综采工作面XR技术发展综述:从虚拟3D可视化到数字孪生的演化
王学文1
王孝亭2
谢嘉成1
王雪松3
李娟莉1
李婷2
李素华2
刘曙光2
1.太原理工大学 机械与运载工程学院,山西 太原 030024;煤矿综采装备山西省重点实验室,山西 太原 030024;智能采矿装备技术全国重点实验室,山西 太原 0300322.太原理工大学 机械与运载工程学院,山西 太原 030024;煤矿综采装备山西省重点实验室,山西 太原 0300243.煤矿综采装备山西省重点实验室,山西 太原 030024;智能采矿装备技术全国重点实验室,山西 太原 030032
摘要：近年来,随着3D可视化、虚拟现实、增强现实、数字孪生、信息物理系统(CPS)等数字技术与物理综采工作面深度集成,形成了一种虚实结合的综采工作面智能操作模式.基于"人"、"机"、"环"和"法"4 个要素,分析了综采工作面XR技术的发展过程,分为 4 个阶段:XR 1.0 阶段——由物理到虚拟的单向虚拟仿真、XR 2.0 阶段——离线工业数据驱动的虚拟规划与调试、XR 3.0 阶段——实时数据驱动的虚拟监测、XR 4.0 阶段——双向数据驱动的虚拟反向控制.分析了各阶段的虚拟系统与真实物理系统的连接、数据的使用、不同对象的特征、支持技术和典型应用等 5 个方面.在1.0 阶段,利用三维建模信息和专家知识建立虚拟工作面,并通过人机交互技术对采矿人员进行模拟操作和培训.在2.0 阶段,实际的离线数据驱动虚拟场景用于虚拟规划和虚拟调试.在第3.0 阶段,建立了一个包含虚拟监控和预测功能的数字虚拟工作面.在第 4.0 阶段,物理系统和虚拟系统已经实现同步运行,并采用虚拟决策的最优策略来实时控制真实的物理过程.最后,总结了XR四个阶段的关系,并展望了当前技术发展中存在的问题,需要突破的关键技术,以及下一步继续促进虚拟开发和实际开发的集成的方式.
关键词：综采工作面3D可视化虚拟现实数字孪生信息物理系统
分类号：TD67(矿山电工)
资助基金：中央引导地方科技发展资金资助项目(YDZJSX2022A014)山西省留学人员科技活动择优资助重点资助项目(20230008)山西省回国留学人员科研资助项目(2023-71)
论文发表日期：2024-03-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 75-84 )
英文信息