模拟演练与3D培训系统方案.pdf

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1、 模拟演练与3D培训系统方案 煤科集团沈阳研究院有限公司 2014/2/28 一、模拟演练技术资料 DMX-135A 仿真模拟与演练评价系统说明 1.系统型号 2系统简介“3D-VR煤矿事故仿真和安全培训演练系统”是我院与澳大利亚新南威尔士大学合作开发的一套应用于煤矿安全培训的大型沉浸式仿真演练系统。我院通过借助UNSW(新南威尔士大学)的世界领先技术及软硬件平台，开发出符合我国国情的煤矿安全培训模块。本系统可由危险识别、灾害模拟、自救逃生、救护救援等多个安全培训模块组成，本系统模块是按照国家煤矿安全规程和新编煤矿安全技术培训教材编制而成。采用虚拟现实（VR）技术、360度环屏投影播放技术、1

2、2.1DMX-135 A 通道长度 多功能模拟训练系统 环绕立体声技术、3D电影技术、计算机网络协同处理技术为煤矿工人安全和技能培训提供一流的“沉浸式”培训环境，将安全培训装备和质量提升到一个崭新的水平。通过使用本系统，创建一个逼真的虚拟现实世界，使学员在体验各种真实场景同时，学习各模块相关操作知识，认识灾害的发生、发展过程及危害，并通过问答式的交互学习，快速掌握每个模块的操作步骤及要点。从而提高矿工的整体技术水平、思想素质、及各种突发状况的应对能力，从而使煤矿整体操作能力及防范意识得到提高，真正进入规范化管理阶段，降低各种事故发生的概率。DMX-135A多功能模拟训练系统通道总长135米，分

3、三层，旨在通过仿真救灾现场的严峻条件，人为设置测试科目，使训练人员背负呼吸器，在黑暗、噪音、浓烟、高温的模拟条件下，按照预先设定的工作程序，完成正确穿越各种障碍，并按规定动作完成抢险、伤员营救等工作。它可以测量出训练人员最大身体承受能力和心理承受能力，评定受训人员能否正确使用呼吸器及抢险救援任务等的完成情况。使用该训练系统对救护队员进行经常性的训练，可以增加各种救援装备的使用经验，提高在各种复杂环境下的抢险救援能力，增强救护队员的身体素质及心理素质，从而使受训人员在抢险救援的实战过程中提高其在突发事故时的作战能力、应变能力和心理承受能力，最终达到保护自身安全，顺利完成抢险救援任务的目的。3技术

4、指标 3 1 环境条件 环境温度：0 40；相对湿度：40%70%；温度变化率：小于10/h，且不得结露；大气压力：80 106kPa；3 2 供电电源 额定电压：380V，允许偏差10%；谐波：不大于5%；频率：50Hz，允许偏差5%；3 3 系统组成 系统由以下部分组成:金属栅网训练主体 模拟训练SCADA系统 步进跟踪子系统 烟热模拟子系统 视像监控子系统 声光控制子系统 体能测试子系统 急救训练子系统 体征遥测及毒气侦检子系统 控制及显示子系统 3.4 系统构成特点 3.4.1.多功能模拟训练系统构成一个SCADA系统，由主站和远程终端组成。主要优势：由多个分散独立的子系统集合成一个大

5、系统。3.4.2.烟雾系统、环境升温系统、背景光源系统、步进跟踪系统、电力开关模拟、气体泄漏模拟等现场设备通过485总线与现场控制终端连接。主要优势：485 通讯方式适合工业现场环境，可减少布线，提高系统可靠性。3.4.3.所有现场设备全部通过计算机实现全自动控制。设备控制分为两级，第一级控制：通过现场控制终端触摸屏。第二级控制：通过中控主机。主要优势：所有设备参数集中显示、运算、控制、管理。3.4.4步进跟踪子系统特点 1).采用平面天线感应传感器进行人员定位。主要优势：采用非接触检测。不受环境温度、湿度、噪声、光线等影响。适合恶劣环境下工作。抗干扰能力强，性能稳定可靠。完全克服了“地板压力

6、传感器”或“地板柔性传感器”的可靠性低、使用寿命短等致命缺陷。2).步进跟踪轨迹与训练视频同屏显示。使训练过程更直观，更具有可观赏性。各系统详细配置表：3.5 系统功能及技术参数 3.5.1 金属栅网通道 金属栅网通道为模块式金属制造的坚固笼体组成的复杂通道，通道总长135米，分三层，按照国家应急救援中心标准模拟巷道高度设计，底层层高1米、二层高2.0m、三层高2.0米，出入口共四个均设在底层。根据空间条件及用户的不同要求可作调整、变换和功能的扩展。笼体由结构钢组成框架，笼体四周由边网封闭，在三层的通道中，设置有各种人为路障增加训练难度。框架上和转角处设置方位指示灯，用于引导训练人员辨明前进方

