本發(fā)明屬于3D建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段礦山3D建模專業(yè)軟件都是實(shí)體模型，模型數(shù)據(jù)量大，不能夠跨平臺應(yīng)用或?qū)τ?jì)算機(jī)系統(tǒng)性能要求較高，另外，礦山3D模型主要起演示作用，不能與礦山設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)通信，缺乏通過數(shù)據(jù)驅(qū)動3D模型的可視化礦山生產(chǎn)管理，跟礦山生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)不能有效結(jié)合起來。數(shù)字礦山建設(shè)和礦山自動化、信息化建設(shè)實(shí)現(xiàn)了礦山生產(chǎn)過程設(shè)備的自動化運(yùn)行和遠(yuǎn)程控制管理，獲取了大量的數(shù)字化信息數(shù)據(jù)，但缺少一種對礦山生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的全方位、可視化的整體實(shí)時動態(tài)監(jiān)控方式，因此，迫切需要一種礦山實(shí)時數(shù)據(jù)通信服務(wù)與虛擬可視化相融合的監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程的實(shí)時虛擬監(jiān)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一方面，一種面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)，包括生產(chǎn)調(diào)度移動終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、虛擬監(jiān)控端服務(wù)器；

所述生產(chǎn)調(diào)度移動終端通過礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)器通訊，所述數(shù)據(jù)服務(wù)器通過以太網(wǎng)與虛擬監(jiān)控端服務(wù)器進(jìn)行通訊；

所述生產(chǎn)調(diào)度移動終端設(shè)置于礦山的卡車、電鏟、鏟運(yùn)機(jī)、鉆機(jī)、電機(jī)車、灑水車、推土機(jī)、平路機(jī)、鑿巖臺車、掘進(jìn)臺車、輔助作業(yè)車輛和指揮調(diào)度車輛上；

所述生產(chǎn)調(diào)度移動終端，用于實(shí)時采集礦山上的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器；所述設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)包括：設(shè)備的基本標(biāo)識、設(shè)備操作司機(jī)的標(biāo)識、設(shè)備的空間位置數(shù)據(jù)、設(shè)備工況數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于獲取生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，建立消息隊(duì)列服務(wù)平臺，將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時廣播至礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)；所述生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)包括：設(shè)備檔案、人員檔案、物料檔案、狀態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)報表數(shù)據(jù)；

所述虛擬監(jiān)控端服務(wù)器搭建有虛擬監(jiān)控單元，包括用戶界面交互模塊、消息隊(duì)列訂閱服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、靜態(tài)3D模型和對象模型管理模塊、實(shí)時動態(tài)監(jiān)控與路徑控制模塊；

所述用戶界面交互模塊，用于實(shí)時顯示礦山生產(chǎn)過程、切換Unity 3D相機(jī)、改變場景內(nèi)容、實(shí)時監(jiān)控礦山生產(chǎn)過程；

所述消息隊(duì)列訂閱服務(wù)模塊，用于進(jìn)行消息數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)，訂閱采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時解析；

所述數(shù)據(jù)查詢模塊，用于查詢設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)；

所述靜態(tài)3D模型和對象模型管理模塊，用于建立礦山靜態(tài)3D模型，并構(gòu)建礦山生產(chǎn)設(shè)備及人員的對象模型，貼圖渲染后導(dǎo)入到Unity 3D中；

所述實(shí)時動態(tài)監(jiān)控與路徑控制模塊，用于將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)與靜態(tài)3D模型和對象模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將實(shí)時采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)通過Unity 3D實(shí)時傳入到靜態(tài)3D模型和對象模型中，得到實(shí)時動態(tài)監(jiān)控模型，并實(shí)時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑。

可選地，所述進(jìn)行消息數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)，訂閱采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時解析的具體過程為：

在接收線程中將廣播的消息數(shù)據(jù)放入消息隊(duì)列，在解析線程中按照數(shù)據(jù)服務(wù)器廣播的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行異步解析。

