礦井安全計算機仿真系統(tǒng)軟件的設(shè)計

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目前第三方提供的NANDFlash控制器使用不夠靈活，不能很好地滿足用戶需求，因此文中提出了基于AHB總線的NANDFlash控制器的設(shè)計方法，采用Verilog實現(xiàn)，VCS進行功能仿真，并在XILINX公司的XC2V500器件中得到驗證。

其一，建立事故模型。事故模型的建立分為2種，一種是瓦斯爆炸，另種是涌水。前者是模擬礦井瓦斯爆燃的過程，當初始狀態(tài)的溫度和壓力、聲速正常時，瓦斯爆炸的條件以三角形為準。

其二，實行虛擬現(xiàn)實和安全避災(zāi)仿真技術(shù)。采用計算機營造具有真實感受的三維環(huán)境模擬礦井生產(chǎn)過程，以及進行礦井安全防災(zāi)和避災(zāi)的演示。由于礦井中的安全隱患問題，影響著礦井工作人員的生命安全，因此將安全隱患與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合進行全過程仿真。例如：礦井瓦斯爆炸仿真。在礦井中以隨機的方式產(chǎn)生爆炸，造成人員傷亡、工作機械設(shè)備變形等，然后通過安全避災(zāi)仿真技術(shù)，采用三維演示的方式模擬事故發(fā)生前的全過程，找到避災(zāi)的逃生路線。同時建立避災(zāi)知識的數(shù)據(jù)庫，將相關(guān)法律和處理方式、應(yīng)急預(yù)案，以及逃生技巧等內(nèi)容進行收集、存儲，并融入到礦井計算機仿真系統(tǒng)軟件中。針對不同的安全事故，給出不同的處置建議，從多方面進行礦井安全模擬。

其三，礦井生產(chǎn)過程的仿真。由于礦井事故的發(fā)生多出現(xiàn)在生產(chǎn)的過程中，因此對礦井生產(chǎn)過程的仿真是模擬安全事故發(fā)生的根本條件。例如：構(gòu)建模擬礦井擁有軌道和巷道、運輸車輛，以及安全設(shè)備等，同時根據(jù)各自的功能進行運作的場景。

礦井安全計算機仿真系統(tǒng)軟件的設(shè)計

總體和建模設(shè)計在礦井安全計算機仿真系統(tǒng)軟件中，系統(tǒng)主要由三維模型庫和虛擬仿真系統(tǒng)構(gòu)成。其中，虛擬仿真系統(tǒng)是整個礦井安全計算機仿真系統(tǒng)的中心，分別擁有虛擬的控制平臺和虛擬的場景，以及交互仿真平臺三者構(gòu)成。虛擬的控制平臺是操作的人機界面；場景是按照實際人員操作的過程，而進行仿真過程；交互仿真平臺則是提供的支撐平臺，并通過動態(tài)的3D引擎所完成操作。創(chuàng)建虛擬環(huán)境以前必須要對礦井中的環(huán)境物件進行三維建模，以實現(xiàn)虛擬可視化和生成靜態(tài)虛擬場景。確定計算機仿真系統(tǒng)的邊界是虛擬的仿真子系統(tǒng)，根據(jù)用戶的需求以系統(tǒng)的邊界為準，采用UML建模中的用例建模來決定角色。