7、向。金属通道所有边网都可快速拆卸，用于训练人员在出现意外情况时救护使用。在通道出口附近设有电磁活动门，通过调整活动门的位置，可变化出不同的线路。a）通道总长：135m b）障碍设置 “软梯”、“滑竿”、“爬绳”、“竖井”贯穿一至三层 “爬梯”和“长斜梯”贯穿二至三层 “短斜梯”贯穿一至二层 “巷道”设置在三层，总长4米，包括斜巷和平巷 “独木桥”设置在三层，总长4米 “圆筒”设置在底层，内径600mm，总长4米 “H形隔断”、“V形隔断”、“菱形隔断”、“模拟塌方”、“电子陷阱”等障碍分布于一至三层。管路堵漏模拟装置、破拆模拟装置（包括钢筋、板材的破拆）、电力故障模拟装置等路障。c）电磁门参数

8、：供电电源：直流12V 锁紧力：280Kg 3.5.2模拟训练SCADA系统 DMX-135A多功能模拟训练系统系统构成一个SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为数据采集与监视控制系统。由主站和远程终端（RTU）组成。主要由步进跟踪子系统、烟热模拟子系统、视像监控子系统、声光模拟子系统、体能测试子系统、医疗急救子系统、体征遥测及毒气侦检子系统、控制及显示子系统构成。3.5.2.1步进跟踪子系统 在训练过程中，指挥员及观摩者需要实时监测训练人员的工作状态，或当训练人员出现异常时，需要紧急采取救援措施。在行进线路上安装了带感应传感

9、器，只要有人经过，即可在控制台上显示出训练者所在的位置。这样即使训练中漆黑一片或充满烟雾，监控人员仍能掌握受训人员所处位置。感应传感器产生的电信号通过远程I/O模块进行数据采集，通过RS485网络传送到中控计算机，由专用监控软件完成显示、记录、分析、对比等功能。a）实现对输入端135个感应传感器的开关量检测。b)步进跟踪软件功能 实现与可编程I/O模块双向通讯。步进跟踪过程的显示记录；训练人员信息录入：编号，姓名、年龄、部门、装备等；显示训练人员的视频图像；显示训练人员的体征参数；线路的新建和修改；选择训练线路、装备、启动/停止训练过程、对训练结果评分；参数设置，包括：每条线路的及格和满分时间

10、，每次犯规扣分分值、携带装备的难度系数、体征参数的权重系数。训练成绩的历史记录查询、统计、报表打印。能够同时对多名训练人员进行综合评分。步进跟踪软件主界面 训练人员犯规记录 训练线路编辑 人员管理 参数设定 3.5.2.2 烟热模拟子系统 烟热模拟子系统的主要功能是实现主训练室烟、热、状态显示、设备控制。该系统以工业触摸屏作为人机界面，用远程I/O模块作为RTU，并将所有现场监控信号通过RS485总线传给中控主机。a)发烟装置参数 发热管功率:3000W 最大喷射距离：20m 烟雾量:400m3/min b)热风机参数 电源电压：380V 风量：800m3/h 功率：12000W 出口风速：5

11、m/s 温度范围：50 200 3.5.2.3视像监控子系统 视像监控系统由训练系统内设置的多个视像监控点组成，保证监控区域无死角和实现完全黑暗情况下的监控。包括红外摄像机，热成像摄像机以及与之相配套的云台、云台解码器。摄像机不仅在正常光照下可以使用，还可在黑暗、浓烟和高温环境下监控训练活动。硬盘录像机可将整个训练过程录制下来，并可在监视器上回放。音视频信号能通过局域网或因特网传到远程计算机上。a)红外云台摄像机参数 电源电压：12V 5%分辨率：420TVL 信噪比：52dB 白平衡方式：自动 CCD元件:Sony1/3英寸 伽马校正：0.45 同步方式：内同步 b)热成像云台摄像机参数 分

12、辨率：320 240 波长范围：8 13 m 热灵敏度(NETD)：0.085 帧频：7.5Hz 启动时间：7秒 功率：6W 工作电压：14 32V DC c)云台解码器参数 电源电压：220VAC 10%云台驱动电压：24VAC 10%输出功率：15W 工作温度：-2070 d)硬盘录像机参数 视频采集输入：16路 音频采集输入：16路与视频同步 采集帧数：24帧/秒 视频监控软件界面 3.5.2.4 声光模拟子系统 声光模拟子系统是为了渲染火灾现场的模拟效果，通过设备中配置的功率放大器和音箱，将预先录制的现场背景噪音通过电脑软件播放出来，强化训练室的拟音效果。通过各种灯源及声光控制软件预先

