三维培训系统与虚拟实训方案

模拟演习与3D培训系统方案

煤科集团沈阳研究院有限企业

2023/2/28

一、模拟演习技术资料

DMX-135A仿真模拟与演习评价系统阐明

1.系统型号

DMX-135A

"T__

通道长度

2.系统简介

“3D-VR煤矿事故仿真和安全培训

演习系统”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日勺大型沉浸式仿真演习

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、救护救援等多种安全培训模块构成，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、12.1

围绕立体声技术、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

和质量提高到一种崭新的水平。

机电设备虚拟仿真培训系统

。采蝴二_统

Perfect*

通过使用本系统，创立一种逼真的虚拟现实世界，使学员在体验

多种真实场景同步，学习各模块有关操作知识，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，迅速掌握每个模块的操作

环节及要点。从而提高矿工的整体技术水平、思想素质、及多种突发

状况的应对能力，从而使煤矿整体操作能力及防备意识得到提高，真

正进入规范化管理阶段，减少多种事故发生的概率。

DMX-135A多功能模拟训练系统通道总长135米，分三层，意在通

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，完毕对的穿越多种障碍，并按规定动作完毕抢险、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，

评估受训人员能否对的使用呼吸器及抢险救援任务等的完毕状况。

使用该训练系统对救护队员进行常常性的训练，可以增长多种救

援装备的使用经验，提高在多种复杂环境下口勺抢险救援能力，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时实战过

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

终到达保护自身安全，顺利完毕抢险救援任务的目的。

3.技术指标

3.1环境条件

环境温度：0〜40℃；

相对湿度：40%〜70%；

温度变化率：不不小于10℃/h,且不得结露；

大气压力：80-106kPa；

3.2供电电源

额定电压：380V,容许偏差±10%；

谐波：不不小于5%；

频率：50Hz,容许偏差±5%；

3.3系统构成

系统由如下部分构成：

・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

O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种SCADA系统，由主站和远程终端

构成。

重要优

★由多种分散独立的子系统集合成一种大系统。

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。

重要优势：

★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.所有现场设备所有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。

重要优势：

★所有设备参数集中显示、运算、控制、管理。

现场触摸屏一设备监控1

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。

重要优势：

•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

可欣赏性。

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I结实笼体构成日勺复杂通道，通

道总长135米，分三层，按照国家应急救援中心原则模拟巷道高度设

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。根据空间条件及顾客的不一样规定可作调整、变换和功能的扩

展。笼体由构造钢构成框架，笼体四面由边网封闭，在三层的通道中，

设置有多种人为路障增长训练难度。

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

向。

金属通道所有边网都可迅速拆卸，用于训练人员在出现意外状况

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，可变化出不一样的线路。

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、板材日勺破拆）、

电力故障模拟装置等路障。

c）电磁门参数：

供电电源：直流12V

锁紧力：2280Kg

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种SCADA

(SupervisoryControlandDataAcquisition)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)构成。重要

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，需要紧急采用救援措施。在行进线路

上安装了带感应传感器，只要有人通过，即可在控制台上显示出训练

者所在的位置。这样虽然训练中漆黑一片或充斥烟雾，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，由专用监控软件完毕显示、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。

步进跟踪过程时显示记录；

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、对训练成果评分;

参数设置，包括：每条线路的及格和满分时间，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、记录、报表打印。

