煤矿安全三维仿真训练系统

安全问题是制约煤矿企业健康发展的最主要因素之一。大量的安全事故不仅给煤炭企业造成了巨大的经济损失，也对矿山工作人员的生命安全造成了严重的威胁。

安全教育和安全操作训练是预防煤矿安全事故发生的主要手段。然而，以课堂教学和案例分析为主的传统的安全培训模式不能给受训者很好的感情认识，也不利于具体操作技能的提高。

由山东师范大学和山东滕州辰龙能源集团有限公司合作，将虚拟现实技术应用于煤矿安全管理，开发研制了一套用于煤矿安全操作培训的仿真训练软件系统。

本项目开发的煤矿安全三维仿真训练系统（简称SSCMT系统）主要应用于煤矿安全操作培训。该系统以国家颁布的安全规程和操作规程为依据，结合一线生产中的实际问题，制定完整的安全操作标准。

利用虚拟现实技术创建逼真的井下三维虚拟工作环境，包括井下巷道、工人角色、采矿机械等可见的井下环境和瓦斯、粉尘等不可见的环境因素。在此虚拟环境中，受训者进行安全操作规程的学习和井下行走、机械操作、数据监测等内容的安全作业训练。

本项目在国内外首次实现了集动画演示、互动训练、技能评价为一体的煤矿虚拟培训系统。动画演示模块通过动画和语音解说展示正确的操作方法；互动训练模块可以使受训者在虚拟的井下环境中，通过交互设备完成各种操作训练；技能评价模块对受训者的操作正确性进行判断，给出作业成绩。

通过该系统，受训者可以不下井却能体验到近似真实的井下工作环境，减少实地训练带来的安全风险。

SSCMT系统包括大量的井下巷道、机械等虚拟模型，数据量庞大。为达到实时显示的要求，对系统进行了加速算法优化。采用区域分割法，使每一帧渲染的多边形数目平均减少了50%。SSCMT系统可在一般的中低端PC机上流畅运行，经过测试，在主频为1.73GHz、1G内存、GForce 8400MG显卡的笔记本电脑上运行，帧率可达到50帧/秒以上。较低的硬件要求使SSCMT系统具有普及、使用方便、成本低等特点。

SSCMT系统有单机版和网络版，既可以作为工人个体进行学习和训练的工具，也可以作为远程教育培训和训练的工具。

通过该项目，在国内外核心期刊发表论文2篇，授权专利2项。开发的系统经山东省软件评测中心进行了软件测试，系统功能完善、运行稳定。项目在2011年10月通过鉴定，达到国内领先水平。

系统已在山东省内十几家煤矿企业或煤矿培训教学中心进行了应用。应用显示：通过系统，可有效地提高工人的参训积极性和培训质量，降低培训成本，预防因不规范操作引起的安全事故。

截止2012年12月，通过对十几家应用单位两年多的统计显示：对于新工人的培训周期缩短了约60%，对于老工人的培训周期缩短了约30%；因不规范操作引起的机械损坏、误工停工事故减少约27%。由此节约成本9000余万元，经济效益显著。

由于培训质量的提高，工人安全技能和安全意识得到明显增强，由于误操作引起的人身伤亡事故也有明显减少。通过对使用SSCMT系统前后的安全事故统计数据进行对比，人身伤亡事故减少了约21%，取得了良好的社会效益。

安全问题是制约煤矿企业健康发展的最主要因素之一，大量的安全事故，不仅给煤炭企业造成了巨大的经济损失，也对矿山工作人员的生命安全造成了严重的威胁。安全教育和安全操作训练是预防煤矿安全事故发生的主要手段,然而，以课堂教学和案例分析为主的传统的安全培训模式不能给受训者很好的感情认识，也不利于具体操作技能的提高。由山东师范大学和山东滕州辰龙能源集团有限公司合作，将虚拟现实技术应用于煤矿安全管理，开发研制了一套用于煤矿安全操作培训用的仿真训练软件系统。本项目开发的煤矿安全三维仿真训练系统（简称SSCMT系统）主要应用于煤矿安全操作培训。该系统以国家颁布的安全规程和操作规程为依据，结合一线生产中的实际问题，制定完整的安全操作标准。利用虚拟现实技术创建逼真的井下三维虚拟工作环境，包括井下巷道、工人角色、采矿机械等可见的井下环境和瓦斯、粉尘等不可见的环境因素。在此虚拟环境中，受训者进行安全操作规程的学习和井下行走、机械操作、数据监测等内容的安全作业训练。本项目在国内外首次实现了集动画演示、互动训练、技能评价为一体的煤矿虚拟培训系统。动画演示模块通过动画和语音解说展示正确的操作方法；互动训练模块可以使受训者在虚拟的井下环境中，通过交互设备完成各种操作训练；技能评价模块对受训者的操作正确性进行判断，给出作业成绩。通过该系统，受训者可以不下井却能体验到近似真实的井下工作环境，减少实地训练带来的安全风险。SSCMT系统包括大量的井下巷道、机械等虚拟模型，数据量庞大。为达到实时显示的要求，对系统进行了加速算法优化。采用区域分割法，使每一帧渲染的多边形数目平均减少了50%。SSCMT系统可在一般的中低端PC机上流畅运行，经过测试，在主频为1.73GHz、1G内存、GForce 8400MG显卡的笔记本电脑上运行，帧率可达到50帧/秒以上。较低的硬件要求使SSCMT系统具有以普及、使用方便、成本低等特点。SSCMT系统有单机版和网络版，既可以作为工人个体进行学习和训练的工具，也可以作为远程教育培训和训练的工具。通过该项目，在国内外核心期刊发表论文2篇，授权专利2项。开发的系统经山东省软件评测中心进行了软件测试，系统功能完善、运行稳定。项目在2011年10月通过鉴定，达到国内领先水平。系统已在山东省内十几家煤矿企业或煤矿培训教学中心进行了应用，应用显示：通过系统，可有效的提高工人的参训积极性和培训质量，降低培训成本，预防因不规范操作引起的安全事故。截止2012年12月，通过对十几家应用单位两年多的统计显示：对于新工人的培训周期缩短了约60%，对于老工人的培训周期缩短了约30%；因不规范操作引起的机械损坏、误工停工事故减少约27%。由此节约成本9000余万元，经济效益显著。由于培训质量的提高，工人安全技能和安全意识得到明显增强，由于误操作引起的人身伤亡事故也有明显减少。通过对使用SSCMT系统前后的安全事故统计数据进行对比，人身伤亡事故减少了约21%，取得了良好的社会效益。