13、设定的程序，形成明暗变幻、煊彩斑斓光效，以强化训练室的实战效果。在训练过程中，为了实现监控室内指挥员与主训练室受训人员对话，在主训室和中控室内分别设置麦克风和对讲音箱。指挥员可以向各有关位置发布命令。a)功率放大器参数 电源输入：AC220V50Hz 输出功率：1200W 输出频率：20 20000Hz 信噪比：85dB b)大功率音箱参数 扬声器直径：15 灵敏度：97dBW/m 频率响应：40 20000Hz c)壁挂对讲音箱参数 工作电压 70/100V 额定功率30W 最大声压级104 2dB 有效频率范围 75Hz 20kHz d)闪灯参数 电源：220V/50Hz 功率：1500W

14、 2 灯管寿命：100万次 e)彩灯参数 功 率:300-500W 色 温:3000K f)方位指示灯参数 电源电压：DC 12V 发光元件：LED矩阵 工作温度：-2070 3.5.2.5控制及显示子系统 基本配置：大屏幕子系统主要由12个 12”监视器、4个 46”大屏幕监视器构成电视墙。在大屏幕上可显示现场视频信号及中控室内各计算机显示画面。系统设备监控分为本地方式和远程方式。在主训室安装两个机柜，所有现场设备都与电气柜和控制柜连接。通过机柜上的触摸屏可显示设备运行状态、手动控制设备起停、运行自动控制程序。现场触摸屏 3.5.2.6 体能测试子系统 体能测试子系统（含电动跑步机、动感单车

15、、椭圆机、健身车、磁控踏步机和十站位综合训练器），为系统训练人员提供体能训练及测试设备，并对测试结果进行评价。3.5.2.7 急救训练子系统 a)MZS-30 自动苏生器 氧气瓶额定工作压力 20MPa 氧气瓶容积 1L 自动肺调整范围 12 26L/min 吸痰引射压力值 -60kPa 自动呼吸供气量 15L/min 外形尺寸 420 330 160 mm 质量 8kg b)AJ1自动苏生器校验仪 正压力测定范围：1.47kPa 3.43kPa，负压力测定范围：-1.27kPa 2.94kPa，引射压力值范围：-101.29kPa，流量测定范围：2.66 26.6L/min，仪器质量7.5k

16、g，尺寸（mm）270 260 420 c)模拟人 高低电平应符合：0 0.15V、1 4.8V 人工口吹气持续时间1秒 人工口吹潮气量：700 1000ml 人工胸外按深度：40 50mm 单双人吹气、按压比值：30:2 单双人循环周期：5个周期/2min 颈动脉搏动次数：60次/min 自动肺呼吸频率：14 16次/min 气管插管有声音提示、吸痰声音提示 3.5.2.8 体征遥测及毒气侦检子系统 TE-4000X体征遥测系统 由一台主机和8台随身机组成，可同时监测8个受训人员。主机可实时显示手持监护仪采集的生理参数、波形和手持机电量状态。随身机体积小巧，易于携带。a)体征遥测主机 电源：

17、220V 22V，50/60Hz 1Hz 监测人数：8人 显示分辩率：1024 768 显示波形：ECG、SPO2、RESP 波形显示颜色：任选 数据显示：心率、血氧饱和度、血压、呼吸率、体温 血压显示范围：0mmHg 270mmHg 血压测量精度：3mmHg 呼吸显示范围：2次/分100次/分 呼吸测量精度：2次/分 脉搏显示范围：0次/分254次/分 脉搏测量精度：2次/分 体温显示范围：050 体温测量精度：0.2 心电ECG导联：、心电扫描速度：25mm/s、50mm/s 心电采样率：100s/s 心电带宽：0.5 75Hz(3dB)共模抑制比：80dB SPO2显示范围：099 SP

18、O2显示分辩率：1 SPO2测量精度：3 b)随身机技术参数：电源：DC 6V 电池规格：4节 AA电池 连续工作时间：12小时 显示尺寸：50 16mm 显示分辩率：128 32mm 显示波形：ECG、SPO2、RESP可选 数据显示：心率、血氧饱和度、血压、呼吸率、体温 模拟灾害环境参数侦检系统 模拟灾害环境监测系统由系统软件、模拟灾害环境参数发生器和若干个模拟灾害环境多参数测试仪组成。系统采用无线发射与接收模式，系统软件可人工或随机生成模拟环境参数，通过发射器采用无线方式发射出去，信号可覆盖200m的范围。测试仪体积小巧，易于携带，抗干扰能力强，持续工作时间不少于8小时，可同时接收5种模

19、拟气体浓度参数并在液晶屏上显示，记录数据可断电保持。系统组成：PC主机、2个发射器、8个手持测试仪 通信方式：无线发送接收 发射器发射距离：200m 发射器接口方式：USB方式与主机相连 发射器发射功率：10mW 测试仪接受灵敏度：-105dbm 测试仪重量：250g 测试仪分辨率：128 64 测试仪存储量：10组模拟参数 模拟参数：一氧化碳0 1000ppm 二氧化碳0 5 氧气0 30 甲烷0 4 硫化氢0 100ppm 二、三维虚拟仿真培训中心建设方案 一、引言 三维虚拟仿真培训中心培训理念:引入先进的教学手段和方法，以学员为主体，教师为主导，质量为根本，技能培养为核心，注重基础知识，

