本實用新型屬于3D建模技術領域，具體涉及一種面向數字礦山的虛擬監控系統。

背景技術：

現階段礦山3D建模專業軟件都是實體模型，模型數據量大，不能夠跨平臺應用或對計算機系統性能要求較高，另外，礦山3D模型主要起演示作用，不能與礦山設備運行數據和生產管理數據通信，缺乏通過數據驅動3D模型的可視化礦山生產管理，跟礦山生產運行狀態不能有效結合起來。數字礦山建設和礦山自動化、信息化建設實現了礦山生產過程設備的自動化運行和遠程控制管理，獲取了大量的數字化信息數據，但缺少一種對礦山生產運行狀態的全方位、可視化的整體實時動態監控方式，因此，迫切需要一種礦山實時數據通信服務與虛擬可視化相融合的監控平臺，實現礦山生產過程的實時虛擬監控。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本實用新型提出一種面向數字礦山的虛擬監控系統。

本實用新型的技術方案是：

一種面向數字礦山的虛擬監控系統，包括生產調度移動終端、數據服務器、虛擬監控端服務器；

所述生產調度移動終端通過礦區無線局域網或移動互聯網與數據服務器通訊，所述數據服務器通過以太網與虛擬監控端服務器進行通訊；

所述生產調度移動終端設置于礦山的卡車、電鏟、鏟運機、鉆機、電機車、灑水車、推土機、平路機、鑿巖臺車、掘進臺車、輔助作業車輛和指揮調度車輛上。

可選地，所述虛擬監控端服務器搭建有虛擬監控單元，包括用戶界面交互模塊、消息隊列訂閱服務模塊、數據查詢模塊、靜態3D模型和對象模型管理模塊、實時動態監控與路徑控制模塊；

所述用戶界面交互模塊，用于實時顯示礦山生產過程、切換Unity 3D相機、改變場景內容、實時監控礦山生產過程；

所述消息隊列訂閱服務模塊，用于進行消息數據訂閱服務，訂閱采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據，并進行實時解析；

所述數據查詢模塊，用于查詢設備運行相關數據和生產管理相關數據；

所述靜態3D模型和對象模型管理模塊，用于建立礦山靜態3D模型，并構建礦山生產設備及人員的對象模型，貼圖渲染后導入到Unity 3D中；

所述實時動態監控與路徑控制模塊，用于將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據與靜態3D模型和對象模型進行關聯，將實時采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據通過Unity 3D實時傳入到靜態3D模型和對象模型中，得到實時動態監控模型，并實時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑。

可選地，所述生產調度移動終端，用于實時采集礦山上的設備運行相關數據，傳輸至數據服務器；所述設備運行相關數據包括：設備的基本標識、設備操作司機的標識、設備的空間位置數據、設備工況數據、設備運行狀態數據。

可選地，所述數據服務器，用于獲取生產管理相關數據，建立消息隊列服務平臺，將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據實時廣播至礦區無線局域網或移動互聯網；所述生產管理相關數據包括：設備檔案、人員檔案、物料檔案、狀態統計數據、生產報表數據。

本實用新型的有益效果：

本實用新型提出一種面向數字礦山的虛擬監控系統，本實用新型專注于基于數據驅動的礦山虛擬監控模型的建立，是數字礦山建設的一部分，不同于以往的單純礦山地質模型或者3D展示模型的制作。場景中內容豐富，生產過程的各種數據和狀態實時改變，通過消息隊列服務提高了實時數據發布的速度，達到了多角度、全方位礦山可視化管理，實現了對整個礦山運行狀態的有效監控和管理。

附圖說明

圖1為本實用新型具體實施方式中面向數字礦山的虛擬監控系統的結構示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型具體實施方式加以詳細的說明。

本實用新型提出一種面向數字礦山的虛擬監控系統，解決礦山各類生產管理數據的高效廣播訂閱方法。實現從數據服務器系統獲取礦山實時生產管理的數據，并在礦山靜態3D模型的基礎上，實現以數據驅動的整個礦山動態3D模型及場景，是對整個礦山生產過程的全方位、多角度實時虛擬監控和3D可視化管理的一種實現方法和途徑，具有不錯的應用前景。

