虚拟现实环境下综采工作面三机监测与动态规划方法

　　《虚拟现实环境下综采工作面“三机”监测与动态规划方法》将“虚拟现实”“互联网+”“物联网”等新一代信息网络技术综合于一体，构建真实综采工作面“三机”的实时工作运行状态的虚拟镜像，开展VR监测与动态规划方法研究，建立了一种3D全景显示、可靠性高、时效性强、画面清晰细腻的VR监测与规划系统，取得了实质性的进展和成果；革新了现有综采工作面“视频+数据”监测监控技术，克服了目前主流监控模式视频和数据分离、承载受限、整合难度大、显示效果不佳等缺陷，从技术上保证综采装备的安全运行。《虚拟现实环境下综采工作面“三机”监测与动态规划方法》可为数字孪生技术、煤机装备结构设计、虚拟仿真技术在工程领域的应用等提供依据和参考，可供机械、矿山、自动化、计算机、软件、航空、军事等领域从事现代机械设计、虚拟现实仿真与监测监控技术研究、人机交互设备研发的科研和工程技术人员，以及高等院校相关专业的研究生和高年级本科生使用和参考。

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前言
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 研究背景、目的与意义
1．2．1 研究背景
1．2．2 研究目的
1．2．3 研究意义
1．3 国内外研究动态
1．3．1 综采工作面“三机”工况监测方法
1．3．2 综采工作面“三机”VR场景仿真
1．3．3 综采工作面“三机”VR监测
1．3．4 综采工作面“三机”VR规划
1．3．5 目前研究存在的问题和不足
1．4 主要研究内容与技术路线
1．5 小结
第2章 综采工作面单机工况监测与虚拟仿真方法
2．1 引言
2．2 物理信息传感体系的建立
2．2．1 采煤机传感器布置
2．2．2 液压支架传感器布置
2．2．3 刮板输送机传感器布置
2．3 综采装备单机姿态监测方法
2．3．1 采煤机姿态监测方法
2．3．2 刮板输送机姿态监测方法
2．3．3 液压支架姿态监测方法
2．4 基于Unity3D的液压支架部件无缝联动方法
2．4．1 液压支架虚拟仿真方法整体思路
2．4．2 模型构建与修补
2．4．3 虚实无缝联动方法
2．4．4 人机交互模式与方法
2．5 基于Unity3D的刮板输送机虚拟弯曲技术
2．5．1 模型构建与修补
2．5．2 刮板输送机虚拟弯曲技术
2．6 基于Unity3D的采煤机虚拟记忆截割方法
2．6．1 虚拟记忆截割理论与方法
2．6．2 记忆截割数学模型
2．6．3 实时虚拟采煤机滚筒高度补偿策略
2．6．4 虚拟控制器
2．6．5 虚拟交互
2．6．6 采煤机虚拟记忆截割界面
2．7 小结
第3章 VR环境下综采工作面“三机”工况监测与仿真方法
3．1 引言
3．2 “三机”水平理想底板虚拟协同仿真
3．2．1 “三机”水平理想底板虚拟协同/感知方法
3．2．2 采煤机虚拟行走关键技术
3．2．3 采煤机与液压支架相互感知技术
3．2．4 液压支架与液压支架相互感知技术
3．2．5 液压支架与刮板输送机相互感知技术
3．2．6 虚拟“三机”与采煤工艺耦合技术
3．2．7 时间、单位一致原理
3．3 采煤机与刮板输送机进刀姿态耦合方法
3．3．1 总体方法与思路
3．3．2 弯曲段求解计算过程模型
3．3．3 弯曲段溜槽姿态求解
3．3．4 采煤机行走路径更新与解算
3．3．5 液压支架推移液压缸伸长长度计算
3．4 采煤机和刮板输送机联合定位定姿方法
3．4．1 总体方法与思路
3．4．2 单机定位定姿方法
3．4．3 横向单刀运行采煤机与刮板输送机定位定姿耦合分析