20、实践技能和基本素质的培养。三维虚拟仿真培训中心建设思路:三维虚拟仿真培训中心建设的总体思路是从煤矿与安全行业的技术特点和人才需求出发，以加强基础、注重素质、培养能力、激励创新的目标，大力推进实践教学培训体系；强化培训方法和手段的改革与创新。三维虚拟仿真培训中心建设目标:紧密的结合矿井生产实际，不断探索和建设具有行业特色的实践教学培训体系，树立科学合理的培训方法和教学模式，完善各种考评体系，建设高素质安全、技能培训梯队，切实的提高矿工的实践能力和安全意识。二、建设方案 2.1 三维虚拟仿真培训中心建设概述 2.1.1 虚拟现实的概念及三维虚拟仿真培训中心 煤矿三维虚拟仿真培训是基于虚拟现实技术的

21、应用。虚拟现实即借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。也称灵境技术或人工环境。这种虚拟仿真的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到系统中生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，可以直接观察模拟环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，它是人们通过计算机对多维信息进行可视化体验与交互的一种全新方式。虚拟现实应用于矿山的安全培训，其基本的思路是在统一的时空框架下，对真实矿山及相关现象的统一理解、表达与可视化再现。数字矿山的核心是在统一的时间参照与空间框架下，科学有序地组织、管理、维护和通过三维可视化表达等多种手段获取多维的矿山信息，并

22、建立网络分布式共享、协同与利用机制，形成灵活便捷的数字方法和更自然的思维方式。三维虚拟仿真培训中心的基础应用：即利用可视化虚拟现实技术沉浸性、交互性和构想性的特点，结合专业学科知识，集成数字多媒体、三维数字仿真模型等辅助教学手段和课件资源，创建体验式情景培训的新内容和新模式。其直观易懂，形象生动的认知特点符合职教培训的基本思路。同时为数字矿山各专业发展方向的科研及项目建设奠定相应的基础。三维虚拟仿真培训中心的高级应用及功能扩展：三维虚拟仿真培训中心除了作为采矿及安全工程的专业培训和研究平台（中心），开展体验类培训教学和项目/成果展示以外。可深入研究的内容包括：研究现实矿井向数字世界的影射，包括

23、研究数字矿山和虚拟矿井的几何模型、物理模型、行为模型的有关理论和方法；虚拟矿井中多源多维海量信息的有效处理方法；应急救援、逃生避灾演练及辅助决策应用等。三维虚拟仿真培训中心的核心是以软件方式构建全新的教学培训平台。它比之矿区培训中心传统的教具模式具有利用率高，承训量大；易维护，内容建设升级周期短且成本较低等优点。2.1.2 三维虚拟仿真培训中心功能价值 结合对三维虚拟仿真培训中心及平台的功能要求/设计，例举一二论述其仿真实践培训的价值。采用虚拟现实技术所构建的可视化仿真煤矿，首先基于现实的精确数据建立三维模型，严格遵循工程设计（CAD）标准和要求创建高度逼真的三维场景，对具体煤矿（地表和井下）

24、进行仿真“再现”。采用计算机三维图形实时渲染技术，让学生如“身临其境”，以交互式的方式实现互动教学，充分体现直观性、参与性的特点。煤矿被“搬”到了计算机中，这一全新的数字方法带来的是更直观的信息视野和更自然的思维方式。平台与专业知识的结合，符合实验教学改革的思路和要求。系统特性:(1)仿真再现 将矿井还原再现到电脑上，矿井形于指掌间。真实的工业广场、洗煤车间、井下巷道、机电硐室、采/掘工作面应有尽有。(图为仿真再现的三维数字化地面生产系统)(2)生动直观 系统采用全三维数字模型表达对象，简化了学生对复杂矿井系统的理解和认知。无需想象，直观显现。(3)人机交互式 视口与操作互动，所见即所得，所得

25、及所见。检索灵动，导航自由，实现了交互式的教学模式。（虚拟仿真的场景和对象可通过输出设备，比如鼠标键盘、操作手柄、及多点触摸屏与操作演示者实现人机互动。通过旋转、缩放、平移、定位等交互式操作实现对场景对象灵活得全视角观摩和演示。）2.1.3 三维虚拟仿真培训中心培训形式的优点 1）人机交互，视窗与操作互动，以融入与体验的方式获得专业技能和安全知识。2）提供认知的信息更丰富，比书本（讲义）生动且与生产实际紧密结合。3）在软件中上设计教学内容，以全新的教案形式表达专业知识的难点，直观易懂，寓教于乐。其高度的临场感和参与性是该虚拟仿真培训系统的一大特点。4)作为模拟危险性场所（高瓦斯突出矿井）实习认