一種面向數字礦山的虛擬監控系統，如圖1所示，包括生產調度移動終端、數據服務器、虛擬監控端服務器。

生產調度移動終端通過礦區無線局域網或移動互聯網與數據服務器通訊，數據服務器通過以太網與虛擬監控端服務器進行通訊。

生產調度移動終端設置于礦山的卡車、電鏟、鏟運機、鉆機、電機車、灑水車、推土機、平路機、鑿巖臺車、掘進臺車、輔助作業車輛和指揮調度車輛上。

生產調度移動終端，用于實時采集礦山上的設備運行相關數據，傳輸至數據服務器；設備運行相關數據包括：設備的基本標識、設備操作司機的標識、設備的空間位置數據、設備工況數據、設備運行狀態數據。

數據服務器，用于獲取生產管理相關數據，建立消息隊列服務平臺，將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據實時廣播至礦區無線局域網或移動互聯網；生產管理相關數據包括：設備檔案、人員檔案、物料檔案、狀態統計數據、生產報表數據。

本實施方式中，通過數據服務器將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據通過消息隊列服務平臺按照固定協議和數據結構進行廣播，實現實時采集到的生產管理相關數據可以在礦區無線局域網或移動互聯網進行消息訂閱的功能。

虛擬監控端服務器搭建有虛擬監控單元，包括用戶界面交互模塊、消息隊列訂閱服務模塊、數據查詢模塊、靜態3D模型和對象模型管理模塊、實時動態監控與路徑控制模塊。

用戶界面交互模塊，用于實時顯示礦山生產過程、切換Unity 3D相機、改變場景內容、實時監控礦山生產過程。

消息隊列訂閱服務模塊，用于進行消息數據訂閱服務，訂閱采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據，并進行實時解析。

本實施方式中，在接收線程中將廣播的消息數據放入消息隊列，在解析線程中按照數據服務器廣播的數據結構進行異步解析。

在Unity 3D平臺的程序開發平臺以消息服務協議為基礎，按照數據服務器的地址和端口，通過數據服務器發布的話題，進行數據的訂閱。通過多線程技術實現了在接收數據的同時進行按照約定數據結構解析采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據，實現數據接收服務。

數據查詢模塊，用于查詢設備運行相關數據和生產管理相關數據。

靜態3D模型和對象模型管理模塊，用于建立礦山靜態3D模型，并構建礦山生產設備及人員的對象模型，貼圖渲染后導入到Unity 3D中。

本實施方式中，通過礦山專業軟件或相關軟件建立礦山地上建筑物和設施等地理元素的3D模型，根據提供的地表等高線建立數字地面模型，根據礦體剖面圖等數據建立礦體模型，得到礦山靜態3D模型，利用三維建模軟件建立礦山設施、設備和人員的模型。將做好的模型貼圖渲染后導出為FBX格式，導入到Unity 3D中。

根據實際布局布置，對各種設施、設備和人員對象添加唯一標簽。對于數量變化比較大的相同種類的模型，如工作人員，采用動態復制的方法來生成。對道路、巷道以及地表地形進行尋路網格(NavMesh)的渲染，為需要經常行走的模型添加尋路代理，以實現根據對象的空間位置坐標點自動尋路的功能。

實時動態監控與路徑控制模塊，用于將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據與靜態3D模型和對象模型進行關聯，將實時采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據通過Unity 3D實時傳入到靜態3D模型和對象模型中，得到實時動態監控模型，并實時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑。

本實施方式中，根據接收并解析后的設備運行相關數據和生產管理相關數據分別操作虛擬場景中對應靜態3D模型和對象模型；操作虛擬場景中對應靜態3D模型和對象模型，包括進行對象模型的移動、對象模型的狀態變化、實時消息內容提醒、數據查詢信息生成，實現數據驅動的礦山場景更換和生產狀態實時轉變。

采用上述面向數字礦山的虛擬監控系統進行礦山虛擬監控的的具體過程如下：

通過生產調度移動終端實時采集礦山上的設備運行相關數據，傳輸至數據服務器；通過數據服務器獲取生產管理相關數據，建立消息隊列服務平臺，將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據實時廣播至礦區無線局域網或移動互聯網；通過虛擬監控端服務器訂閱采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據，并進行實時解析；通過虛擬監控端服務器建立礦山靜態3D模型，并構建礦山生產設備及人員的對象模型，貼圖渲染后導入到Unity 3D中；通過虛擬監控端服務器將采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據與靜態3D模型和對象模型進行關聯；通過虛擬監控端服務器將實時采集的設備運行相關數據和獲取的生產管理相關數據通過Unity 3D實時傳入到靜態3D模型和對象模型中，得到實時動態監控模型；通過實時動態監控模型對礦山生產狀態和工作過程進行實時監控，并實時顯示對象模型位置和查詢對象移動路徑，查詢設備運行相關數據和生產管理相關數據。