可選地，所述將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)與靜態(tài)3D模型和對象模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)具體為：根據(jù)接收并解析后的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)分別操作虛擬場景中對應(yīng)靜態(tài)3D模型和對象模型；所述操作虛擬場景中對應(yīng)靜態(tài)3D模型和對象模型，包括進(jìn)行對象模型的移動、對象模型的狀態(tài)變化、實(shí)時消息內(nèi)容提醒、數(shù)據(jù)查詢信息生成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的礦山場景更換和生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時轉(zhuǎn)變。

另一方面，采用面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行礦山虛擬監(jiān)控的方法，包括以下步驟：

步驟1：通過生產(chǎn)調(diào)度移動終端實(shí)時采集礦山上的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器；

步驟2：通過數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，建立消息隊(duì)列服務(wù)平臺，將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時廣播至礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)；

步驟3：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器訂閱采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時解析；

步驟4：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器建立礦山靜態(tài)3D模型，并構(gòu)建礦山生產(chǎn)設(shè)備及人員的對象模型，貼圖渲染后導(dǎo)入到Unity 3D中；

步驟5：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)與靜態(tài)3D模型和對象模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

步驟6：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器將實(shí)時采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)通過Unity 3D實(shí)時傳入到靜態(tài)3D模型和對象模型中，得到實(shí)時動態(tài)監(jiān)控模型；

步驟7：通過實(shí)時動態(tài)監(jiān)控模型對礦山生產(chǎn)狀態(tài)和工作過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并實(shí)時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑，查詢設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)及方法，本發(fā)明專注于基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的礦山虛擬監(jiān)控模型的建立，是數(shù)字礦山建設(shè)的一部分，不同于以往的單純礦山地質(zhì)模型或者3D展示模型的制作。場景中內(nèi)容豐富，生產(chǎn)過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時改變，通過消息隊(duì)列服務(wù)提高了實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)布的速度，通過多線程編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效解析，同時，利用虛擬可視化引擎分場景管理，改善了虛擬監(jiān)控系統(tǒng)的性能，達(dá)到了多角度、全方位礦山可視化管理，實(shí)現(xiàn)了對整個礦山運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)控和管理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式加以詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提出一種面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)及方法，解決礦山各類生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的高效廣播訂閱方法。實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)獲取礦山實(shí)時生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)，并在礦山靜態(tài)3D模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動的整個礦山動態(tài)3D模型及場景，是對整個礦山生產(chǎn)過程的全方位、多角度實(shí)時虛擬監(jiān)控和3D可視化管理的一種實(shí)現(xiàn)方法和途徑，具有不錯的應(yīng)用前景。

一種面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，包括生產(chǎn)調(diào)度移動終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、虛擬監(jiān)控端服務(wù)器。

生產(chǎn)調(diào)度移動終端通過礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)器通訊，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過以太網(wǎng)與虛擬監(jiān)控端服務(wù)器進(jìn)行通訊。

生產(chǎn)調(diào)度移動終端設(shè)置于礦山的卡車、電鏟、鏟運(yùn)機(jī)、鉆機(jī)、電機(jī)車、灑水車、推土機(jī)、平路機(jī)、鑿巖臺車、掘進(jìn)臺車、輔助作業(yè)車輛和指揮調(diào)度車輛上；

生產(chǎn)調(diào)度移動終端，用于實(shí)時采集礦山上的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器；設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)包括：設(shè)備的基本標(biāo)識、設(shè)備操作司機(jī)的標(biāo)識、設(shè)備的空間位置數(shù)據(jù)、設(shè)備工況數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于獲取生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，建立消息隊(duì)列服務(wù)平臺，將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時廣播至礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)；生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)包括：設(shè)備檔案、人員檔案、物料檔案、狀態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)報表數(shù)據(jù)。

本實(shí)施方式中，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)通過消息隊(duì)列服務(wù)平臺按照固定協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行廣播，實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集到的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)可以在礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行消息訂閱的功能。

虛擬監(jiān)控端服務(wù)器搭建有虛擬監(jiān)控單元，包括用戶界面交互模塊、消息隊(duì)列訂閱服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、靜態(tài)3D模型和對象模型管理模塊、實(shí)時動態(tài)監(jiān)控與路徑控制模塊。

用戶界面交互模塊，用于實(shí)時顯示礦山生產(chǎn)過程、切換Unity 3D相機(jī)、改變場景內(nèi)容、實(shí)時監(jiān)控礦山生產(chǎn)過程。