26、知新方式，具有实践安全性高、教学低成本的优点。在仿真再现的基础上，探究对煤矿潜在信息数据的挖掘与直观表达。由表及里，最大限度地让学员了解矿山规划、生产经营及安全监测管理的全过程。如：对井下通风、运输、排水、防尘、压风、紧急避险、抽放瓦斯管路系统、井下避灾路线实现三维立体绘制和动态演示等。矿床三维空间分布与采区设计及成矿历史演变仿真演示；安全事故案例及应急预案仿真分析等。在矿井仿真平台的基础上，结合专业特点，进一步地设计和制作仿真教学课件，扩展和丰富教学资源及实验内容。这种以新技术为支撑的专业应用，对提高教学质量和实验水平具有积极的意义。因此，三维虚拟仿真培训中心也作为体验类培训教学辅助工具研发

27、设计的基地（中心），为开创具有行业特色的培训资源建设和培训模式革新提供支持。2.1.4 系统的应用定位三维虚拟仿真培训中心总体规划 三维虚拟仿真培训中心是以一系列三维虚拟仿真软硬件系统为主要装备，针对以虚拟现实技术为基础的复杂人-机-环境交互系统进行模拟、仿真、测评和研发，立足于构建各种人机界面进行近似真实虚拟体验教学与培训。通过视觉的感官体验来加深对专业知识的学习和对复杂系统的感知。三维虚拟仿真培训中心也将作为数字矿山专题培训和一系列研究类专题的重要部分和辅助平台，培养教员运用新方法解释复杂问题的思路和基本能力，特别是自己动手进行研究类培训专题的设计、运行、总结和提高。同时三维虚拟仿真培训中

28、心还可作为其他专业方向教学研发中心和实验平台，开展体验类教学培训课题成果展示。通过一定时期的发展面向行业企业或兄弟矿井提供专业服务。2.2 系统应用及三维虚拟仿真培训中心的构建（要素）系统应用及三维虚拟仿真培训中心建设以显示硬件为基础，平台软件与二次开发应用为核心。因此这部分建设内容包括软硬件两个部分。软件平台及课件资源的开发是三维虚拟仿真培训中心创建的重要内容和核心。建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行三维虚拟仿真培训应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的是制订一个切实可行的视景系统应用硬件解决方案。3D 视景系统主要是三维显示硬件系统的集成应用。显示系统硬件是三维虚拟仿真培

29、训中心建设中重要的一环。作为3D/VR 图形显示输出系统，其核心部分目前较流行的是立体版的高亮度投影显示系统，它将图形工作站生成的高分辨率3D/VR 场景以大幅立体投影的方式显示出来，让要交互的三维虚拟世界高度逼真地浮现于参与者的眼前，从而提供一个团体式参与，集体观看，具有高度临场感的投入型虚拟人工环境，并结合必要的外部设备(如数据手套、6 自由度位置跟踪系统或其他交互设备)，参与者可从不同的角度和方位自由地进行交互、操纵，实现三维虚拟世界的实时交互和漫游。2.2.1 系统概述 立体投影系统 立体投影分为主动式和被动式立体。被动式立体投影系统是使用两台投影机，一台投射左眼图像，另外一台投射右眼

30、图像，将左右眼图像同时投射到屏幕上，投影机镜头前安装偏振光片，使投射的光线变成偏振光，而观众配带的立体眼镜的镜片也是偏振光片，并且左眼的偏振片与投射左眼图像的投影机的偏振光片的偏振方向是相同的，右眼的偏振片与投射右眼图像的投影机的偏振光片的偏振方向是相同的，这样左眼图像只能透过左眼镜片，而右眼图像也只能透过右眼镜片，从而使观众看到立体的图像，一般的投影方式都是由一个图形通道驱动一台投影机。在多投影机的系统中就需要都投影通道来支持，这就是多通道立体环幕系统。系统建设的总体目标是：系统充分考虑到先进性、稳定性、实用性、集成性、可扩展性和经济性等原则，建成一套采用先进成熟的技术、遵循布局设计优良、设

31、备应用合理、界面友好简便、功能有序实用、升级扩展性好的大屏幕融合系统，以达到既能满足大屏幕图像和数据显示的需求。2.2.2 设计依据 系统的友好性和易操作性 良好的系统操作界面是必不可少的，中央控制系统是必不可少的，简单地使用一个触摸屏即可操作所有的系统设备中央控制系统具有良好的标准性，可以其它硬件设备无缝连接。系统的可维护性 3D虚拟现实系统作为一个数据可视化和交互中心发挥着重要的作用，首先是科研工作的重要工具，其次是决策支持的有效手段，同是更可作为企业宣传、成果展示、学术技术交流、工作汇报的平台。所以系统的稳定性至关重要；另外，由于虚拟现实多通道投影系统的特点，系统需要定期维护，简洁快速的

