一种采煤工作面设备动作仿真方法、系统、设备及介质与流程
1.本发明涉及煤矿智能安全技术领域，具体为一种采煤工作面设备动作仿真方法、系统、设备及介质。
背景技术：
2.当前，煤矿对安全生产、效率提升、精准管控的需求日益增加，对煤矿进行安全监察管控的时效性要求和手段力度也在同步加强，加速了煤矿利用数字化技术手段实施智能化改造的进程。
3.井下综合信息管控平台、三维地质开采平台、人员定位系统、综合自动化平台、电子封条等煤矿智能管控系统正在根据煤矿井下生产管理的需求，通过连接井下通风设备、开采设备、运输设备、照明设备、摄像平台等设备数据接口，实现对井下生产的远程监控和精准调度。各类煤矿智能安全生产平台系统仅完成对设备数据的采集和设备参数的管控，然而大多无法根据设备状态参数完成对设备实时运行状态的复现，在一定程度上阻碍了平台远程监督管控的效果，影响远程管控平台对设备运行状态的监控和操作。
4.个别三维模型还原方法由于技术限制，对于设备动作信息和位置数据采用普通的红外线发射装置以确定采煤机位置对应的支架编号。其中，液压支架与刮板运输机的调直，往往采用拉绳或红外线依靠人工进行调直偏差的矫正。受限于煤矿生产视线差、设备多的问题，基于红外线测量装置和相关角度角传感器反馈数据的三维动态仿真方法实时性差、精度较低，难以满足工业实际控制的需要。因此基于上述数据获取方法，部分模拟多采用三维设备模型添加完整动画，仅模仿工作面回采工艺来展示采煤工艺，作为视频动画进行演示与指导作用。
5.同样，惯导和里程计组合定位数据仅仅解决了实时定位数据问题，无法解决采煤工作面设备动态模拟对绝对位置数据的需求。激光全站仪和姿态角传感器组合定位数据解决了绝对位置数据的测量问题，但是由于系统缺乏实时性，按照机器控制领域至少以秒级反应的要求来说，该系统位置数据也无法满足设备动态仿真的要求。上述方法解决了定位问题，部分技术利用三维设备模型的骨骼动画进行动作模拟，但无法实现实时仿真。尽管利用回采进尺数据进行修正，依旧无法真正做到井下实时的动作还原，更不能对井下生产进行精准的监控与调度。
技术实现要素：
6.本发明目的在于提供一种采煤工作面设备动作仿真方法、系统、设备及介质，以克服现有技术中无法真正做到井下实时的动作还原，更不能对井下生产进行精准的监控与调度问题，
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种采煤工作面设备动作仿真方法，包括以下步骤：
9.s1：根据采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机和皮带设备图册，
分别绘制对应的三维虚拟模型；
10.s2：将基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据适配至仿真系统中，再按照设备类型和操作状态，将s1绘制的三维虚拟模型同设备数据与操作状态进行匹配，得到实时三维虚拟模型；
11.s3：利用s2得到实时三维虚拟模型进行嵌套组合，得到数据驱动的设备部件骨骼动画，再将设备部件骨骼动画起始位置与设备操作状态进行对应和绑定，得到设备动作骨骼动画；
12.s4:对s3得到的动作骨骼动画进行实验测试，获取动作骨骼动画起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，根据所述驱动关系管理动作骨骼动画；
13.s5:根据实时数据的变化和s4调整优化后的算法模型，再根据s3得到的动作骨骼动画，驱动与设备动作对应的动画数据帧进行实时显示。
14.优选地，s2中三维虚拟模型同设备数据与操作状态进行匹配方法为，根据设备数量，自动阵列形成对应的设备模型，将设备监测值与对应设备模型进行关联。
15.优选地，s3得到的骨骼动画包括，采煤机左滚筒-旋转动作，采煤机右滚筒-旋转动作，采煤机左大臂-旋转动作，采煤机右大臂-旋转动作，液压支架升柱降柱-移动动作，液压支架伸护帮收护帮-旋转动作。
16.优选地，s5实时显示的内容与设备动作对应的动画数据帧有设备动作方向、速度、位置。
17.优选地，对s2中基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据进行定期修正。
18.优选地，定期修正为定期对惯导位置进行测量，更新矫正数据库中的惯导坐标，再自动根据矩阵算法更新设备数据。
19.优选地，定期修正还包括，当采煤机惯导位置经过对应刮板时，将数据库中惯导的真实坐标替换修正推算坐标，同时修正基于动作数据模拟的刮板机、液压支架的坐标位置。
20.一种采煤工作面设备动作仿真系统，基于上述一种采煤工作面设备动作仿真方法，包括
21.三维虚拟模型绘制模块：用于根据采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机、皮带设备的实际图纸，分别绘制对应的三维虚拟模型；
22.实时三维虚拟模型匹配模块：用于将基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据适配至仿真系统中，再按照设备类型和操作状态，将绘制的三维虚拟模型同设备数据与操作状态进行匹配，得到实时三维虚拟模型；
23.动作骨骼动画获取模块：用于利用实时三维虚拟模型进行嵌套组合，得到数据驱动的设备部件骨骼动画，再将设备部件骨骼动画与设备操作状态进行对应和绑定，得到动作骨骼动画；
24.算法模型优化模块：用于对动作骨骼动画进行实验测试，获取动作骨骼动画起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，根据所述驱动关系调整优化算法模型；
25.显示模块：用于根据实时数据的变化和调整优化后的算法模型，再根据动作骨骼动画，驱动设备动作对应的动画数据帧进行实时显示。
26.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种采煤工作面设备动作仿真方法的步骤。
27.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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上述一种采煤工作面设备动作仿真方法的步骤。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种采煤工作面设备动作仿真方法，首先进行工作面设备三维虚拟模型的绘制，再通过三维虚拟模型同设备数据与操作状态相匹配得到实时三维虚拟模型，具有实时性，再获取骨骼动画，将骨骼动画与设备操作状态进行对应和绑定，采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机、皮带设备数据与动作模拟联动，具有联动性，再通过获取动作骨骼动画起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，优化算法模型，使得显示的画面更加准确，最后与驱动设备动作对应的动画数据帧进行实时显示，可还原采面真实场景，而非工艺模拟动画，可以精准的对井下生产进行监控与调度；
29.进一步地，对基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据进行定期修正，使得最终输出的数据更加准确。
附图说明
30.图1是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法工作流程图；
31.图2是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法采煤机骨骼动画图；
32.图3是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法采煤机左滚筒旋转动画图；
33.图4是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法液压支架骨骼动画图-起始位置图；
34.图5是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法液压支架骨骼动画图-中间位置图；
35.图6是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法顺槽支架骨骼动画图；
36.图7是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法采煤机三维模型图；
37.图8是本发明一种采煤工作面设备动作仿真方法支架骨骼动画图。
具体实施方式
38.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
39.如图所示本发明提供了一种采煤工作面设备动作仿真方法，步骤如下
40.1.根据设备实际图纸，绘制采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机、皮带等工作面的设备三维虚拟模型；
41.2.适配基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据，按照设备类型和操作状态，将设备三维虚拟模型同设备数据与设备运行状态信息进行匹配，包括利用设备数量自动阵列设备模型，将设备监测值与对应设备模型实例关联。例如将惯导转换后的实时坐标与采煤机匹配绑定，利用液压支架的数量与监测数据将液压支架模型自动阵列并与每架
数据绑定；
42.3.利用三维虚拟模型进行嵌套组合，形成数据驱动的设备部件骨骼动画，如采煤机左滚筒-旋转动作，采煤机右滚筒-旋转动作，采煤机左大臂-旋转动作，采煤机右大臂-旋转动作，液压支架升柱降柱-移动动作，液压支架伸护帮收护帮-旋转动作等，并与设备运行数据的范围值(最小值和最大值)与骨骼动画的起始位置(初始帧和结束帧)进行对应和绑定，将监测的数据范围最小值与最大值与骨骼动画对应的帧数做绑定，如液压支架推移行程0m与推移动作0帧绑定，行程0.8m与推移动作100帧绑定；
43.4.实验测试设备多套动作骨骼动画的起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，调整优化算法模型，将骨骼动画的动画参数如动作范围、时间范围进行调整后重新测试驱动关系；
44.5.根据实时数据的变化，从平台上述已有的数据与动作的绑定关系，来驱动设备动作对应动画数据帧的实时变化，实现设备动作方向、速度、位置的动作仿真。
45.定期修正：
①
惯导位置修正：定期对惯导位置进行测量，更新数据库中54坐标系下的惯导坐标，系统自动根据矩阵算法更新采煤机、刮板、支架(液压支架和顺槽支架)和其他设备的位置信息，修正后重新按流程转换计算；
46.②
刮板和液压支架位置修正：采煤机惯导位置经过对应刮板时，将数据库中惯导的真实坐标替换修正推算坐标，同时修正基于动作数据模拟的刮板机、液压支架等联动设备的坐标位置。
47.本发明一实施例提供的终端设备。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。
48.所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
49.所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
50.所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