可以同步对多名训练人员进行综合评分。

步进跟踪软件主界面

窗

b

a■靖或♦寿蚊•承

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

烟热模拟子系统的重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：12023W

出口风速：5m/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种视像监控点构成，保证监

控区域无死角和实现完全黑暗状况下日勺监控。包括红外摄像机，热成

像摄像机以及与之相配套日勺云台、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%

辨别率：420TVL

信噪比：252dB

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

辨别率：320X240

波长范围：8〜13Hm

热敏捷度（NETD）：<0.085℃

帧频：7.5Hz

启动时间：W7秒

功率：<6W

工作电压：14〜32VDC

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：-20C〜70℃

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

F阳研究院多雕烟辘糊繇统加卜08Tl5:36国

源殿髓

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多屏模丈

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说明：

1**悔瑞丽做顺施

2喉M福技膘赳池

3醺茂＜30川州

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。通过多种灯源及声光控制软件预先

设定的程序，形成明暗变幻、炮彩斑斓光效，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

各有关位置公布命令。

a）功率放大器参数

电源输入：AC220V50HZ叵巴

输出功率：1200W

输出频率：20〜20230Hz

信噪比：85dB

b)大功率音箱参数

扬声器直径：15〃

敏捷度：97dBW/m

频率响应：40〜20230Hz

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土2dB

有效频率范围75Hz〜20kHz

d）闪灯参数

电源：220V/50Hz

功率:1500WX2

灯管寿命：2100万次

e）彩灯参数

功率：300-500W

色温：3000K

f）方位指示灯参数

电源电压：DC12V

发光元件：LED矩阵

工作温度：-20C〜70℃

3.5.2.5控制及显示子系统

基本配置:

大屏幕子系统重要由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。系统设备监控分为当地方式和远程方式。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。

1,然风机2,热风机

当前用户

*工程师

2,图机

1•・网控制方式

本检操作

乐进风视

当前癖

1,入口2,入口8人口4,入口

3,热风机“然风机

00E同

用户登录11本地操传11*•悝捶=11设备操作11步进跟踪11电磁门11照明灯、警灯、方向灯

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、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，并对测试成果进行评价。

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W-60kPa

自动呼吸供气量215L/min

外形尺寸420X330X160mm

质量8kg

b)AJl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W7.5kg,

尺寸(mm)270X260X420

c)模拟人

高下电平应符合：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

气管插管有声音提醒、吸痰声音提醒

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台随身机构成，可同步监测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：220V±22V,50/60Hz±lHz

监测人数：8人

显示分辩率：1024X768

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：OmmHg〜270nlmHg

血压测量精度：±3mirHg

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：0℃〜50℃

体温测量精度：±0.2℃

心电ECG导联：I、II、III

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)

共模克制比:80dB

SP02显示范围：0%〜99%

SP02显示分辩率：1%

SP02测量精度：±3%

b)随身机技术参数：

电源：DC6V

电池规格：4节AA电池

持续工作时间：12小时

显示尺寸：50X16mm

显示分辩率：128X32mm

显示波形：ECG、SP02、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构成。系统采用无线发射与接受模

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200nl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，可同步接受5种模拟气体

浓度参数并在液晶屏上显示，记录数据可断电保持。

系统构成：PC主机、2个发射器、8个手持测试仪

通信方式：无线发送接受

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：WIOmW

测试仪接受敏捷度：^-105dbm

测试仪重量：250g

测试仪辨别率：128X64

测试仪存储量：10组模拟参数

模拟参数：一氧化碳0〜lOOOppm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措施，以学员为主体，教师为主导，质量

为主线，技能培养为关键，重视基础知识，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绪：

三维虚拟仿真培训中心建设的总体思绪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、重视素质、培养能力、鼓励

创新的目的，大力推进实践教学培训体系；强化培训措施和手段的改

革与创新。

三维虚拟仿真培训中心建设目的：

紧密的结合矿井生产实际，不停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措施和教学模式，完善多种考核

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应用。虚拟现实即

借助计算机技术及最新研制日勺传感装置所创立的一种崭新的模拟环

境。也称灵境技术或人工环境。这种虚拟仿真日勺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种以视觉感受为主，

