15韩军--基于Unity3D的微震监测分析虚拟现实系统研发.pdf

第 ４７ 卷第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ.４７ Ｎｏ.５ ２０１９ 年５ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｙ２０１９ 机电与自动化 移动扫码阅读 韩 军ꎬ张 衡ꎬ姜新宇ꎬ等.基于 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 的微震监测分析虚拟现实系统研发[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７ ５１５１－１５５.ｄｏｉ１０.１３１９９/ ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１９.０５.０２４ ＨＡＮ ＪｕｎꎬＺＨＡＮＧ ＨｅｎｇꎬＪＩＡＮＧ Ｘｉｎｙｕꎬｅｔ ａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ [Ｊ].Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７５１５１－１５５.ｄｏｉ１０.１３１９９/ ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１９. ０５.０２４ 基于 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 的微震监测分析虚拟现实系统研发 韩 军１ꎬ２ꎬ张 衡１ꎬ２ꎬ 姜新宇１ꎬ２ꎬ贾冬旭１ꎬ２ １.辽宁工程技术大学 矿业学院ꎬ辽宁 阜新 １２３０００ꎻ２.辽宁省煤炭资源安全开采与洁净利用工程研究中心ꎬ辽宁 阜新 １２３０００ 摘 要微震监测对矿山安全生产具有重要意义ꎬ也得到了广泛应用ꎮ 针对微震监测数据数量庞大、 内容冗杂、实时显示弱、与采掘工程集成度低等问题ꎬ开发了一种基于 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 平台的微震监测数据 分析平台ꎮ 其主要过程是收集矿山三维地质坐标、地层岩性等数据建立矿山三维模型ꎬ导入到 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ引擎当中ꎬ对模型添加材质ꎬ进行渲染并实现模型坐标数据与现实坐标数据整合ꎬ在此基础上 利用 Ｃ＃语言编写脚本实现采掘进度的实时模拟ꎬ再通过连接 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 数据库将矿井微震监测数据 进行调用ꎬ完成整个系统地质数据、采掘数据与微震数据的集成和实时显示ꎮ 通过调用系统数据ꎬ可 实现微震数据的相关统计、分析ꎬ并分析其与地质条件、采掘活动的相关性ꎮ 系统在河南义马煤田跃 进、常村两矿进行了实际应用ꎬ实现了矿井群开采微震监测数据的联合分析ꎮ 关键词冲击地压ꎻ微震ꎻ虚拟现实ꎻＵｎｉｔｙ３Ｄ 中图分类号ＴＤ３２４ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１９０５－０１５１－０５ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ ＨＡＮ Ｊｕｎ１ꎬ２ꎬＺＨＡＮＧ Ｈｅｎｇ１ꎬ２ꎬ ＪＩＡＮＧ Ｘｉｎｙｕ１ꎬ２ꎬ ＪＩＡ Ｄｏｎｇｘｕ１ꎬ２ １. Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇꎬ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｆｕｘｉｎ １２３０００ꎬＣｈｉｎａꎻ ２. Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｓａｆｅｔｙ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｆｕｘｉｎ １２３０００ꎬ Ｃｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＭｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ. Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａꎬ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔꎬ ｗｅａｋ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍｉｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ ａ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏ￣ ｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ. Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ ３Ｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅꎬ ｔｈｅ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄａｔａｓ ａｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅꎬ ｔｈｅｎ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ. Ａｆｔｅｒ ｔｈａｔꎬ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｄａｔａ ａｒｅ ｒｅｎｄｅｒｅｄ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓꎬＣ＃ ｌａｎｇｕａｇｅ ｓｃｒｉｐｔｉｎｇ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓꎬ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃａｌｌｓ ｔｈｅ ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ｄａｔａ ｂａｓｅ ｔｏ ｃａｌｌ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａꎬ ｍｉｎｉｎｇ ｄａｔａ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｔａ. Ｂｙ ｃａｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｔａꎬ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｔａ ｃａｎ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｃａｎ ｂｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｙｕｅｊｉｎ ａｎｄ Ｃｈａｎｇｃｕｎ ｍｉｎｅｓ ｏｆ Ｙｉｍａ ｃｏａｌｆｉｅｌｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ ｏｆ ｍｉｎｅ－ｇｒｏｕｐ ｍｉｎｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅａｌｉｚｅｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｒｏｃｋ ｂｕｒｓｔꎻｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃꎻ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙꎻＵｎｉｔｙ３Ｄ 收稿日期２０１９－０４－０３ꎻ责任编辑王晓珍 基金项目国家重点研发计划资助项目２０１７ＹＦＣ０８０４２０３ 作者简介韩 军１９８０ꎬ男ꎬ内蒙古临河人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ博士ꎮ Ｅ－ｍａｉｌｈａｎｊ＿ｌｎｔｕ＠ １６３.ｃｏｍ. ０ 引 言 矿山环境非常复杂ꎬ矿山数据来源广、形式多 样ꎮ 如何将大量数据转换为信息是采矿工程特别是 智能采矿时代需要解决的重要问题ꎮ 微震监测已经 被广泛应用于冲击地压岩爆矿山ꎬ微震事件信息 １５１ 中国煤炭行业知识服务平台w w w . c h in a c a j . n et ２０１９ 年第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 量大、模式复杂ꎬ并且与矿井开采活动密切相关ꎬ将 矿山地质信息、采掘工程活动和微震数据进行三维 可视化综合集成ꎬ为矿山深部微震活动及其与开采 响应研究提供有效的手段ꎬ并成为采矿安全管理的 一个有机组成部分ꎬ是矿山微震监测分析方面的关 键问题和发展方向ꎮ 虚拟现实技术ＶＲ已被证明有利于开发三维 矿山地质模型和矿山开采模型ꎮ 早期采矿研究人员 主要应用 ＶＲ 开发矿山安全培训系统[１－４]ꎮ 该类系 统以模拟矿山生产环境和工艺为主ꎬ不涉及矿山生 产的数据分析和决策ꎮ 加拿大劳伦森大学采矿创 新/ 地质力学研究中心ＭＩＲＡＲＣＯ率先提出了应用 ＶＲ 解决矿山开采中的复杂工程问题ꎬ开发了沉浸 式 ＶＲ 系统以增强微震监测数据展示和分析过程ꎬ 从而评估微震数据并制定安全高效的采掘计 划[５－７]ꎮ Ｖａｓａｋ 等[８]使用 ＶＲ 开发了采矿微震危险 区划系统ꎬ在微震数据分析的基础上进行岩爆危险 性评估ꎮ Ｍｏｓｔａｆａ 等[９]通过应用代理交互和空间输 入设备来简化操作者在虚拟现实系统中的导航方 式ꎬ解决了矿山 ３Ｄ 空间导航和定向问题ꎮ ＴＩＢＢＥＴＴ 等[１０]开发了崩落采矿法可视化模块ꎬ该模块将微震 监测数据等集成于采矿工艺系统中ꎬ用以分析和指 导采矿工作ꎮ ＳＥＹＭＯＵＲ 等[１１]提出了利用 ＶＲ 分析 微震监测数据从而改进矿压控制工作的方案ꎮ ＯＮＳＥＬ 等[１２]展望了 ＶＲ 在岩石力学与工程方面的 研究和应用范畴ꎬ其中包括了微震监测分析ꎮ 谢嘉 成等[１３]对国内外虚拟现实技术在煤矿虚拟场景仿 真、虚拟现实监测监控、虚拟规划方法和“ＶＲ＋ＡＲ” 技术融合设计等应用领域进行了回顾ꎬ剖析了其在 应用中存在的困难和问题ꎬ明确提出了虚拟现实技 术应整合多技术手段进行融合设计ꎬ并实施“四步 走”战略ꎮ 上述研究表明ꎬＶＲ 正在迅速转变为数据 分析的重要技术手段ꎬ以解决高度复杂的工程问题ꎬ 特别是用于理解复杂的深部采矿动力学问题ꎮ 我国 在微震监测平台研发方面开展了大量研究和工程实 践[１４－１９]ꎬ主要集中于如何根据微震监测数据进行冲 击地压危险性的预测和预警ꎬ以传统的图形显示技 术对结果进行展示ꎬ未涉及到 ＶＲ 技术ꎬ无法为用户 展现更为真实的采矿环境背景信息ꎬ也影响了数据 分析和决策支持的效果ꎮ 为了改进目前采矿工程特别是煤矿开采领域微 震监测分析系统的不足ꎬ笔者介绍了基于 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 虚拟现实引擎的微震监测分析虚拟现实系统ꎮ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ是目前最热门的 ＶＲ 虚拟现实引擎ꎬ利用 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ引擎ꎬ结合三维模型自动生成算法和数据库 技术ꎬ开发将煤矿地质、采掘数据与微震监测数据以 三维可视化的形式展现出来ꎬ工作人员可以更加直 观清晰地看到微震的空间分布、能量特征ꎬ并与相关 的地质信息和采矿信息相对应进行分析ꎬ从而增强 微震信息对矿井采掘和冲击地压防治工作的支撑ꎬ 为煤矿安全生产进行有效的指导ꎮ １ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 平台 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 软件是 Ｕｎｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ 开发的多平 台集成式虚拟现实开发引擎ꎮ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 是目前最热 门的 ＶＲ 虚拟现实引擎ꎮ 它整合了多种 ＤＣＣ 文件 格式ꎬ 渲 染 底 层 支 持 ＤｉｒｅｃｔＸ 和 ＯｐｅｎＧＬꎬ 支 持 ＮＶＩＤＩＡＰｈｙｓＸ 物理引擎ꎬ可模拟包含刚体 ＆ 柔体、 关节物理、车辆物理等ꎮ 引擎脚本编辑支持 Ｊａｖａ、 Ｃ＃、Ｂｏｏ 三种脚本语言ꎬ可创造功能强大的交互内 容ꎮ 可视化脚本编辑语言 ｕ 具有高度的友好界面、 整合性高、功能强大、修改容易等特点ꎬ具有逼真的 粒子系统和智能界面设计ꎬ可在 ｉＯＳ、Ａｎｄｒｏｉｄ、Ｗｉｉ、 Ｘｂｏｘ３６０、ＰＳ３ 多平台发布ꎮ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 为 ＶＲ 虚拟现 实效果的实现提供了强大支持ꎮ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 是目前顶级的虚拟现实引擎之一ꎬ与 其 表 现 力 相 当 的 引 擎 有ＵｎｒｅａｌＥｎｇｉｎｅ４、 ＣｒｙＥｎｇｉｎｅ ３ꎬ这 ２ 款引擎使用复杂ꎬ需要较高的 Ｃ＋＋ 基础ꎬ对使用者要求较高ꎬ因而使用 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 开虚拟 仿真系统是表现力好且最为有效开发方式ꎮ ２ 微震监测虚拟现实系统开发流程 微震监测虚拟现实系统主要包括能够显示信息 结果的软件部分和能够输入数据、存储数据、调用数 据的数据库部分ꎮ 开发流程包括建立模型、编写脚 本添加功能、建立和连接数据库ꎬ如图 １ 所示ꎮ 图 １ 系统开发技术路线 Ｆｉｇ.１ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ １模型建立ꎮ 该项工作是整个系统开发的基 础ꎬ主要根据地质测量数据和采掘工程数据ꎬ在 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ引擎中ꎬ通过插值算法ꎬ定距离取样ꎬ生产规 则 ＧＲＩＤ 点阵列ꎬ进而生成规则 ＭＥＳＨ 模型图 ２ꎬ ２５１ 中国煤炭行业知识服务平台w w w . c h in a c a j . n et 韩 军等基于 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 的微震监测分析虚拟现实系统研发２０１９ 年第 ５ 期 最后逐单元为 ＭＥＳＨ 增设高度ꎬ生成标准单元化地 质模型图 ３ꎮ 标准单元化地质模型比常规的 Ｄｅｌａｕｎａｙ 法建立的三角面模型更加容易控制ꎬ可为 每个单元制作隐藏开关ꎬ方便模拟开采过程ꎮ 本研 究中三维地质模型ꎬ主要利用研究区域的地质平剖 面图、钻孔柱状图、地质编录等数据真实还原研究区 域的地层、构造、采场形态ꎮ 模型建立之后ꎬ通过编 写对应的 ｓｈａｄｅｒ 来对三维模型添加材质ꎬ使三维模 型可以高度还原研究区域的信息ꎮ 图 ２ 规则 ＭＥＳＨ 模型 Ｆｉｇ.