消息隊(duì)列訂閱服務(wù)模塊，用于進(jìn)行消息數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)，訂閱采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時解析。

本實(shí)施方式中，在接收線程中將廣播的消息數(shù)據(jù)放入消息隊(duì)列，在解析線程中按照數(shù)據(jù)服務(wù)器廣播的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行異步解析。

在Unity 3D平臺的程序開發(fā)平臺以消息服務(wù)協(xié)議為基礎(chǔ)，按照數(shù)據(jù)服務(wù)器的地址和端口，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)布的話題，進(jìn)行數(shù)據(jù)的訂閱。通過多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在接收數(shù)據(jù)的同時進(jìn)行按照約定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解析采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收服務(wù)。

數(shù)據(jù)查詢模塊，用于查詢設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)。

靜態(tài)3D模型和對象模型管理模塊，用于建立礦山靜態(tài)3D模型，并構(gòu)建礦山生產(chǎn)設(shè)備及人員的對象模型，貼圖渲染后導(dǎo)入到Unity 3D中。

本實(shí)施方式中，通過礦山專業(yè)軟件或相關(guān)軟件建立礦山地上建筑物和設(shè)施等地理元素的3D模型，根據(jù)提供的地表等高線建立數(shù)字地面模型，根據(jù)礦體剖面圖等數(shù)據(jù)建立礦體模型，得到礦山靜態(tài)3D模型，利用三維建模軟件建立礦山設(shè)施、設(shè)備和人員的模型。將做好的模型貼圖渲染后導(dǎo)出為FBX格式，導(dǎo)入到Unity 3D中。

根據(jù)實(shí)際布局布置，對各種設(shè)施、設(shè)備和人員對象添加唯一標(biāo)簽。對于數(shù)量變化比較大的相同種類的模型，如工作人員，采用動態(tài)復(fù)制的方法來生成。對道路、巷道以及地表地形進(jìn)行尋路網(wǎng)格(NavMesh)的渲染，為需要經(jīng)常行走的模型添加尋路代理，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)對象的空間位置坐標(biāo)點(diǎn)自動尋路的功能。

實(shí)時動態(tài)監(jiān)控與路徑控制模塊，用于將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)與靜態(tài)3D模型和對象模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將實(shí)時采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)通過Unity 3D實(shí)時傳入到靜態(tài)3D模型和對象模型中，得到實(shí)時動態(tài)監(jiān)控模型，并實(shí)時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑。

本實(shí)施方式中，根據(jù)接收并解析后的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)分別操作虛擬場景中對應(yīng)靜態(tài)3D模型和對象模型；操作虛擬場景中對應(yīng)靜態(tài)3D模型和對象模型，包括進(jìn)行對象模型的移動、對象模型的狀態(tài)變化、實(shí)時消息內(nèi)容提醒、數(shù)據(jù)查詢信息生成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的礦山場景更換和生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時轉(zhuǎn)變。

采用面向數(shù)字礦山的虛擬監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行礦山虛擬監(jiān)控的方法，如圖2所示，包括以下步驟：

步驟1：通過生產(chǎn)調(diào)度移動終端實(shí)時采集礦山上的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

步驟2：通過數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，建立消息隊(duì)列服務(wù)平臺，將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時廣播至礦區(qū)無線局域網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)。

步驟3：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器訂閱采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時解析。

步驟4：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器建立礦山靜態(tài)3D模型，并構(gòu)建礦山生產(chǎn)設(shè)備及人員的對象模型，貼圖渲染后導(dǎo)入到Unity 3D中。

步驟5：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器將采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)與靜態(tài)3D模型和對象模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

步驟6：通過虛擬監(jiān)控端服務(wù)器將實(shí)時采集的設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和獲取的生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)通過Unity 3D實(shí)時傳入到靜態(tài)3D模型和對象模型中，得到實(shí)時動態(tài)監(jiān)控模型。

步驟7：通過實(shí)時動態(tài)監(jiān)控模型對礦山生產(chǎn)狀態(tài)和工作過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并實(shí)時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑，查詢設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)。