也包括听觉、触觉日勺综合可感知的人工环境，可以直接观测模拟环境

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，其基本的思绪是在统一的时空

框架下，对真实矿山及有关现象的统一理解、体现与可视化再现。数

字矿山的关键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体现等多种手段获取多维的矿山信息，

并建立网络分布式共享、协同与运用机制，形成灵活便捷的数字措施

和更自然的思维方式。

三维虚拟仿真培训中心的基础应用：即运用可视化虚拟现实技术

沉浸性、交互性和设想性的特点，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，创立体验式情景

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

培训的基本思绪。同步为数字矿山各专业发展方向的科研及项目建设

奠定对应的基础。

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欧I影射，包括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措施；虚拟矿井中多源多

维海量信息的有效处理措施；应急救援、逃生避灾演习及辅助决策应

用等。

三维虚拟仿真培训中心日勺关键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老式的教具模式具有运用率高，承训量

大；易维护，内容建设升级周期短且成本较低等长处。

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规定/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，首先基于现实时

精确数据建立三维模型，严格遵照工程设计（CAD）原则和规定创立

高度逼真的三维场景，对详细煤矿（地表和井下）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，充足体现直观性、参与性日勺特点。煤矿被“搬”

到了计算机中，这一全新的数字措施带来的I是更直观的信息视野和更

自然日勺思维方式。平台与专业知识的结合，符合试验教学改革的思绪

和规定。

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、机电胴室、采/掘工作

面…应有尽有。

（图为仿真再现的I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体现对象，简化了学生

对复杂矿井系统日勺理解和认知。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，所得及所见。检索灵动，导

（虚拟仿真的场景和对象可通过输出设备，例如鼠标键盘、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长处

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）提供认知日勺信息更丰富，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，以全新的教案形式体现专业知识

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）实习认知新方式，

具有实践安全性高、教学低成本时长处。

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体

现。由表及里，最大程度地让学员理解矿山规划、生产经营及安全监

测管理的全过程。如：对井下通风、运送、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，深入地设计和制作仿真教学课件，扩展和丰富教学资源及试

验内容。这种以新技术为支撑日勺专业应用，对提高教学质量和试验水

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

重要装备，针对以虚拟现实技术为基础的复杂人一-机-一环境交互系

统进行模拟、仿真、测评和研发，立足于构建多种人机界面进行近似

真实虚拟体验教学与培训I。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

新措施解释复杂问题的思绪和基本能力，尤其是自己动手进行研究类

培训专题的设计、运行、总结和提高。同步三维虚拟仿真培训中心还

可作为其他专业方向教学研发中心和试验平台，开展体验类教学培训

课题成果展示。通过一定期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关键。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立的重要

内容和关键。建立一种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，而要建立一种完整的虚拟现实系统，首先要做的是

制定一种切实可行的视景系统应用硬件处理方案。

3D视景系统重要是三维显示硬件系统的集成应用。显示系统硬件是

三维虚拟仿真培训中心建设中重要的一环。作为3D/VR图形显示输出

系统，其关键部分目前较流行的I是立体版的高亮度投影显示系统，它

将图形工作站生成日勺高辨别率3D/VR场景以大幅立体投影的J方式显

示出来，让要交互的三维虚拟世界高度逼真地出现于参与者的眼前，

从而提供一种团体式参与，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），参与者可从不一样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

立体投影分为积极式和被动式立体。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，此外一台投射右眼图像，将左

右眼图像同步投射到屏幕上，投影机镜头前安装偏振光片，使投射

日勺光线变成偏振光，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

向是相似的，右眼的偏振片与投射右眼图像的投影机的偏振光片的

偏振方向是相似的，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

式都是由一种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H勺总体目的是：系统充足考虑到先进性、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

日勺技术、遵照布局设计优良、设备应用合理、界面友好简便、功能

有序实用、升级扩展性好日勺大屏幕融合系统，以到达既能满足大屏

幕图像和数据显示的J需求。

2.2.2设计根据

•系统的友好性和易操作性

良好日勺系统操作界面是必不可少的，中央控制系统是必不可少的,

简朴地使用一种触摸屏即可操作所有的系统设备中央控制系统具有

良好日勺原则性，可以其他硬件设备无缝连接。

•系统的可维护性

3D虚拟现实系统作为一种数据可视化和交互中心发挥着重要的作

用，首先是科研工作日勺重要工具，另一方面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。因此系统日勺稳定性至关重要；此外，由于虚拟现实多