計算機仿真系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)和詳細設(shè)計系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分為4種：MDB，也就是多媒體數(shù)據(jù)庫，由于它存儲著場景中模型的文字和聲音、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和視頻等，因此它是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來源點，處于核心的地位；通過3D引擎中的引擎內(nèi)核、圖形和聲音處理模塊，以及交互和游戲邏輯處理模塊來完成場景的繪制和表達；然后，采用用戶界面管理虛擬場景中的輸入信息等；最后，利用DL，也就是三維模型格式轉(zhuǎn)換將建模中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為系統(tǒng)所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。礦井安全計算機仿真系統(tǒng)軟件包含著漫游子系統(tǒng)和生產(chǎn)子系統(tǒng)、設(shè)備展示和礦井安全4個系統(tǒng)部分。其中，漫游子系統(tǒng)和生產(chǎn)子系統(tǒng)，主要是利用虛擬礦工漫游的方式，將礦井中的工作場景以真實效果的形式進行展現(xiàn)。從這個系統(tǒng)中，不僅可以看到設(shè)備的實際運行狀況，還能對各工作根據(jù)安全要求做出提示預(yù)警，實現(xiàn)礦井工作的配合演示與實際的礦井安全操作訓(xùn)練。同時通過設(shè)計生產(chǎn)過程中的排水和煤運系統(tǒng)、動力和通風系統(tǒng)熟悉礦井工作的整個生產(chǎn)流程；設(shè)備展示和礦井安全，在設(shè)備的展示中主要分為采煤機和液壓支架，以及移動變電站來進行設(shè)備的展示，使礦井工作人員更加熟知設(shè)備和熟悉生產(chǎn)過程，而礦井安全則是在整個礦井工作的時候，每個部分都有相對應(yīng)的安全提示或預(yù)警，幫助工作人員在遇到緊急危險的時候，明確熟知怎樣正確去完成操作，避免發(fā)生安全問題。因此，設(shè)置了反風系統(tǒng)和火水災(zāi)避災(zāi)系統(tǒng)。

礦井安全計算機仿真系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

由于礦井安全計算機仿真系統(tǒng)針對的是礦井漫游和系統(tǒng)引擎的實現(xiàn)。因此在礦井漫游實現(xiàn)中，通過對礦井工作人員從骨架和肌肉，以及皮膚三方面進行幾何模型的構(gòu)建，以此，確定了人的基本姿態(tài)和虛擬的顯示外觀。根據(jù)三維人體的運動和動力學(xué)特性，按照人各關(guān)節(jié)相對的位姿變化，確定三個坐標系：世界和人體基坐標系，以及人體各關(guān)節(jié)局部坐標系，構(gòu)建工作人員運動的模型。利用工作面中的鍵盤控制礦井工作人員完成各種運動，例如：前進和后退，左后轉(zhuǎn)動。這一系統(tǒng)主要是進行安全設(shè)置，如果工作人員在操作時違反了安全規(guī)程，那么就會自動退出該系統(tǒng)，繼續(xù)對安全的操作進行學(xué)習。在仿真系統(tǒng)引擎實現(xiàn)中，由于引擎主要是采取的3D游戲引擎，因此它是高層圖形軟件進行開發(fā)最為理想的工具。其中，在引擎中有場景對象和地形管理、圖形接口，以及規(guī)則管理等。它的函數(shù)類主要有：Level，Engine，Piayer。在場景管理類中設(shè)置對象：攝像機，對場景的節(jié)點進行管理等。在完成這些操作以后，就要對該系統(tǒng)進行測試。采用入井的檢測功能，利用鍵盤上的控制鍵控制井下工作人員進行井下安全生產(chǎn)過程各項移動操作訓(xùn)練。例如：↑，↓，←，→（控制移動的方向），Z，C（控制視野大?。＞路前踩膮^(qū)域是不可以進入的，如果操作人員執(zhí)行了操作，那么將在扣分的同時，自動退出操作，重新進行安全規(guī)則內(nèi)容的學(xué)習。只有通過學(xué)習以后，才能夠繼續(xù)進行下步系統(tǒng)的操作。

結(jié)語

總之，礦井安全計算機仿真系統(tǒng)軟件，主要是根據(jù)虛擬現(xiàn)實語言來構(gòu)建的一個針對模擬真實礦井生產(chǎn)過程的操作訓(xùn)練模擬軟件。通過在真實效果的場景中，采用漫游獲取實時的礦井數(shù)據(jù)信息，然后模擬礦井中的生產(chǎn)過程，使工作人員了解和掌握礦井的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)狀況等，同時根據(jù)安全要求給出適當提示與警示。這種系統(tǒng)軟件不但使礦井工作人員在安全問題上得到了更好的培訓(xùn)，還為日后礦井生產(chǎn)提供了重要安全保障。

作者：卜憲憲 單位：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)