A (zh) | 一种智能视频运维管理系统及管理方法 | |
| Pavlov et al. | Case study of using virtual and augmented reality in industrial system monitoring | |
| CN117612755A (zh) | 应用于核电站的智能巡检方法 | |
| CN116797706A (zh) | 一种基于gpgpu的危害气体泄露动态可视化系统 | |
| CN115759497A (zh) | 一种轨道交通智慧车站自动巡检的方法与系统 | |
| KR102313620B1 (ko) | 로봇의 이상 상태를 출력하는 방법 및 장치 | |
| CN111026076A (zh) | 一种流速检定装置车载测控系统 | |
| US20190303456A1 (en) | Data synchronization and methods of use thereof | |
| LU505202B1 (en) | Monitoring system for mining safety | |
| CN116415819B (zh) | 一种基于虚拟现实的风险管控场景编排及展示应用方法 | |
| CN117391586A (zh) | 一种基于数字孪生的粮库三维数字管理系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |