一种基于VR的多人协同钻井模拟系统的制作方法

本发明涉及油气钻井培训领域，特别是一种基于vr的多人协同钻井模拟系统。

背景技术：

油气钻井具有“高风险、高投入、高科技”三大特点，作业场所面临沙漠、戈壁、海洋等恶劣地面环境，以及具有高温高压(如有时温度高达200℃、压力超过100mpa)的深部地层、小尺寸井眼等地下不可及环境，工程作业安全要求极高。由于油气钻井工艺复杂，设备多样，书面教学无法直观形象的传授油气钻井过程，而环境恶劣、危险性高及其过程的不可预测性，导致进行现场培训可行性差，一旦在现场发生事故，不仅损失昂贵的钻井设备，造成巨大的经济损失，严重的事故还会威胁到学员的生命，为学员提供现场培训是不经济且不安全的。因此，利用vr技术开发多人协同钻井模拟系统，以此来代替传统书面教学和现场培训，这样不仅能降低成本、保证学员的人身安全，同时可以对地层数据、井身结构等现场培训无法涉及的部分进行培训，具有重大实际意义。

在油气钻井作业中，需要多工种立体交叉协同作业，而传统的钻井模拟培训系统大多为单机版，培训岗位主要为司钻，其他岗位如副司钻、井架工、外钳工、内钳工、场地工等几乎无法参与或参与度很低，无法实现多岗位、多工种协同作业，且建造成本高、沉浸感差，现场模拟完成度低，无法真实还原作业现场。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于vr的多人协同钻井模拟系统，该系统基于vr技术、网络技术并深度结合vr设备，为学员呈现高度仿真的全三维钻井作业环境，具有身临其境的体验感受,学员根据实际工作岗位所需选择相应的虚拟人物(司钻、副司钻、井架工、内钳工、外钳工、场地工、记录工、泥浆工、队长)进行角色扮演，在局域网内与他人共享虚拟环境，并通过vr交互设备控制自己的虚拟人与他人控制的虚拟人进行交互，从而模拟多人协同钻井作业。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括n个vr钻井模拟子系统、服务器、交换机、视频矩阵和视频墙。所述的n个vr钻井模拟子系统和服务器通过交换机组成局域网，n个vr钻井模拟子系统各自连接视频矩阵，视频矩阵连接视频墙，vr钻井模拟子系统由vr交互设备和vr主机组成，vr交互设备由2个空间定位器、2个交互手柄和1个头盔显示器组成，头盔显示器通过hdmi(dp)、usb3.0与vr主机相连；

所述的vr主机包括虚拟的全三维钻井作业环境模块、用户登录模块、vr交互模块、钻井设备控制模块、钻井参数显示模块和钻井作业模拟模块；

所述的服务器包括服务器管理、数据同步和设备控制权管理模块，其中服务器管理模块用于对大厅、房间、用户id进行管理；数据同步模块用于对虚拟场景中钻井设备的状态(位置、旋转、缩放)以及钻井参数进行同步管理；设备控制权管理模块用于对虚拟场景中的钻井设备的控制权进行管理，确保任何设备可受任何用户控制，但同一时刻只受一个用户控制；

所述的交换机为所述的服务器和所述的n个vr钻井模拟子系统交换数据提供条件；

所述的视频矩阵通过阵列切换方法将所述的n个vr钻井模拟子系统输出的视频信号集中映射到所诉的视频墙上，满足旁观者观摩需求。

所述的vr主机所述虚拟的全三维钻井作业环境模块，其特征在于包括司钻操作台、井架(含钻台底座、机房底座)、顶驱、天车、游车、大钩、绞车、滚筒、钢丝绳、吊环、吊卡、吊钳、卡瓦、转盘、水龙头、泥浆泵、泥浆罐、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、高压管汇、立管、水龙、压井管汇、节流管汇、井口防喷器、远程控制台、司钻控制台、节流控制箱、柴油机、电动机、钻头、钻柱，以上设备的尺寸、结构、布局与钻井作业现场一致；