32、系统维护性和维护手段对长期使用是非常重要的。本系统采用创凯电子最新的-0403具备几何纠正和边缘融合技术可快速的完成系统的调试，实现了多通道投影系统最高的可维护性。系统的可靠性 投影机作为系统的核心显示设备，其可靠性对系统的正常使用至关重要。本系统采用的投影机，工作稳定可靠，故障率低，寿命长，其平均无故障时间MTBF大于25000小时，经长时间工作后图像质量（亮度、色彩、拼接等）不会发生明显变化。2.2.3 设计原则 为最终使用户满意，大屏幕显示系统应遵循如下设计原则：实用性 系统能满足各种现实和潜在的需求，且达到满意的效果。可靠性 系统能提供长时间的连续运行，且稳定可靠。先进性 系统的功能和

33、性能达到同档次显示系统的先进水平。持续性 选用的高质量投影显示单元和控制器，保证系统的显示效果长久不变。经济性 在满足需求的情况下，使系统建设和使用投入的成本尽量小。方便性 系统的调整、使用简单易行，用户操作界面友好，操作过程简捷，经短时培训即可操作使用。2.2.4 系统主要设备 系统采用世界顶级的显示技术方案，使受训人员完全融入到虚拟的真实场景中，任何设备、物体均似触手可及。通过对矿井真实模拟及安全演练，增强受训人员安全意识，提高受训人员对于安全危险情况的判断和处理能力。虚拟场景中的培训内容可以根据实际需要进行调整，有效达到教与学的目的。安装地点：井上室内安装 系统符合室内电气设施施工标准及

34、要求，不可安装于室外工作环境。系统采用虚拟现实技术，结合3D投影技术，建立虚拟矿山培训演练系统，满足矿山工人日常培训、矿山应急救援培训、救护队员培训以及其他培训内容的需要。系统配备180度半球形环幕3套，每套直径3米，高2.65米，硬质幕，增益1.0，分辨率1920*1200工程主动式立体投影机。投影机型号：PD F35 AS3D 生产厂家：Projection Design 产地：挪威 重要参数产品类型：工程投影机 投影技术：DLP 亮度：8000流明 标准分辨率：WUXGA（1920*1200）灯泡寿命：经济模式：5000小时，高亮模式：.产品噪音：30dB 产品重量：12.6kg 光源类

35、型：超高压汞灯 投影机特性：3D 聚集方式：超广角镜：0.80:1，EN12（仅可在.色轮：RGBCMY：镜像和模拟仿真 RGBCY.扫描频率：水平扫描：15-150KHz 垂直扫描.编辑本段详细参数光学参数 产品类型：工程投影机 投影技术：DLP 显示芯片：美国德州仪器DLP数字光学处理投影技术 投影机特性：3D 亮度：8000流明 标准分辨率：WUXGA（1920*1200）光源类型：超高压汞灯 灯泡数量：2个 灯泡功率：250-300W（全功率）200-250W（ECO自动更换模式）灯泡寿命：经济模式：5000小时，高亮模式：2000小时 投影参数 变焦方式：手动变焦 聚集方式：超广角镜

36、：0.80:1，EN12（仅可在轴上移动），广角镜头：无，广角变焦镜头：1.20-1.70:1，EN13（可在轴上移动或无轴），变焦镜头：1.70-2.50:1，EN11（可在轴上移动或无轴），短程变焦镜头：2.50-4.50:1，EN14（可在轴上移动或无轴），远程变焦镜头：无，聚焦距离：0.5-无 光圈范围：F=2.1-6.5 色轮：RGBCMY：镜像和模拟仿真 RGBCYW：画面演示 RGBCW：高光亮度的演示 扫描频率：水平扫描：15-150KHz 垂直扫描：48-190Hz 电脑兼容性：2560 1600-640 480像素分辨率 RGBHV，RGBS，RGsB 视频兼容性：HDTV

37、（1080i/p，720p），EDTV（576p，480p），SDTV（576i，480i），NTSC，PAL，SECAM 接口参数 输入端子：2 Dual Link DVI（DVI-D）2HDMI1.3a 2 VGA（15-pin HDDSUB）2HDMI 1.3a 1 YPbPr component video（3xRCA）输出端子：1 USB鼠标控制，固件升级 2 12V（60mA）triggers（power/aspect ratio）4可设置IR接收器 1有线IR repeateR 2可设置XPort（前/后）控制端子：1 RJ45 TCP/IP网络端口 1RS232 9-pin D

38、SUB 电气规格 产品噪音：30dB 电源性能：AC100-240V，50/60Hz 其它参数 外形设计：金属黑，银色 安全认证：CE，CSA“C/US”，FCC Class A，CCC 产品尺寸：376*510*223mm 产品重量：12.6kg 其它性能：带宽：205MHz，模拟RGB接口 带宽：165 Hz，有DVI的数字RGB接口 环境参数 工作温度：0-35 工作湿度：20-90%存储湿度：20-90%系统配备立体声音响系统3套。采用高保真立体音箱系统。系统配备有最为先进的触摸屏幕的遥控器以及带有体感的输入手柄共9套。系统配备NVida有源立体眼镜9套。NVida是世界最为著名的视频

