【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿区开采，特别涉及一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统及方法。
技术介绍
1、当前露天矿山采掘工作基于合理的爆破储备量，以满足挖掘机连续作业的采装需求，其中，一次爆破的矿岩量至少是挖掘机5-10昼夜的采装量。而目前的采装作业就是利用挖机将矿岩从较软弱的矿岩实体或经爆破破碎后的爆堆中挖取，装入运输工具卸载至某一卸载点。采装工作是露天矿山的整个生产过程的中心环节，其工业和生产能力在很大程度上决定着露天矿的开采方式、技术面貌、开采强度以及矿山开采的总体经济效益。挖机用于露天矿山已有百年历史，目前单斗挖机具有挖掘能力大、适应性较强、作业稳定可靠、操作和维护比较方便、运营费用低等优点，所以在国内外金属露天矿山的采装作业中仍占主要地位，但是在现有的挖掘开采工作中，还是存在着各种各样的安全隐患。
2、当前露天矿山开采现状，常见的危险情况主要在于爆破作业时对于地质的改变、挖机自重以及挖掘作业时形态变化导致的重心变化进而产生的安全问题。良好的爆破作业，其特点是岩体需要充分破碎、疏松膨胀，在地面隆起，绝大部分破碎岩石仅产生少量的位移，以便后续采掘及运输工作开展。该作业对爆破设计有极为严苛的要求与规范，但仍无法避免数据实际的偏差，一旦在采掘作业中，发生滑坡、垮塌等事故，容易造成人员、挖机设备的损伤与破坏。当前我国采掘作业仍依赖于传统的经验，保持合理距离、安全作业即可期望避免安全事故发生，但往往实际情况复杂，挖机开采人员无法全方位判断挖机与爆堆炮孔的位置关系以及爆破前的平台高度关系，调度管理人员受限于目前常见的二维平面开
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中挖机开采人员无法全方位判断挖机与爆堆炮孔的位置关系的缺陷，提供一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统及方法。
2、本专利技术的第一方面，提供了一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，包括：
3、矿区场景数字孪生模块，用于构建矿区虚拟场景，通过无人机倾斜摄影获取露天矿区三维信息，基于三维信息通过unity3d三维引擎构建矿区数字孪生场景；
4、数据采集模块，用于采集爆破计划数据、挖机信息、挖机姿态传感器信息以及挖机位置信息；
5、数据处理模块，分别与所述矿区场景数字孪生模块和数据采集模块连接，所述数据处理模块基于爆破计划数据生成炮孔模型，以及基于挖机信息、挖机姿态传感器信息和挖机位置信息生成挖机模型；所述数据处理模块用于将所述炮孔模型和挖机模型发送至矿区场景数字孪生模块，以在所述矿区场景数字孪生模块内生成炮孔碰撞体和挖机碰撞体；
6、判断模块，用于判断所述炮孔碰撞体和挖机碰撞体是否发生碰撞，若是，则发出告警信息。
7、进一步的方案为，所述爆破计划数据至少包括：炮孔rtk坐标位置信息、炮孔深度信息和炮孔影响范围信息；其中，炮孔深度信息和炮孔影响范围信息由矿方地测或爆破管理部门提供，炮孔rtk坐标位置信息通过手持式rtk测量仪人工测量。
8、进一步的方案为，所述数据处理模块包括模型构建单元，用于构建炮孔模型；所述炮孔模型为以所述炮孔rtk坐标位置信息为圆心，以所述炮孔影响范围信息为半径，以所述炮孔深度信息为高度的圆柱体模型；所述圆柱体模型的顶部位于矿区数字孪生场景表面，圆柱体模型的底部延伸至矿区数字孪生场景内部，在矿区数字孪生场景内形成所述炮孔碰撞体，若干个所述炮孔碰撞体构成爆堆区域。
9、进一步的方案为，所述数据处理模块包括神经网络构建单元，将若干组所述挖机信息、挖机姿态传感器信息以及挖机位置信息作为模型输入，将挖机动作信息作为模型输出，进行神经网络模型的迭代训练，以获得基于挖机信息、挖机姿态传感器信息和挖机位置信息的挖机动作信息神经网络模型；基于神经网络模型，通过输入挖机信息、挖机姿态传感器信息和挖机位置信息确定挖机动作信息，进而确定挖机的工作状态。
10、进一步的方案为，所述数据处理模块将所述挖机动作信息发送至所述矿区场景数字孪生模块，以使得所述挖机模型在所述矿区数字孪生场景执行所述挖机动作信息。
11、进一步的方案为，所述判断模块包括：
12、位置判断单元，用于判断挖机位置是否在所述爆堆区域内部；
13、时长判断单元，用于判断挖机在所述爆堆区域内的停留时长，若停留时长大于预设时长阈值，则认为该挖机正在进行挖掘作业；
14、碰撞判断单元，用于判断所述炮孔碰撞体和挖机碰撞体是否发生碰撞，判断过程包括：判断挖机位置是否在所述爆堆区域内部，若是，继续判断挖机在所述爆堆区域内的停留时长，若停留时长大于预设时长阈值，则认为该挖机正在进行挖掘作业；
15、获取挖机碰撞体坐标和炮孔碰撞体坐标，监测该挖机碰撞体坐标是否与爆堆区域中的炮孔碰撞体坐标重合，若重合，则认为发生碰撞，告警单元发出告警信息；；
16、告警单元，若炮孔碰撞体和挖机碰撞体是发生碰撞，则告警单元发出告警信息。
17、本专利技术的第二方面，提供了一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警方法，应用上述的基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，包括以下步骤：
18、通过无人机倾斜摄影获取露天矿区三维信息，基于三维信息通过unity3d三维引擎构建矿区数字孪生场景；
