矿井安全计算机仿真系统软件的设计

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了矿井安全计算机仿真系统软件的设计范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

目前第三方提供的NANDFlash控制器使用不够灵活，不能很好地满足用户需求，因此文中提出了基于AHB总线的NANDFlash控制器的设计方法，采用Verilog实现，VCS进行功能仿真，并在XILINX公司的XC2V500器件中得到验证。

其一，建立事故模型。事故模型的建立分为2种，一种是瓦斯爆炸，另种是涌水。前者是模拟矿井瓦斯爆燃的过程，当初始状态的温度和压力、声速正常时，瓦斯爆炸的条件以三角形为准。

其二，实行虚拟现实和安全避灾仿真技术。采用计算机营造具有真实感受的三维环境模拟矿井生产过程，以及进行矿井安全防灾和避灾的演示。由于矿井中的安全隐患问题，影响着矿井工作人员的生命安全，因此将安全隐患与虚拟现实技术相结合进行全过程仿真。例如：矿井瓦斯爆炸仿真。在矿井中以随机的方式产生爆炸，造成人员伤亡、工作机械设备变形等，然后通过安全避灾仿真技术，采用三维演示的方式模拟事故发生前的全过程，找到避灾的逃生路线。同时建立避灾知识的数据库，将相关法律和处理方式、应急预案，以及逃生技巧等内容进行收集、存储，并融入到矿井计算机仿真系统软件中。针对不同的安全事故，给出不同的处置建议，从多方面进行矿井安全模拟。

其三，矿井生产过程的仿真。由于矿井事故的发生多出现在生产的过程中，因此对矿井生产过程的仿真是模拟安全事故发生的根本条件。例如：构建模拟矿井拥有轨道和巷道、运输车辆，以及安全设备等，同时根据各自的功能进行运作的场景。

矿井安全计算机仿真系统软件的设计

总体和建模设计在矿井安全计算机仿真系统软件中，系统主要由三维模型库和虚拟仿真系统构成。其中，虚拟仿真系统是整个矿井安全计算机仿真系统的中心，分别拥有虚拟的控制平台和虚拟的场景，以及交互仿真平台三者构成。虚拟的控制平台是操作的人机界面；场景是按照实际人员操作的过程，而进行仿真过程；交互仿真平台则是提供的支撑平台，并通过动态的3D引擎所完成操作。创建虚拟环境以前必须要对矿井中的环境物件进行三维建模，以实现虚拟可视化和生成静态虚拟场景。确定计算机仿真系统的边界是虚拟的仿真子系统，根据用户的需求以系统的边界为准，采用UML建模中的用例建模来决定角色。

计算机仿真系统软件的结构和详细设计系统软件的结构设计主要分为4种：MDB，也就是多媒体数据库，由于它存储着场景中模型的文字和声音、数据结构和视频等，因此它是整个系统数据的来源点，处于核心的地位；通过3D引擎中的引擎内核、图形和声音处理模块，以及交互和游戏逻辑处理模块来完成场景的绘制和表达；然后，采用用户界面管理虚拟场景中的输入信息等；最后，利用DL，也就是三维模型格式转换将建模中的数据转换成为系统所定义的数据结构。矿井安全计算机仿真系统软件包含着漫游子系统和生产子系统、设备展示和矿井安全4个系统部分。其中，漫游子系统和生产子系统，主要是利用虚拟矿工漫游的方式，将矿井中的工作场景以真实效果的形式进行展现。从这个系统中，不仅可以看到设备的实际运行状况，还能对各工作根据安全要求做出提示预警，实现矿井工作的配合演示与实际的矿井安全操作训练。同时通过设计生产过程中的排水和煤运系统、动力和通风系统熟悉矿井工作的整个生产流程；设备展示和矿井安全，在设备的展示中主要分为采煤机和液压支架，以及移动变电站来进行设备的展示，使矿井工作人员更加熟知设备和熟悉生产过程，而矿井安全则是在整个矿井工作的时候，每个部分都有相对应的安全提示或预警，帮助工作人员在遇到紧急危险的时候，明确熟知怎样正确去完成操作，避免发生安全问题。因此，设置了反风系统和火水灾避灾系统。

矿井安全计算机仿真系统软件的实现

由于矿井安全计算机仿真系统针对的是矿井漫游和系统引擎的实现。因此在矿井漫游实现中，通过对矿井工作人员从骨架和肌肉，以及皮肤三方面进行几何模型的构建，以此，确定了人的基本姿态和虚拟的显示外观。根据三维人体的运动和动力学特性，按照人各关节相对的位姿变化，确定三个坐标系：世界和人体基坐标系，以及人体各关节局部坐标系，构建工作人员运动的模型。利用工作面中的键盘控制矿井工作人员完成各种运动，例如：前进和后退，左后转动。这一系统主要是进行安全设置，如果工作人员在操作时违反了安全规程，那么就会自动退出该系统，继续对安全的操作进行学习。在仿真系统引擎实现中，由于引擎主要是采取的3D游戏引擎，因此它是高层图形软件进行开发最为理想的工具。其中，在引擎中有场景对象和地形管理、图形接口，以及规则管理等。它的函数类主要有：Level，Engine，Piayer。在场景管理类中设置对象：摄像机，对场景的节点进行管理等。在完成这些操作以后，就要对该系统进行测试。采用入井的检测功能，利用键盘上的控制键控制井下工作人员进行井下安全生产过程各项移动操作训练。例如：↑，↓，←，→（控制移动的方向），Z，C（控制视野大小）。井下非安全的区域是不可以进入的，如果操作人员执行了操作，那么将在扣分的同时，自动退出操作，重新进行安全规则内容的学习。只有通过学习以后，才能够继续进行下步系统的操作。

结语

总之，矿井安全计算机仿真系统软件，主要是根据虚拟现实语言来构建的一个针对模拟真实矿井生产过程的操作训练模拟软件。通过在真实效果的场景中，采用漫游获取实时的矿井数据信息，然后模拟矿井中的生产过程，使工作人员了解和掌握矿井的结构和生产状况等，同时根据安全要求给出适当提示与警示。这种系统软件不但使矿井工作人员在安全问题上得到了更好的培训，还为日后矿井生产提供了重要安全保障。

作者：卜宪宪 单位：青岛农业大学