礦井安全計算機仿真系統軟件的設計

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目前第三方提供的NANDFlash控制器使用不夠靈活，不能很好地滿足用戶需求，因此文中提出了基于AHB總線的NANDFlash控制器的設計方法，采用Verilog實現，VCS進行功能仿真，并在XILINX公司的XC2V500器件中得到驗證。

其一，建立事故模型。事故模型的建立分為2種，一種是瓦斯爆炸，另種是涌水。前者是模擬礦井瓦斯爆燃的過程，當初始狀態的溫度和壓力、聲速正常時，瓦斯爆炸的條件以三角形為準。

其二，實行虛擬現實和安全避災仿真技術。采用計算機營造具有真實感受的三維環境模擬礦井生產過程，以及進行礦井安全防災和避災的演示。由于礦井中的安全隱患問題，影響著礦井工作人員的生命安全，因此將安全隱患與虛擬現實技術相結合進行全過程仿真。例如：礦井瓦斯爆炸仿真。在礦井中以隨機的方式產生爆炸，造成人員傷亡、工作機械設備變形等，然后通過安全避災仿真技術，采用三維演示的方式模擬事故發生前的全過程，找到避災的逃生路線。同時建立避災知識的數據庫，將相關法律和處理方式、應急預案，以及逃生技巧等內容進行收集、存儲，并融入到礦井計算機仿真系統軟件中。針對不同的安全事故，給出不同的處置建議，從多方面進行礦井安全模擬。

其三，礦井生產過程的仿真。由于礦井事故的發生多出現在生產的過程中，因此對礦井生產過程的仿真是模擬安全事故發生的根本條件。例如：構建模擬礦井擁有軌道和巷道、運輸車輛，以及安全設備等，同時根據各自的功能進行運作的場景。

礦井安全計算機仿真系統軟件的設計

總體和建模設計在礦井安全計算機仿真系統軟件中，系統主要由三維模型庫和虛擬仿真系統構成。其中，虛擬仿真系統是整個礦井安全計算機仿真系統的中心，分別擁有虛擬的控制平臺和虛擬的場景，以及交互仿真平臺三者構成。虛擬的控制平臺是操作的人機界面；場景是按照實際人員操作的過程，而進行仿真過程；交互仿真平臺則是提供的支撐平臺，并通過動態的3D引擎所完成操作。創建虛擬環境以前必須要對礦井中的環境物件進行三維建模，以實現虛擬可視化和生成靜態虛擬場景。確定計算機仿真系統的邊界是虛擬的仿真子系統，根據用戶的需求以系統的邊界為準，采用UML建模中的用例建模來決定角色。

計算機仿真系統軟件的結構和詳細設計系統軟件的結構設計主要分為4種：MDB，也就是多媒體數據庫，由于它存儲著場景中模型的文字和聲音、數據結構和視頻等，因此它是整個系統數據的來源點，處于核心的地位；通過3D引擎中的引擎內核、圖形和聲音處理模塊，以及交互和游戲邏輯處理模塊來完成場景的繪制和表達；然后，采用用戶界面管理虛擬場景中的輸入信息等；最后，利用DL，也就是三維模型格式轉換將建模中的數據轉換成為系統所定義的數據結構。礦井安全計算機仿真系統軟件包含著漫游子系統和生產子系統、設備展示和礦井安全4個系統部分。其中，漫游子系統和生產子系統，主要是利用虛擬礦工漫游的方式，將礦井中的工作場景以真實效果的形式進行展現。從這個系統中，不僅可以看到設備的實際運行狀況，還能對各工作根據安全要求做出提示預警，實現礦井工作的配合演示與實際的礦井安全操作訓練。同時通過設計生產過程中的排水和煤運系統、動力和通風系統熟悉礦井工作的整個生產流程；設備展示和礦井安全，在設備的展示中主要分為采煤機和液壓支架，以及移動變電站來進行設備的展示，使礦井工作人員更加熟知設備和熟悉生產過程，而礦井安全則是在整個礦井工作的時候，每個部分都有相對應的安全提示或預警，幫助工作人員在遇到緊急危險的時候，明確熟知怎樣正確去完成操作，避免發生安全問題。因此，設置了反風系統和火水災避災系統。

礦井安全計算機仿真系統軟件的實現

由于礦井安全計算機仿真系統針對的是礦井漫游和系統引擎的實現。因此在礦井漫游實現中，通過對礦井工作人員從骨架和肌肉，以及皮膚三方面進行幾何模型的構建，以此，確定了人的基本姿態和虛擬的顯示外觀。根據三維人體的運動和動力學特性，按照人各關節相對的位姿變化，確定三個坐標系：世界和人體基坐標系，以及人體各關節局部坐標系，構建工作人員運動的模型。利用工作面中的鍵盤控制礦井工作人員完成各種運動，例如：前進和后退，左后轉動。這一系統主要是進行安全設置，如果工作人員在操作時違反了安全規程，那么就會自動退出該系統，繼續對安全的操作進行學習。在仿真系統引擎實現中，由于引擎主要是采取的3D游戲引擎，因此它是高層圖形軟件進行開發最為理想的工具。其中，在引擎中有場景對象和地形管理、圖形接口，以及規則管理等。它的函數類主要有：Level，Engine，Piayer。在場景管理類中設置對象：攝像機，對場景的節點進行管理等。在完成這些操作以后，就要對該系統進行測試。采用入井的檢測功能，利用鍵盤上的控制鍵控制井下工作人員進行井下安全生產過程各項移動操作訓練。例如：↑，↓，←，→（控制移動的方向），Z，C（控制視野大小）。井下非安全的區域是不可以進入的，如果操作人員執行了操作，那么將在扣分的同時，自動退出操作，重新進行安全規則內容的學習。只有通過學習以后，才能夠繼續進行下步系統的操作。

結語

總之，礦井安全計算機仿真系統軟件，主要是根據虛擬現實語言來構建的一個針對模擬真實礦井生產過程的操作訓練模擬軟件。通過在真實效果的場景中，采用漫游獲取實時的礦井數據信息，然后模擬礦井中的生產過程，使工作人員了解和掌握礦井的結構和生產狀況等，同時根據安全要求給出適當提示與警示。這種系統軟件不但使礦井工作人員在安全問題上得到了更好的培訓，還為日后礦井生產提供了重要安全保障。

作者：卜憲憲 單位：青島農業大學