通道投影系统的特点，系统需要定期维护，简洁迅速的系统维护

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具有几何纠正和边缘融合技术

可迅速的完毕系统的调试，实现了多通道投影系统最高的可维护性。

•系统的可靠性

投影机作为系统的关键显示设备，其可靠性对系统的I正常使用至

关重要。本系统采用日勺投影机，工作稳定可靠，故障率低，寿命长，

其平均无端障时间MTBF不小于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

为最终使顾客满意，大屏幕显示系统应遵照如下设计原则：

＞实用性

系统能满足多种现实和潜在的需求，且到达满意的效果。

＞可靠性

系统能提供长时间的持续运行，且稳定可靠。

＞先进性

系统的功能和性能到达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，保证系统日勺显示效果

长期不变。

＞经济性

在满足需求的I状况下，使系统建设和使用投入的成本尽量

小。

＞以便性

系统的调整、使用简朴易行，顾客操作界面友好，操作过程

简捷，经短时培训即可操作使用。

2.2.4系统重要设备

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I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

及安全演习，增强受训人员安全意识，提高受训人员对于安全危险状

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，有效到达教与学的I目的I。

安装地点：井上室内安装

系统符合室内电气设施施工原则及规定，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

习系统，满足矿山工人平常培训、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。

系统配置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,辨别率1920*1200工程积极式立体投影机。

投影机型号：PDF35AS3D

生产厂家：ProjectionDesign

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

原则辨别率：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

光源类型：超高压汞灯

投影机特性：3D

汇集方式：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：15T50KHZ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

原则辨别率：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：2023小时

投影参数

变焦方式：手动变焦

汇集方式：超广角镜：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：L70-2.50:1,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

色轮：RGBCMY：镜像和模拟仿真

RGBCYW：画面演示

RGBCW：高光亮度的I演示

扫描频率：水平扫描：15-150KHz

垂直扫描：48-190HZ

电脑兼容性：2560X1600-640X480像素辨别率

RGBHV,RGBS,RGsB

视频兼容性：HDTV（1080i/p,720p）,EDTV（576p,480p）,

SDTV（576i,480i）,NTSC,PAL,SECAM

接口参数

输入端子：2XDualLinkDVI（DVI-D）

2XHDMI1.3a

2XVGA(15-pinHDDSUB)

2XHDMI1.3a

1XYPbPrcomponentvideo(3xRCA)

输出端子：1XUSB鼠标控制，固件升级

2X12V(60mA)triggers(power/aspectratio)

4X可设置IR接受器

IX有线IRrepeateR

2X可设置XPort(前/后)

控制端子：1XRJ45TCP/IP网络端口

1XRS2329-pinDSUB

电气规格

产品噪音：30dB

电源性能:AC100-240V,50/60HZ

其他参数

外形设计：金属黑，银色

安全认证：CE,CSA“C/US”，FCCClassA,CCC

产品尺寸：376*510*223mm

产品重量：12.6kg

其他性能：带宽：205MHz,模拟RGB接口

带宽：165Hz,有DVT出J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%

系统配置立体声音响系统3套。采用高保真立体音箱系统。

系统配置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。

系统配置NVida有源立体眼镜9套。NVida是世界最为著名的视频

硬件系统开发商，其3DVISIONPRO立体眼镜是目前效果最佳的积极

式立体眼镜。

3DVisionPro是NVIDIA显卡的一项3D立体显示技术，是工程级

3D处理方案。

硬件规定

3DVision对硬件规定比较高，必须具有三个条件：

1、必须使用NVIDIAGeforce8以上显卡产品；

2、必须拥有一台刷新率为120Hz时显示输出设备；

3、必须购置NVIDIA日勺3DVisionPro发射器及眼镜。

时分法原理：

NVIDIA的3DVisionPro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一样的画面，即当屏幕播放左眼画