所述的vr主机所述的用户登录模块，其特征在于：预置钻井队各岗位，包括：司钻、副司钻、井架工、内钳工、外钳工、场地工、记录工、泥浆工、队长。

本发明的有益效果是：为学员呈现高度仿真的全三维钻井作业环境，学员具有身临其境的体验感受，学员根据实际工作岗位所需选择相应的虚拟人物(司钻、副司钻、井架工、内钳工、外钳工、场地工、记录工、泥浆工、队长)进行角色扮演，在局域网内与他人共享虚拟环境，并通过vr交互设备控制自己的虚拟人与他人控制的虚拟人进行交互，从而模拟多人协同钻井作业。学员相关操作与现场钻井作业一致，达到与真实现场培训一样效果的目的。本发明成本低、沉浸感强，能真实还原作业现场，可通过角色扮演，培训所有钻井作业岗位，且占地面积小、安装拆卸方便。该系统提高了钻井培训质量和效率，降低了培训成本，为安全钻井提供保障。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种基于vr的多人协同钻井模拟系统，包括n个vr钻井模拟子系统、服务器、交换机、视频矩阵和视频墙。所述的n个vr钻井模拟子系统和服务器通过交换机组成局域网，n个vr钻井模拟子系统各自连接视频矩阵，视频矩阵连接视频墙，vr钻井模拟子系统由vr交互设备和vr主机组成，vr交互设备由2个空间定位器、2个交互手柄和1个头盔显示器组成，头盔显示器通过hdmi(dp)、usb3.0与vr主机相连；

所述的vr主机包括虚拟的全三维钻井作业环境模块、用户登录模块、vr交互模块、钻井设备控制模块、钻井参数显示模块和钻井作业模拟模块；

所述的服务器包括服务器管理、数据同步和设备控制权管理模块，其中服务器管理模块用于对大厅、房间、用户id进行管理；数据同步模块用于对虚拟场景中钻井设备的状态(位置、旋转、缩放)以及钻井参数进行同步管理；设备控制权管理模块用于对虚拟场景中的钻井设备的控制权进行管理，确保任何设备可受任何用户控制，但同一时刻只受一个用户控制；

所述的交换机为所述的服务器和所述的n个vr钻井模拟子系统交换数据提供条件；

所述的视频矩阵通过阵列切换方法将所述的n个vr钻井模拟子系统输出的视频信号集中映射到所诉的视频墙上，满足旁观者观摩需求；

所述的vr主机所述虚拟的全三维钻井作业环境模块，其特征在于包括司钻操作台、井架(含钻台底座、机房底座)、顶驱、天车、游车、大钩、绞车、滚筒、钢丝绳、吊环、吊卡、吊钳、卡瓦、转盘、水龙头、泥浆泵、泥浆罐、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、高压管汇、立管、水龙、压井管汇、节流管汇、井口防喷器、远程控制台、司钻控制台、节流控制箱、柴油机、电动机、钻头、钻柱，以上设备的尺寸、结构、布局与钻井作业现场一致。

所述的vr主机所述的用户登录模块，其特征在于：预置钻井队各岗位，包括：司钻、副司钻、井架工、内钳工、外钳工、场地工、记录工、泥浆工、队长。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于VR的多人协同钻井模拟系统，它包括n个VR钻井模拟子系统、服务器、交换机、视频矩阵和视频墙。所述的n个VR钻井模拟子系统和服务器通过交换机组成局域网，n个VR钻井模拟子系统各自连接视频矩阵，视频矩阵连接视频墙，VR钻井模拟子系统由VR交互设备和VR主机组成，VR交互设备包括2个空间定位器、2个交互手柄和1个头盔显示器，头盔显示器通过HDMI(DP)、USB与VR主机相连。本发明构建了虚拟的全三维钻井作业环境，用户在局域网内通过VR交互设备与他人进行交互，模拟多人协同钻井作业，相关操作与现场一致。该系统提高了钻井培训质量和效率，降低了培训成本，为安全钻井提供保障。

技术研发人员：王永友;唐亮;郭昭学;王其军
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2019.02.14
技术公布日：2019.04.09