39、硬件系统开发商，其3D VISION PRO立体眼镜是当前效果最好的主动式立体眼镜。3D Vision Pro是 NVIDIA显卡的一项3D立体显示技术，是工程级3D解决方案。硬件要求 3D Vision对硬件要求比较高，必须具备三个条件：1、必须使用NVIDIA Geforce 8以上显卡产品；2、必须拥有一台刷新率为120Hz的显示输出设备；3、必须购买NVIDIA的 3D Vision Pro发射器及眼镜。时分法原理：NVIDIA的 3D Vision Pro技术就是通过特殊的眼镜，在超高速状态下，通过LCD通电后将镜片调成不透光的黑色，来分别遮蔽人的左右眼，让两只眼睛看到两张角度不同的

40、画面，即当屏幕播放左眼画面的时候右侧镜片变黑，切换一次后，屏幕播放右眼画面的时候左侧镜片变黑，这样，快速的切换就保证了到达左右眼是有细微差别的图像。简单的理解就是NVIDIA让 GeForce显卡在计算游戏（影片效果是通过双摄像头实现的）时将每一帧计算出两个不同的画面，显示在显示器上，然后通过3D Vision眼镜让左右眼分别看到不同的画面，从而给人眼以错觉，让我们的眼睛误认为看到了一个“三维”的物体，从而实现立体成像技术的。也就是说，在整个显示过程当中，显示器要以非常高的频率轮换地传送左右眼图像，而与此同时3D Vision眼镜也以同样高的速度开关左右眼的液晶屏，让人眼看到不同画面。当然，实

41、现这一功能的前提是您的显示器也要能够支持如此高的刷新速度，因此，你的显示器的刷新率越高越好。一般来说，最少要达到120Hz以上，这样，分到每只眼睛上的刷新率就能够达到60Hz，以至于不太晃眼。系统配备4D动感座椅，具体体验人数及摆放位置可根据实际情况量身定制。动感座椅参数如下：1可以实现前后、左右、上下的扭转摇摆功能；2.承重：220kg 3.上下行程200mm;4.前后最大为25度，左右最大为20度;5.加速度：0.5g；6.最大可以到12Hz的振动;7.模拟撞击、颠簸、地震等效果，实现扫腿、耳风、前吹风，喷雾、振动效果、左右滚转、前后俯仰等功能;8.模拟瞬间坠落和失重的效果;9.向参与者脸

42、上喷射少量的水珠或者水雾 10.味道特效（可做备选或预留升级接口）2.2.5 系统功能 大屏幕显示系统主要包括图像处理能力较强和显示效果很好的投影显示单元，以及与之配套的多屏融合控制器。支持立体与非立体图像显示，支持单屏、跨屏以及整屏显示，实现图像窗口的缩放、移动、漫游等功能。通过显示单元对图像独特的处理方式，体现在多路信息的同步显示能力、系统的超强稳定工作能力和强大的软件支持能力上。通过融合显示系统的集成化功能来满足显示技术要求。可在需要时将融合系统切换成立体融合显示系统。大屏幕显示系统支持多路RGB画面、视频画面的实时显示,应满足基本应用要求：1)系统可显示立体图像，也可切换到非立体图像显

43、示模式 2)支持图形拼接、全屏范围内显示的图像无非线性失真。3)图像融合完整，无错位。4)支持各种制式的视频图像（可显示录像机、摄像机、DVD 等图像）和不同分辨率（640 480 3072 768）的计算机信号。5)画面可整屏显示，也可分屏显示。用户可灵活开启窗口，定义尺寸，画面能够自由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝的限制。采用软件控制窗口的融合、拼接与分割。6)通过分辨率叠加，大屏幕上能够显示超高分辨率的计算机图形。7)能够将多路输入信号进行重新组合，再现于显示组合屏上，信号源的显示切换过程无停顿、黑屏现象。8)屏幕上的各种应用窗口（RGB 窗口、视频窗口）可任意同RGB图片文字窗口叠加显

44、示，并且可任意缩放和移动。9)能在大屏幕上同时显示多个视频图像、计算机图形，每个窗口均能以实时、真彩的模式显示，并可在整屏上漫游、缩放显示、或与图形窗口叠加，画面无延时，无抖动。10)具有先进性、稳定性，可连续工作24 小时以上，可一年365 天不间断工作，使用寿命长，易于维护。大屏幕投影显示系统软硬件连接简单，无需对原系统做任何调整和改动，确保整个系统的通用性。2.2.6 技术路线：1）演示动画类：调研/文字素材整理-绘制分镜头剧本-Maya构建场景模型和人物角色-绘制贴图-场景灯光调制-调制动画和人物角色-Unity3D虚拟仿真程序编制-交互程序编制-系统集成-现场安装应用测试-程序调整-

