基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统及方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯含量测定实验教学领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统及方法。

背景技术：

在矿井井下生产过程中，煤层瓦斯含量是其中的一个重要参数。快速准确的对煤层中所含瓦斯量进行测定，是保证矿井安全生产的一个重要前提。现阶段针对瓦斯含量测定的方法主要有间接测定法与直接测定法。其中直接测定法是对煤层进行打钻采样，然后直接从取出的煤样中抽取瓦斯，计算其瓦斯含量；间接测定法首先需要根据井下实测或已知规律推算出煤层瓦斯压力，然后在实验室中测定煤样孔隙率、进行工业分析等计算出煤层瓦斯含量。

由于井下瓦斯含量测定环境特殊、步骤繁多、设备操作复杂，在现阶段针对井下瓦斯含量测定的培训主要是通过书本资料以及音频录像等进行培训，无法高效、快速的理解瓦斯含量测定的每一过程。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作方便、效率高、测定效果好的基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统，包括主机模块、同步显示器和场景漫游设备；主机模块由模型构建平台、虚拟现实编辑平台和终端操作系统组成；模型构建平台、终端操作系统、同步显示器和场景漫游设备分别与虚拟现实编辑平台通过控制电缆连接。

模型构建平台通过3dmax2011设计而成，主要用来构建虚拟场景模型和煤层瓦斯含量测定中所需实验仪器及设备模型，实现虚拟场景模型渲染、实验仪器及设备动态效果生成；

场景漫游设备主要包括操作手柄，通过扣动操作手柄下方按钮在虚拟场景中发出射线来实现人物、场景移动以及进行实验仪器及设备操作。

虚拟现实编辑平台主要用来实现虚拟场景和实验仪器及设备的动态编程。

同步显示器主要包括头盔显示器以及计算机显示器，用来采集虚拟场景画面并反馈给学员，同时通过计算机显示器同步显示学员在头盔中接收到的画面，以方便培训者进行指导。

终端操作系统主要是培训者用来添加或删除实验设备、更改实验参数、实验方法，以及记录学员操作全过程。

基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统的测定实验方法，包括以下步骤，

（1）受训者启动系统，在启动界面选择实训操作进入系统；

（2）进入系统后穿戴并连接好虚拟现实操作设备，等待显示器显示出场景画面后带上头盔显示器开始接受画面，并带好接收耳机以及操作手柄，其中接收耳机是用来接收提前录制好的井下环境实况以及隔绝外部声音环境干扰，操作手柄用来实现场景移动以及场景功能的实现；

（3）进入虚拟场景后，通过扣动手柄下方按钮在虚拟场景中发出射线进行场景漫游，每次发出的射线端点处即为移动的终点；

（4）移动到待测地点以后通过扣动手柄下方按钮并且不松开进行拖动实验设备，拖动到指定地点后松开按钮进行设备放置；

（5）通过操作手柄发出射线点击设置好的button组件可以选择打钻、采样和含量测定的操作；

（6）等待学员操作结束后，培训者通过终端操作系统记录下学员的全部操作过程并且可以进行评分操作，方便以后查询；

（7）等待实验结束后，培训者通过终端操作系统进行更改实验条件、实验参数以及实验方法进行不同条件及不同方法下的瓦斯含量测定。

采用上述技术方案，本发明中的虚拟现实编辑平台主要通过由中视典数字科技有限公司开发的vrp虚拟现实编辑器来实现对虚拟场景及设备的动态编程。本发明通过3dmax建模软件，对煤层瓦斯含量测定环境及实验设备进行模型构建，利用vrp虚拟现实编辑平台对所构模型进行动态编程，利用虚拟现实技术使学员无需进入井下就能够切身实际的感受到在井下进行瓦斯含量测定时的过程，了解测定的过程以及每一步骤，节约了教学成本，并且避免了因为误操作而引发危险，提高了教学安全性。本发明针对矿业类高校及煤矿企业开展煤层瓦斯含量测定实验教学和实训具有较高的推广价值。

附图说明

图1是本发明的结构框架图；

图2是本发明的取样过程图；

图3是本发明的操作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统，包括主机模块、同步显示器和场景漫游设备；主机模块由模型构建平台、虚拟现实编辑平台和终端操作系统组成；模型构建平台、终端操作系统、同步显示器和场景漫游设备分别与虚拟现实编辑平台通过控制电缆连接。

模型构建平台通过3dmax2011设计而成，主要用来构建虚拟场景模型和煤层瓦斯含量测定中所需实验仪器及设备模型，实现虚拟场景模型渲染、实验仪器及设备动态效果生成；

场景漫游设备主要包括操作手柄，通过扣动操作手柄下方按钮在虚拟场景中发出射线来实现人物、场景移动以及进行实验仪器及设备操作。

虚拟现实编辑平台主要用来实现虚拟场景和实验仪器及设备的动态编程。

同步显示器主要包括头盔显示器以及计算机显示器，用来采集虚拟场景画面并反馈给学员，同时通过计算机显示器同步显示学员在头盔中接收到的画面，以方便培训者进行指导。

终端操作系统主要是培训者用来添加或删除实验设备、更改实验参数、实验方法，以及记录学员操作全过程。

如图2和3所示，基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统的测定实验方法，包括以下步骤，

（1）受训者启动系统，在启动界面选择实训操作进入系统；

（2）进入系统后穿戴并连接好虚拟现实操作设备，等待显示器显示出场景画面后带上头盔显示器开始接受画面，并带好接收耳机以及操作手柄，其中接收耳机是用来接收提前录制好的井下环境实况以及隔绝外部声音环境干扰，操作手柄用来实现场景移动以及场景功能的实现；

（3）进入虚拟场景后，通过扣动手柄下方按钮在虚拟场景中发出射线进行场景漫游，每次发出的射线端点处即为移动的终点；

（4）移动到待测地点以后通过扣动手柄下方按钮并且不松开进行拖动实验设备，拖动到指定地点后松开按钮进行设备放置；

（5）通过操作手柄发出射线点击设置好的button组件可以选择打钻、采样和含量测定的操作；

（6）等待学员操作结束后，培训者通过终端操作系统记录下学员的全部操作过程并且可以进行评分操作，方便以后查询；

（7）等待实验结束后，培训者通过终端操作系统进行更改实验条件、实验参数以及实验方法进行不同条件及不同方法下的瓦斯含量测定。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

技术总结
基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统，包括主机模块、同步显示器和场景漫游设备；主机模块由模型构建平台、虚拟现实编辑平台和终端操作系统组成；模型构建平台、终端操作系统、同步显示器和场景漫游设备分别与虚拟现实编辑平台通过控制电缆连接。本发明还公开了基于虚拟现实技术的煤层瓦斯含量测定实验系统的测定实验方法，本发明通过3D max建模软件，对煤层瓦斯含量测定环境及实验设备进行模型构建，利用VRP虚拟现实编辑平台对所构模型进行动态编程，利用虚拟现实技术使学员无需进入井下就能够切身感受到在井下进行瓦斯含量测定时的过程，节约了教学成本，并且避免了因为误操作而引发危险，提高了教学安全性。

技术研发人员：杨明;柴沛;贾智伟;张学博;刘佳佳;毛俊睿;柳磊
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：2019.03.19
技术公布日：2019.05.28