3．4．4 基于Unity3D的规划软件开发
3．4．5 基于信息融合技术的定位定姿融合策略
3．4．6 基于先验角度的反向映射标记策略
3．5 群液压支架之间记忆姿态方法
3．5．1 液压支架记忆姿态思想来源
3．5．2 基于灰色马尔科夫理论与滚动预测方法的记忆姿态方法
3．5．3 液压支架支撑高度与采煤机截割顶板轨迹关系分析
3．5．4 记忆姿态VR监测方法
3．6 小结
第4章 VR环境下综采工作面“三机”工况监测系统
4．1 引言
4．2 综采工作面装备Digital Twin理论
4．2．1 Digital Twin理论介绍
4．2．2 综采工作面装备+“Digital Twin”融合
4．3 VR+LAN“三机”工况监测系统总体框架设计
4．3．1 系统设计目标
4．3．2 总体设计
4．3．3 硬件设计
4．3．4 软件设计
4．3．5 实时传感系统
4．4 基于Unity3D的VR监测方法
4．4．1 VR环境下状态变量的预留
4．4．2 实时读取与接人数据方法
4．4．3 底层数学模型实时计算方法
4．4．4 采煤环境信息的实时渲染
4．4．5 故障发生画面表示
4．4．6 实时切换视频监控画面等方法在VR环境下的实现
4．5 基于LAN的虚拟监测与实时同步方法
4．5．1 主机协同方法与方式
4．5．2 基于RPC技术的协同与数据流动
4．6 多软件实时耦合策略
4．6．1 组态王+SQL Server
4．6．2 SQL Server+Unity3D
4．6．3 Matlab软件计算结果处理
4．7 原型系统开发
4．8 小结
第5章 VR环境下综采工作面“三机”动态规划方法
5．1 引言
5．2 “三机”VR协同规划环境框架设计
5．2．1 总体框架
5．2．2 “三机”协同数学模型
5．2．3 基于MAS的“三机”协同规划模型
5．2．4 “三机”协同VR规划方法
5．3 “三机”协同数学模型构建
5．3．1 采煤机牵引速度与刮板输送机运量耦合模型
5．3．2 采煤机牵引速度、调高动作与煤岩环境耦合模型
5．3．3 液压支架跟机控制与采煤机速度耦合策略
5．3．4 液压支架跟机与顶底板条件耦合策略
5．3．5 刮板输送机形态与液压支架推移液压缸耦合模型
5．4 “三机”Agent模型构建
5．4．1 采煤机Agent模型
5．4．2 刮板输送机Agent模型
5．4．3 液压支架Agent模型
5．4．4 液压系统Agent模型
5．4．5 井下环境Agent模型
5．5 “三机”VR规划方法（FMUnitySim）
5．5．1 井下环境建模
5．5．2 时间、单位一致原理
5．5．3 GUI界面与交互
5．6 小结
第6章 VR环境下综采工作面“三机”监测与规划方法试验
6．1 引言
6．2 试验设备与环境介绍
6．2．1 综采装备成套试验系统
6．2．2 综采装备样机系统
6．2．3 所需要的传感器及部分信号采集传输设备
6．3 单机姿态监测方法
6．3．1 采煤机和刮板输送机姿态监测方法
6．3．2 液压支架姿态监测方法
6．3．3 试验结论
6．4 VR环境下综采工作面“三机”工况监测与仿真方法
6．4．1 虚拟记忆截割试验
6．4．2 弯曲段进刀试验
6．4．3 采煤机和刮板输送机联合定位定姿试验
6．4．4 群液压支架记忆姿态试验
6．4．5 试验结论
6．5 VR监测系统和方法试验
6．5．1 液压支架VR监测试验
6．5．2 局域网协同试验
6．5．3 VR+LAN“三机”工况监测试验
6．5．4 试验结论
6．6 “三机”规划试验
6．6．1 “三机”规划条件设置
6．6．2 仿真试验设计
6．6．3 最佳参数匹配
6．6．4 试验结论
6．7 小结
参考文献