51.所述存储器可用于存储所述模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
52.所述终端设备集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读
介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
53.尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
技术特征：
1.一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机和皮带设备图册，分别绘制对应的三维虚拟模型；s2：将基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据适配至仿真系统中，再按照设备类型和操作状态，将s1绘制的三维虚拟模型同设备数据与操作状态进行匹配，得到实时三维虚拟模型；s3：利用s2得到实时三维虚拟模型进行嵌套组合，得到数据驱动的设备部件骨骼动画，再将设备部件骨骼动画起始位置与设备操作状态进行对应和绑定，得到设备动作骨骼动画；s4:对s3得到的动作骨骼动画进行实验测试，获取动作骨骼动画起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，根据所述驱动关系管理动作骨骼动画；s5:根据实时数据的变化和s4调整优化后的算法模型，再根据s3得到的动作骨骼动画，驱动与设备动作对应的动画数据帧进行实时显示。2.根据权利要求1所述的一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，所述s2中三维虚拟模型同设备数据与操作状态进行匹配方法为，根据设备数量，自动阵列形成对应的设备模型，将设备监测值与对应设备模型进行关联。3.根据权利要求1所述的一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，所述s3得到的骨骼动画包括，采煤机左滚筒-旋转动作，采煤机右滚筒-旋转动作，采煤机左大臂-旋转动作，采煤机右大臂-旋转动作，液压支架升柱降柱-移动动作，液压支架伸护帮收护帮-旋转动作。4.根据权利要求1所述的一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，所述s5实时显示的内容与设备动作对应的动画数据帧有设备动作方向、速度、位置。5.根据权利要求1所述的一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，对s2中基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据进行定期修正。6.根据权利要求5所述的一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，所述定期修正为定期对惯导位置进行测量，更新矫正数据库中的惯导坐标，再自动根据矩阵算法更新设备数据。7.根据权利要求6所述的一种采煤工作面设备动作仿真方法，其特征在于，所述定期修正还包括，当采煤机惯导位置经过对应刮板时，将数据库中惯导的真实坐标替换修正推算坐标，同时修正基于动作数据模拟的刮板机、液压支架的坐标位置。8.一种采煤工作面设备动作仿真系统，其特征在于，基于权利要求1-7所述任意项一种采煤工作面设备动作仿真方法，包括三维虚拟模型绘制模块：用于根据采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机、皮带设备的实际图纸，分别绘制对应的三维虚拟模型；实时三维虚拟模型匹配模块：用于将基于惯导的三维地质坐标转换系统提供的设备数据适配至仿真系统中，再按照设备类型和操作状态，将绘制的三维虚拟模型同设备数据与操作状态进行匹配，得到实时三维虚拟模型；动作骨骼动画获取模块：用于利用实时三维虚拟模型进行嵌套组合，得到数据驱动的设备部件骨骼动画，再将设备部件骨骼动画与设备操作状态进行对应和绑定，得到动作骨
骼动画；算法模型优化模块：用于对动作骨骼动画进行实验测试，获取动作骨骼动画起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，根据所述驱动关系调整优化算法模型；显示模块：用于根据实时数据的变化和调整优化后的算法模型，再根据动作骨骼动画，驱动设备动作对应的动画数据帧进行实时显示。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述一种采煤工作面设备动作仿真方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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如权利要求1至7任一项所述一种采煤工作面设备动作仿真方法的步骤。
技术总结
本发明提供了一种采煤工作面设备动作仿真方法、系统、设备及介质，首先进行三维虚拟模型的绘制，再通过匹配设备实时数据与操作状态得到三维虚拟模型动作更新指令，具有实时性，再获取与设备数据和操作状态进行对应和绑定的骨骼动画。采煤机、液压支架、前部后部刮板运输机、破碎机转载机、皮带设备数据与动作模拟联动，具有联动性，再通过获取动作骨骼动画起始终止帧数与对应设备运行实时状态参数的驱动关系，优化算法模型，使得显示的画面更加准确，最后将与驱动设备动作对应的动画数据帧实时显示，可还原煤矿采面真实生产场景，而非工艺模拟动画，可以精准地对井下生产进行监控与调度。调度。调度。