２ Ｒｅｇｕｌａｒ ｍｅｓｈ ｍｏｄｅｌ 图 ３ 标准单元化煤层模型 Ｆｉｇ.３ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｕｎｉｔ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｏｄｅｌ ２编写脚本ꎮ 信息集成与查询ꎮ 对外部数据 如结构面摄影测量、钻孔摄像和孔内雷达等多元勘 探数据的三维重构ꎮ 对重构后的三维模型ꎬ集成到 虚拟现实系统之中ꎮ 建立搜集数据的数据库ꎬ通过 虚拟现实平台模型与数据库 ＡＤＯ 接口ꎬ将模型与数 据库进行连接ꎮ ３数据库的建立与连接ꎮ 使用 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 建立 采掘工程数据、微震监测数据库的管理ꎮ ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 具有非常良好的图形化用户界面和丰富的编程接口 工具ꎮ 利用 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 软件建立数据库存储数据ꎬ 编写调用数据的脚本ꎬ使系统可以在数据库中自由 调取所需要的采掘数据、微震监测数据ꎬ将数据库整 合到系统当中ꎬ完善整个系统ꎮ ４交互控制系统ꎮ 通过虚拟现实系统自带脚 本语言ꎬ利用鼠标键盘、体感交互设备、智能手机触 摸板等方式实现数据馈送与交互控制ꎬ如模型的显 示与隐藏、动画播放、虚拟漫游和属性查询ꎮ ３ 微震监测虚拟现实系统开发实例 ３.１ 矿井概况 义马煤田位于河南省西部义马市、渑池县境内ꎬ 目前分布有千秋、常村、跃进、杨村、耿村 ５ 对生产矿 井ꎬ深受冲击地压灾害威胁ꎮ 目前各矿井都建设有 微震监测系统ꎮ 前人对大型地质体控制下多工作面 开采微震进行了大量研究ꎬ但是多集中在同一矿井 内的采区盘区尺度[２０]ꎬ基于国家重点研发计划 煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究中的 课题“大型地质体控制型矿井群冲击地压协同防控 方法与技术”ꎬ从矿井群的角度开展工作ꎬ研究区域 位于义马煤田东部的跃进和常村煤矿图 ４ꎬ其中 跃进井田面积约 ２２.３ ｋｍ２ꎬ常村井田面积 １３.１ ｋｍ２ꎮ 图 ４ 矿井位置 Ｆｉｇ.４ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｅｓ ３.２ 研究区域地层模型的建立 研究区域内含煤地层主要位于中侏罗统义马 组ꎬ主要分为 ２－１ 煤层和 ２－３ 煤层ꎬ在跃进井田南 部和常村井田西南部有局部合并ꎮ 上部发育有中侏 罗统马凹组和上侏罗统地层ꎬ主要是巨厚的砾岩ꎬ在 义马煤田普遍发育ꎮ 上侏罗统地层之上发育是白垩 系砾岩ꎬ主要发育于义马向斜核部区域ꎬ在研究区内 主要见于跃进井田南部、常村井田西南部ꎮ Ｆ１６ 断 层是煤田内的主要构造ꎬ为一压扭型逆冲断层ꎬ北接 千秋煤矿ꎬ向东延入跃进煤矿ꎮ 将矿井煤层底板等高线图、勘探线剖面图等导 入 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 引擎中ꎬ生成模型框架ꎬ再根据实测钻孔 柱状图等资料进行比对校正ꎮ 模型框架建立完成之 后进行贴图ꎮ 贴图是物体材质表面的纹理ꎬ利用贴 图可以在不增加模型复杂程度的基础上就表现出模 型的细节ꎬ比如岩层的岩性、沉积的层理等ꎬ增加模 型的质感ꎬ 使模型观感更加真实ꎮ 编写合适的 Ｓｈａｄｅｒꎬ形成材质对模型进行渲染ꎬ根据需要调节灯 光ꎬ再根据实际坐标校正出模型的坐标ꎬ最终完成了 地层模型的建立图 ５ꎮ 图 ５ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 渲染之后的模型 Ｆｉｇ.５ Ｒｅｎｄｅｒｅｄ ｍｏｄｅｌ ｉｎ Ｕｎｉｔｙ３Ｄ ３.３ 系统功能的实现 １基本操作ꎮ 系统 ＵＩ 包括岩层隐藏/ 显示、岩 ３５１ 中国煤炭行业知识服务平台w w w . c h in a c a j . n et ２０１９ 年第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 层透明度调节、工作面选择、全局视图以及查询栏 图 ６ꎮ 按住鼠标右键ꎬ同时移动鼠标可以对模型 进行转动ꎻ横移鼠标ꎬ模型会水平转动ꎻ纵移鼠标ꎬ模 型会垂直旋转ꎮ 可以根据需要对地层进行显示或者 隐藏ꎬ也可以利用透明度调节功能来调节透明度ꎬ分 为 １０ 个档位ꎮ 点击不同的工作面编号ꎬ可以切换到 对应的工作面视角ꎬ点击全局视图ꎬ可以再切换回整 体的视角ꎮ 滑动鼠标滚轮可以进行有限度的视角拉 近/ 远离ꎮ 图 ６ 系统界面 Ｆｉｇ.６ Ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ２动画模拟演示功能ꎮ 系统可以根据需要ꎬ利 用 ３Ｄ 动画的效果演示出指定的一段时间内工作面 回采情况和微震事件发生情况ꎮ 输入一个日期ꎬ会 演示出当天的各个工作面的回采进度和发生的微震 事件ꎻ工作面已经被采完的部分会被隐藏ꎬ微震事件 会以不同颜色的球体具象化地表现出来ꎮ 本系统按 照微震事件发生时所释放的能量大小将微震事件分 为 ６ 类ꎬ分别是小于 １０３、１０３ １０４、１０４ １０５、１０５ １０６、１０６１０７、大于 １０７Ｊꎬ分别对应的球体颜色为绿 色、黄色、橙色、蓝色、红色、黑色图 ７ꎮ 输入 ２ 个 日期ꎬ会以动画的形式动态地演示出 ２ 个日期之间 工作面的回采情况和微震事件发生以及随着时间推 移而发生的渐变过程ꎮ 图 ７ 工作面相关微震点显示 Ｆｉｇ.７ Ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｍｅｖｅｎｔｓ ｉｎ ｐａｎｅｌ ３数据信息存储、查询、统计、分析功能ꎮ 将微 震事件的坐标和能量数据存储在 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 建立的 数据库当中ꎬ系统是与数据库相连接的ꎬ通过数据库 调用数据ꎮ 系统设定每 ５ ｓ 扫描一次数据库ꎬ如果 有新的数据被添加进入数据库ꎬ可以完成数据的实 时更新ꎮ 输入指定的日期ꎬ可以查询到当日的回采 进度和微震事件发生情况ꎬ点击代表微震事件的球 体ꎬ会显示出微震事件的基本信息微震事件发生的 时间精确到秒、空间坐标ｘꎬｙꎬｚ以及所释放的 能量ꎮ 如果输入 ２ 个日期ꎬ就可以查询到这 ２ 个日 期之间的微震事件日发生总数量、日总能量数的统 计结果ꎬ并且自动生成指定工作面的统计结果折线 图ꎮ 根据微震事件发生的频次和日总能量数的大小 等微震数据自动分析出指定工作面的冲击危险性评 价ꎬ并用不同颜色的闪烁光表示出该工作面的各段 巷道的冲击危险性评价结果绿色无冲击危险ꎻ黄 色弱冲击危险ꎻ浅蓝色中等冲击危险ꎻ鲜红色 强冲击危险ꎮ 该功能主要是为了直观地展示一段时 间内微震的发生、变化活动趋势ꎬ并且按照科学的方 法对冲击危险性做出评价ꎬ指导工作面后续的安全 生产ꎮ ４ 结论与展望 １虚拟现实技术的应用克服了以往微震监测 数据分析的抽象性ꎬ微震监测虚拟现实系统将微震 数据具象化ꎬ并且直观地展现出来ꎬ使调用微震数 据、分析微震显现规律及其与地质、采掘的关系更加 直观ꎮ ２该系统目前处于初级阶段ꎬ主要分析微震监 测数据ꎬ下一步需将地球物理探测、数值计算、应力 监测等数据进行融合ꎬ结合相应的判别方法来确定 潜在的冲击地压危险区域ꎬ从而为矿山冲击地压防 治提供具体的指导ꎮ ３构建探测数据三维可视化及重构的数据融 合处理方法是煤炭智能开采、精准开采的重要研究 内容之一ꎬＶＲ 技术的作用是数据集成和可视化平 台ꎬ它不是要取代建模工具ꎬ而是要补充分析能力并 促进更高层次的决策ꎮ 当监测数据与地质模型及采 掘工程活动等多个模型相结合时ꎬ可以实现其真正 的价值ꎮ 参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ [１] ＢＩＳＥ Ｃ Ｊ.Ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙｅｍｅｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｏｆ ｍｉｎｅｒｓ [Ｊ].Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.１９９７ꎬ４９１３７－４１. [２] ＤＥＮＢＹ ＢꎬＳＣＨＯＦＩＥＬＤ Ｄ.Ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｄｅｖｅｌ￣ ｏｐｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ [Ｃ] / / Ｉｎ Ｐｒｏｃ Ｍｉｎｉｎｇ Ｓｃｉ ＆ Ｔｅｃｈꎬ１９９９６３５－６４４. [３] ＤＥＮＢＹ ＢꎬＳＣＨＯＦＩＥＬＤ Ｄ.Ｒｏｌｅ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｉｎ ｓａｆｅｔｙ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｏｆ ｍｉｎｅ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ[Ｊ].Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９９９ꎬ５１５９－６４. [４] ＳＣＨＯＦＩＥＬＤ Ｄ.Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｖｉｒｔｕａｌ ｌｅａｒｎｉｎｇｔｒａｎｓ￣ｆｅｒ￣ ｒｉｎｇ ｇｏｏｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｒｏｍ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ[Ｃ] / / Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｒｅ￣ ｄｕｃｉｎｇ Ｈａｚａｒｄｓ ｏｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐ￣ ｍｅｎｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ２００５. ４５１ 中国煤炭行业知识服务平台w w w . c h in a c a j . n et 韩 军等基于 Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 的微震监测分析虚拟现实系统研发２０１９ 年第 ５ 期 [５] ＫＡＩＳＥＲ Ｐ ＫꎬＨＥＮＮＩＮＧ Ｊ ＧꎬＣＯＴＥＳＴＡ Ｌꎬｅｔ ａｌ.Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｉｎｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｉｍｍｅｒｓｉｖｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ＣＩＲＶ [Ｃ] / / ＩｎＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １０４ｔｈ ＣＩＭ Ａｎｎｕａｌ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇꎬ２００２１－７. [６] ＫＡＩＳＥＲ Ｐ ＫꎬＶＡＳＡＫ ＰꎬＳＵＯＲＩＮＥＮＩ Ｆ Ｔ.Ｎｅｗ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｉｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ３－Ｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｂｕｒｓｔ － ｐｒｏｎｅｍｉｎｅｓ [ Ｃ ] / / Ｉｎ ＰｏｔｖｉｎＹꎬ ＨｕｄｙｍａＭꎬ Ｅｄ. Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ ａｎｄ Ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙ ｉｎ Ｍｉｎｅｓꎬ２００５３３－４５. [７] 蔡 明ꎬＫＡＩＳＥＲ Ｐ ＫꎬＣＯＴＥＳＴＡ Ｌꎬ等.共通地质模型和虚拟现 实在地下工程规划与设计中的应用[Ｊ].岩石力学与工程学 报ꎬ２００６ꎬ２５６１１８２－１１８９. ＣＡＩ ＭｉｎｇꎬＫＡＩＳＥＲＰ ＫꎬＣＯＴＥＳＴＡＬꎬｅｔ ａｌ.Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｃｏｍｍｏｎ ｅａｒｔｈ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｉｍｍｅｒ￣ ｓｉｖｅ ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ[Ｊ].Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎ￣ ｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００６ꎬ２５６１１８２－１１８９. [８] ＶＡＳＡＫ ＰꎬＤＡＳＹＳ Ａ.Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｒｅａｌｉｔｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ－ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｈａｚａｒｄ ｍａｐｓ[Ｃ] / / ＩｎＤｉｅｄｅｒｉｃｈｓＭꎬＧｒａｓｓｅｌｌｉＧꎬ Ｅｄ.ＲＯＣＫＥＮＧ０９Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３ｒｄ ＣＡＮＵＳ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ＳｙｍｐｏｓｉｕｍꎬＴｏｒｏｎｔｏꎬ２００９１－１０. [９] ＭＯＳＴＡＦＡ Ａ ＥꎬＧＲＥＥＮＢＥＲＧ ＳꎬＢＲＡＺＩＬ ＥＶꎬｅｔ ａｌ.Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍｉｃ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓ[Ｃ] / / ＩｎＣＨＩ１３ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂ￣ ｓｔｒａｃｔｓ ｏｎ Ｈｕｍａｎ Ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓꎬ ２０１３ꎬ １７４９－ １７５４. [１０] ＴＩＢＢＥＴＴ Ｊ ＤꎬＳＵＯＲＩＮＥＮＩ Ｆ ＴꎬＨＥＢＢＬＥＷＨＩＴＥ Ｂ Ｋ.Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｖｉｓｕａｌｉｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒａ￣ ｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌｏｃｋ ｃａｖｅ ｍｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｔａ[Ｃ] / / ＩｎＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ ａｎｄ Ｓｐａｔｉａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ１－１１. [１１] ＳＥＹＭＯＵＲ ＪꎬＢＥＮＴＯＮ Ｄ Ｊꎬ ＲＡＦＦＡＬＤＩ Ｍꎬ ｅｔ ａｌ. Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｓａｆｅｔｙｉｎｄｅｅｐｖｅｉｎｍｉｎｅｓ [ Ｃ ]. Ｉｎ ３ｒｄ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＭｉｎｅＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６７１－７７. [１２] ＯＮＳＥＬ Ｉ ＥꎬＤＯＮＡＴＩ ＤꎬＳＴＥＡＤ Ｄꎬｅｔ ａｌ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ａｎｄ ｍｉｘｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ ｉｎ ｒｏｃｋ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ[Ｃ] / / Ｉｎ５２ｎｄ ＵＳ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ/ Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ.Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎꎬＷａｓｈｉｎｇｔｏｎꎬＵＳＡꎬ２０１８. [１３] 谢嘉成ꎬ王学文ꎬ李 祥ꎬ等.虚拟现实技术在煤矿领域的研究 现状及展望[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７３５３－５９. ＸＩＥ ＪｉａｃｈｅｎｇꎬＷＡＮＧ ＸｕｅｗｅｎꎬＬＩ Ｘｉａｎｇꎬｅｔ ａｌ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ[Ｊ]. Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７３５３－５９. [１４] 王运森.开采过程多源信息融合与集成分析技术研究[Ｄ].沈 阳东北大学ꎬ２０１３. 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ＪＩＡＮＧ ＦｕｘｉｎｇꎬＱＵ ＸｉａｏｃｈｅｎｇꎬＷＡＮＧ Ｙａｎｌｉａｎｇꎬｅｔ ａｌ.Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ＆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｉｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｕｍｐ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ[Ｊ].Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ４６１１９９－２０６ꎬ２４４. [２０] 齐庆新ꎬ李一哲ꎬ赵善坤ꎬ等.矿井群冲击地压发生机理与控制 技术探讨[Ｊ].煤炭学报ꎬ２０１９ꎬ４４１１４１－１５０. ＱＩ ＱｉｎｇｘｉｎꎬＬＩ ＹｉｚｈｅꎬＺＨＡＯ Ｓｈａｎｋｕｎꎬｅｔ ａｌ. Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏａｌ ｂｕｍｐ ａｍｏｎｇ ｍｉｎｅ ｇｒｏｕｐ [ Ｊ]. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙꎬ２０１９ꎬ４４１１４１－１５０. ５５１ 中国煤炭行业知识服务平台w w w . c h in a c a j . n et