19、采集炮孔rtk坐标位置信息、炮孔深度信息和炮孔影响范围信息，构建圆柱体模型，将所述圆柱体模型放置在所述矿区数字孪生场景的对应位置，形成炮孔碰撞体；
20、采集挖机信息、挖机姿态传感器信息以及挖机位置信息，并将挖机信息、挖机姿态传感器信息以及位置信息输入神经网络模型，输出挖机动作信息，进而确定挖机的工作状态，以使得所述挖机模型在所述矿区数字孪生场景执行所述挖机动作信息；
21、判断所述炮孔碰撞体和挖机碰撞体是否发生碰撞，若是，则发出告警信息。
22、进一步的方案为，所述炮孔rtk坐标位置信息和挖机位置信息均为经纬度信息，在将所述圆柱体模型和挖机模型输入所述矿区场景数字孪生模块之前，将所述经纬度信息转换为三维坐标。
23、进一步的方案为，所述判断所述炮孔碰撞体和挖机碰撞体是否发生碰撞包括：
24、判断挖机位置是否在所述爆堆区域内部，若是，继续判断挖机在所述爆堆区域内的停留时长，若停留时长大于预设时长阈值，则认为该挖机正在进行挖掘作业；
25、获取挖机碰撞体坐标和炮孔碰撞体坐标，监测该挖机碰撞体坐标是否与爆堆区域中的炮孔碰撞体坐标重合，若重合，则认为发生碰撞，告警单元发出告警信息；
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
27、本专利技术采用数字孪生技术可以将露天矿区高度模拟仿真，从而优化产品的性能，以实现精细化的管理和成本控制，还可以对炮孔位置及其影响范围进行仿真构成爆堆区域，将挖机设备进行远程模拟，从而达到监控效果，通过判断挖机的运行状况以及挖机与爆堆区域的相对位置及时预警告知挖机可能产生的碰撞风本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述爆破计划数据至少包括：炮孔RTK坐标位置信息、炮孔深度信息和炮孔影响范围信息；其中，炮孔深度信息和炮孔影响范围信息由矿方地测或爆破管理部门提供，炮孔RTK坐标位置信息通过手持式RTK测量仪人工测量。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括模型构建单元，用于构建炮孔模型；所述炮孔模型为以所述炮孔RTK坐标位置信息为圆心，以所述炮孔影响范围信息为半径，以所述炮孔深度信息为高度的圆柱体模型；所述圆柱体模型的顶部位于矿区数字孪生场景表面，圆柱体模型的底部延伸至矿区数字孪生场景内部，在矿区数字孪生场景内形成所述炮孔碰撞体，若干个所述炮孔碰撞体构成爆堆区域。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括神经网络构建单元，将若干组所述挖机信息、挖机姿态传感器信息以及挖机位置信息作为模型输入，将
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述数据处理模块将所述挖机动作信息发送至所述矿区场景数字孪生模块，以使得所述挖机模型在所述矿区数字孪生场景执行所述挖机动作信息。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述判断模块包括：
7.一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警方法，其特征在于，应用权利要求5所述的基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警方法，其特征在于，所述炮孔RTK坐标位置信息和挖机位置信息均为经纬度信息，在将所述圆柱体模型和挖机模型输入所述矿区场景数字孪生模块之前，将所述经纬度信息转换为三维坐标。
9.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警方法，其特征在于，所述判断所述炮孔碰撞体和挖机碰撞体是否发生碰撞包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述爆破计划数据至少包括：炮孔rtk坐标位置信息、炮孔深度信息和炮孔影响范围信息；其中，炮孔深度信息和炮孔影响范围信息由矿方地测或爆破管理部门提供，炮孔rtk坐标位置信息通过手持式rtk测量仪人工测量。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括模型构建单元，用于构建炮孔模型；所述炮孔模型为以所述炮孔rtk坐标位置信息为圆心，以所述炮孔影响范围信息为半径，以所述炮孔深度信息为高度的圆柱体模型；所述圆柱体模型的顶部位于矿区数字孪生场景表面，圆柱体模型的底部延伸至矿区数字孪生场景内部，在矿区数字孪生场景内形成所述炮孔碰撞体，若干个所述炮孔碰撞体构成爆堆区域。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的矿山挖机高陡边坡告警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括神经网络构建单元，将若干组所述挖机信息、挖机姿态传感器信息以及挖机位置信息作为模型输入，将挖机动作信息作为模型输出，进行神经网络模型的迭代训练，以获得基...
【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉昊，毛晶，金裕，周忠杰，焦西哲，程小康，
申请(专利权)人：西安优迈智慧矿山研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。