45、系统运行。2）演示动画类：调研/文字素材整理-绘制分镜头剧本-Maya构建场景模型和人物角色-绘制贴图-场景灯光调制-调制动画和人物角色-渲染序列帧-用 Adobe Premiere Pro工具配音-用 Combustion校色-影片输出-系统集成-现场安装应用测试-程序调整-系统运行。3）视频教程类：调研/文字素材整理-绘制分镜头剧本-视频录制-用 Adobe Premiere Pro工具配音-用 Combustion校色-影片输出-系统集成-现场安装应用测试-程序调整-系统运行。2.3 三维虚拟仿真培训中心培训系统及培训资源内容 虚拟仿真培训中心教学平台系统及资源建设要以真实的矿井为原型，

46、在对矿井及相关现象统一理解、表达与可视化再现的基础上，精心组织、整理各个工种技能及相关专业知识，采用全新的可视化表达形式将其融汇于中，形成更自然的学习思维方式和灵活便捷的数字教学方法。软件要求利用虚拟现实沉浸性、交互性和构想性的特点，集成个性化培训教案设计及多媒体表达，为实践教学和培训提供科学的辅助手段和生动丰富的课件资源。培训内容主要包括：1）闻警出动流程 2）矿井概况培训、各类事故案例再现 3）五大自然灾害培训、自救互救培训、各类训练演习流程 4）采煤运煤流程培训及救护队常用设备、仪器等操作培训 5）大型设备及一般技术操作 2.3.1 研究方法及制作要求 2.3.1.1 建模 虚拟现实模型

47、与普通动画中的模型制作具有一定的区别。虚拟现实环境属于实时渲染，因而模要尽量优化，减少不必要的面，从而使程序更加流畅。但太少的细节又将降低场景的真实感，因而需用特殊建模方法，对模型进行处理，进而达到运行流畅且真实性高的效果。2.3.1.2 材质烘焙 虚拟现实场景中，为了更加真实地表现灯光、阴影等特殊效果，不可直接使用Maya、3DS Max等建模程序的内置材质，需将材质、贴图进行烘焙，进而达到理想的效果。2.3.1.3 法线贴图 模型欲达到最佳的视觉效果，需对模型的贴图进行Zbrush法线贴图处理，从而增强模型的立体感。2.3.1.4 动画制作 与普通动制作不同的是，虚拟现实引擎不能识别所有的

48、Maya、3DS Max动作脚本，只有一些制作相对复杂的低级别动画脚本才能被使用。为适应虚拟现实场景中人物的复杂动画要求，相似的动作必须制作若干组，来完善动作的细节，由虚拟现实平台根据情况调用不同的动画，否则将产生动作不协调，甚至跳帧。2.3.1.5 程序设计 以 Unity3D为虚拟现实平台进行系统开发，确保系统的功能性与稳定性。2.3.1.6 测试与优化 由于虚拟现实引擎的不同，平台对模型及动画的兼容性要求不同，需经过严格的测试。2.3.1.7 煤矿的特殊性 煤矿属特殊行业，模型的建立必须符合现场实际，这与煤矿专业知识的掌握是密不可分的。只有充分掌握煤矿专业知识，且熟练掌握三维建模、动画软

49、件，才能做出可用的场景。2.3.1.8 制作经验 虚拟现实建模、动画的制作比较复杂，而一般总项目的工期又相对较短，因而要尽量避免模型、动画制作中的失误造成的工期延误。本公司专门从事煤矿虚拟现实相关研究工作，有多年实践经验，并有众多相关案例，在技术上提供了保障。2.3.2 煤矿安全技术三维虚拟仿真培训系统 系统主要运用虚拟现实技术沉浸性、交互性和构想性的特点，结合煤矿生产实际，集成数字多媒体、三维数字仿真模型等形式多样的辅助教学课件资源，创建体验式情景培训的新内容和新模式。其直观易懂，形象生动的认知特性有利于提高培训效率、增强培训效果。煤矿安全技术三维虚拟仿真培训平台包含的课件内容设计：2.3.

50、2.1 闻警出动流程 按照问警出动流程，划分为接警模块、信息模块、出警模块、侦查模块和处理模块。在整个流程模块化系统中，完整地体现了各种现场出警的必要流程，帮助救援人员高效地完成任务训练。2.3.2.2 矿井概况培训、各类事故案例再现 从警示教育的角度，煤矿安全事故案例在警示教育的过程中占有非常重要的地位。而事故过程又是不可重现的。因而，传统的书本式教学方式便缺乏最重要的警示教育作用。三维仿真技术的应用：通过虚拟仿真技术可以逼真地还原隐患设备、三违人员、工作环境等，运用计算机模型和后期数字合成技术，可以还原事故经过、事故原因并加以剖析，对有侥幸心理、违反操作的员工在心理上产生巨大的震撼力和冲击