面日勺时候右侧镜片变黑，切换一次后，屏幕播放右眼画面的时候左侧

镜片变黑，这样，迅速的切换就保证了抵达左右眼是有细微差异的图

像。简朴的理解就是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一样的I画面，显示在

显示屏上，然后通过3DVision眼镜让左右眼分别看到不一样的J画面,

从而给人眼以错觉，让我们的眼睛误认为看到了一种“三维”日勺物体,

从而实现立体成像技术的。

也就是说，在整个显示过程当中，显示屏要以非常高的频率轮换

地传送左右眼图像，而与此同步3DVision眼镜也以同样高的速度开

关左右眼的液晶屏，让人眼看到不一样画面。当然，实现这一功能的

前提是您的显示屏也要可以支持如此高的I刷新速度，因此，你的显示

屏的1刷新率越高越好。一般来说，至少要到达120Hz以上，这样，分

到每只眼睛上的刷新率就可以到达60Hz,以至于不太晃眼。

系统配置4D动感座椅，详细体验人数及摆放位置可根据实际状况

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12HzaJ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.向参与者脸上喷射少许的水珠或者水雾

10.味道特效（可做备选或预留升级接口）

2.2.5系统功能

大屏幕显示系统重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，实现图像窗口时缩放、移动、

漫游等功能。通过显示单元对图像独特的处理方式，体目前多路信息

的同步显示能力、系统的超强稳定工作能力和强大日勺软件支持能力

±o通过融合显示系统的集成化功能来满足显示技术规定。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RGBifil面、视频画面的J实时显示，应满足

基本应用规定：

1）系统可显示立体图像，也可切换到非立体图像显示模式

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）支持多种制式的视频图像（可显示录像机、摄像机、DVD等

图像）和不一样辨别率（640X480〜3072X768）日勺计算机信

号。

5）画面可整屏显示，也可分屏显示。顾客可灵活启动窗口，定

义尺寸，画面可以自由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝的I

限制。采用软件控制窗口的融合、拼接与分割。

6）通过辨别率叠加，大屏幕上可以显示超高辨别率的计算机图

形。

7）可以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止、黑屏现象。

8）屏幕上的多种应用窗口（RGB窗口、视频窗口）可任意同RGB

图片文字窗口叠加显示，并且可任意缩放和移动。

9）能在大屏幕上同步显示多种视频图像、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，可持续工作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朴，无需对原系统做任何调整和改动，

保证整个系统的I通用性。

2.2.6技术路线：

1）演示动画类：调研/文字素材整顿--绘制分镜头剧本--Maya构建

场景模型和人物角色--绘制贴图-一场景灯光调制--调制动画和人

物角色--Unity3D虚拟仿真程序编制一一交互程序编制一一系统集

成--一现场安装应用测试一一程序调整一一系统运行。

2）演示动画类：调研/文字素材整顿--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AdobePremierePro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/文字素材整顿--绘制分镜头剧本--视频录制

----用AdobePremierePro工具配音----用Combustion校色—影片

输出一一系统集成----现场安装应用测试一--程序调整一--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，在对矿井及有关现象统一理解、体现与可视化再现的基础上，

精心组织、整顿各个工种技能及有关专业知识，采用全新的可视化体

现形式将其融汇于中，形成更自然的学习思维方式和灵活便捷的数字

教学措施。软件规定运用虚拟现实沉浸性、交互性和设想性的特点，

集成个性化培训教案设计及多媒体体现，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。培训内容重要包括:

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研究措施及制作规定

2.3.1.1建模

虚拟现实模型与一般动画中的模型制作具有一定口勺区别。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

程序愈加流畅。但太少的细节又将减少场景的真实感，因而需用特殊

建模措施，对模型进行处理，进而到达运行流畅且真实性高的效果。

材质烘焙

虚拟现实场景中，为了愈加真实地体现灯光、阴影等特殊效果，

不可直接使用Maya、3DSMax等建模程序的内置材质，需将材质、贴

图进行烘焙，进而到达理想日勺效果。

2.3.1.3法线贴图

模型欲到达最佳的视觉效果，需对模型的贴图进行Zbrush法线贴

图处理，从而增强模型的J立体感。

2.3.1.4动画制作

与一般动制作不一样的是，虚拟现实引擎不能识别所有的Maya、

3DSMax动作脚本，只有某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规定，相似日勺动作必须制

作若干组，来完善动作的细节，由虚拟现实平台根据状况调用不一样

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，保证系统的功能性与

稳定性。

2.3.1.6测试与优化

由于虚拟现实引擎的不一样，平台对模型及动画的兼容性规定不

一样，需通过严格的测试。

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。只有充足掌握煤矿专业知识，且纯熟掌握

三维建模、动画软件，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，而一般总项目日勺工期又相

对较短，因而要尽量防止模型、动画制作中的失误导致的工期延误。

我司专门从事煤矿虚拟现实有关研究工作，有数年实践经验，并

有众多有关案例，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

系统重要运用虚拟现实技术沉浸性、交互性和设想性的特点，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，创立体验式情景培训日勺新内容和新模式。其直观

易懂，形象生动的认知特性有助于提高培训效率、增强培训效果。煤

矿安全技术三维虚拟仿真培训平台包括日勺课件内容设计：

2.3.2.1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，完整地体现了多种现场出

警的必要流程，协助救援人员高效地完毕任务训练。

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，老式的书本式

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，可以还原事故通过、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

力和冲击力，引起大家深刻地反思，启迪学员提高安全意识。

煤矿事故虚拟再现日勺研究可以对事故发生的惨烈后果做最直接的

展示，使生者对事故有充足的认识，对安全问题可以愈加重视，也可

以对事故发生后的救援工作具有指导性作用。本部分重要内容:

1.当煤与瓦斯突出或瓦斯爆炸后，常人无法采集到现场图像，依托

模型的I生成技术进行模型的建设。

2.当透水事故发生后，大量的I水需要依托模型的渲染技术对场景

进行渲染，以到达给人震撼的效果。

2.3.2.3五大自然灾害培训、自救互救培训、各类训练演习流程

五大自然灾害培训：

煤矿多种灾害的虚拟模拟对煤矿灾害的发生规律的揭示具有重要

的意义，通过这项研究可以很直观的揭示煤矿发生灾害的前期所具有

的多种规律性前兆，这些前兆对我们此后的安全生产具有重要意义。

本部分的重要内容：

1.当煤与瓦斯突出灾害发生前，顶板、支护等的图像采集与它们

的变化图像进行时时的处理

2.当瓦斯爆炸发生前，除甲烷传感器的I数值变化模拟外，对点火

源的图像进行模拟。

3.当透水事故发生前，煤壁渗水等前兆进行模拟。

4,煤矿火灾安全培训

5.煤矿煤尘灾害防治培训

自救互救培训:

灾变环境下，自救互救逃生方式、措施的研究是煤矿工人必修的

课程。这项研究是十分必要的U当发生灾害后，矿工可以纯熟的使用

自救设备进行自救，寻找最佳逃生路线进行逃生，是这项研究的目的,

这将为煤矿在灾变期间减少伤亡提供实景训练和指导。本部分重要内

容：

1.当发生灾害后，人员的I每一种操作均有也许影响自己的生命，

甚至是他人的生命安全。通过此项技术让学员可以理解对的IaI

自救、互救逃生操作环节。

2.发生灾害后，人员通过操作变化环境，通过模型同步技术，将

人员的操作成果展