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《中国地质大学》 2012年
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富全矿典型岗位安全培训虚拟现实系统研究

徐姣  
【摘要】:矿山行业安全生产事故发生率和事故后果在各个行业一直居高不下,为此,国家投入了大量的人力、物力、财力,基本实现了矿山企业机械化,提高了矿山生产技术水平,扩大了设备本质安全化范围,但是矿山企业安全培训工作却未得到很大进展,矿山作业人员素质仍然很低,如作业人员安全意识低,不安全行为时有发生,对自己的岗位风险不明,事故应急处理能力低等。据我国金属非金属矿山安全事故统计,90%以上的安全事故仍然是人为责任事故,严重制约着矿山企业的发展。 目前,我国的矿山企业安全培训形式大都采用录像、多媒体等手段讲授矿山安全理论知识,但矿山事故多为井下事故,如透水事故、火灾事故、冒顶片帮等,讲授培训抽象难懂,而录像又缺乏沉浸感和交互能力,作业人员只能被动接受,无法形象地领会教师讲授的内容,使得安全培训经常处于作业人员懒散、培训人员唱独角戏、考试随意应付的状况,从而使作业人员在工作的时候发生误操作,引发安全事故。 由于传统培训方式的诸多缺点,已不能满足矿山生产技术水平和现代安全生产的需要,更不能满足现代化发展对投入和收益及效率的要求,急需改革。行业专家和政府官员们也积极地寻找最有效的培训方法,如国内外提出的或已经开发出的动画教学法、实验室教学法、模拟教学法、虚拟现实培训系统等。动画教学法由于其二维性和幼稚性,效果不明显;实验室教学法和模拟教学法需要将实际的工作场景按等比例缩小或放大制造出来,人力、物力、财力消耗太大,不现实;而虚拟现实培训系统由于其直观性、多样性、身临其境感、虚拟性、效果显著、成本低等大量的优点脱颖而出,成为最有前景的培训形式。 目前国内外已经有部分公司开发了类似的系统,且应用到了煤矿企业,如平顶山职业技术学院开发了矿井生产系统,中视典数字科技为某矿业大学开发了煤炭安全与技能虚拟实训系统等,但金属矿山企业还未见引入。近年来,“安全五步工作法”在矿山企业大力推行,矿山“五步工作法”从矿山企业典型岗位出发开展工作,有针对性地开展安全工作,角度新颖,接受度高。 论文根据富全矿典型岗位的实际情况,将“安全五步工作法”与虚拟现实技术相结合,对虚拟现实技术应用于富全矿典型岗位安全培训进行了研究,并以凿岩工为实例进行系统关键技术研究,同时为金属矿山行业安全培训提供一定的参考。 论文共分五章。第一章为概述部分,主要研究了论文选题的必要性和意义;分析总结了国内外矿山安全培训的研究现状,着重介绍了虚拟现实技术在矿山安全培训领域的应用,总结了矿山安全培训工作存在的不足,从而确立了本论文的研究目的的研究内容,制定了技术路线,为下文的撰写做好铺垫。 论文的第二章对富全矿典型岗位作业过程中的危险源进行了辨识。首先介绍了危险源辨识方法,并根据富全矿实际情况选择了合适的危险源辨识方法,从而辨识了富全矿典型岗位作业的危险源。 第三章对富全矿安全培训虚拟现实系统进行了总体设计。首先阐述了系统设计原则,进行了系统需要分析和功能设计;其次从总体框架、培训目标、全员培训、典型岗位培训及培训效果反馈等方面呈现了安全培训系统的构成;以凿岩工种为实例开展了典型岗位的安全培训系统内容设计,主要包括凿岩作业流程培训、安全操作规程培训、事故类型安全培训和事故应急培训等。为了使培训系统持续更新改进,本文将安全培训效果评估作为培训系统反馈环节,形成了闭环系统,对于富全矿安全培训工作的高效展开具有重要意义。 第四章以凿岩工为例进行了安全培训虚拟现实系统实现关键技术研究。首先详细介绍了虚拟现实的相关概念,包括虚拟现实的定义、特征、构成和分类等,这些概念的掌握对一系统的工具选择、系统类别定位、开发成本控制、系统使用方式等非常重要;其次比较了Maya、SoftImage、3DS MAX等三款目前最流行的建模软件的适用范围、优缺点、难易程度、开发成本等,最终选择3DS MAX作为本系统的建模软件;另外,选择VRP作为虚拟现实开发平台,介绍了VRP的工作原理及操作方法。 在模型建立阶段,详细地阐述了静态模型和动态模型的建立过程,前者包括人物模型的构建、设备模型的构建、场景模型的构建,后者包括虚拟人物操作设备动画设计事故动画设计;建模部分完成后,对模型进行优化和烘焙以将其导入VRP编辑器进行虚拟现实,进行培训音频的加载和3D音效设置,使本系统的关键技术得以实现。 第五章,对全文进行了总结,对需要进一步研究和改进的部分进行了展望。 本文从金属矿山安全培训现状及实际需要出发,开发了富全矿典型岗位安全培训虚拟系统。安全培训虚拟现实系统将人、机、环境以一种非常协调的方式虚拟地结合起来,弥补了传统安全培训教育的缺陷,使事故虚拟现实培训成为可能,避免了物理模型培训的高投入,节约了大量的资源,提高了认知性和操作性培训效果。在未来高度信息化和效率第一的发展模式下,安全培训虚拟现实系统具有划时代的意义和作用。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.9;TD79

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