[发明专利]一种盾构机协同操作虚拟训练系统及方法

说明书

本发明提出了一种盾构机协同操作虚拟训练系统及方法，用于解决现有技术中存在的不能对指令数据并发控制所造成的培训效果差的技术问题，训练系统包括：虚拟场景构建模块、指令输入模块、指令数据处理模块和系统业务模块；训练方法为：传感器采集盾构机相关数据并传输至数据服务器；虚拟场景构建模块读取数据服务器数据并完成虚拟环境的配置；指令输入模块传输可编程逻辑控制器的指令数据；指令数据处理模块将指令数据进行并发控制处理；系统业务模块将并发处理后的指令数据导入虚拟环境中实现盾构机虚拟训练并对虚拟训练过程进行打分、分析和建议。本发明使培训人员更加直接、清楚的了解自身操作的问题，提升操作人员协同解决问题的能力。

技术领域

本发明属于机械装备技术领域，尤其涉及一种盾构机协同操作虚拟训练系统及训练方法，可用于多工位盾构机操作人员的虚拟培训。

背景技术

随着国家基础建设的持续发展，隧道工程越来越多，盾构法施工在铁路行业逐渐推广，例如狮子洋隧道、北京直径线、中天山隧道、长株潭、珠三角等城际铁路隧道施工均采用盾构法。据统计，我国目前共有三十多个城市正在进行轨道交通前期规划、设计、筹备和建设等工作。今后10年间将建设各类盾构法隧道5000余公里，因此盾构机将会得到广泛的应用。

近年来随着城市规模的快速发展，城市交通越发需要改善，地下交通作为一种新兴的交通方式越来越受到人们的欢迎。伴随着地下交通工程的修建，众多地下施工方法被采纳运用，在这其中，盾构法施工无疑是是较为安全和成熟的一种施工方法。

为了保障对建设质量以及人员和设备的安全，在隧道开工前必须对盾构机主司机进行专业培训。但是盾构机操作过于复杂，需要多人协同操作完成，且盾构机工作环境复杂多变，无法准确的实时模拟盾构机的工作场景，采用真实的盾构机培训成本大且危险系数高，因此需要采用虚拟培训的方法实时模拟盾构机运动，以降低安全风险。例如颜康等在其发表的论文“基于半物理仿真的盾构机临境化虚拟训练系统”(《山东交通学院学报》2014，22(4)：77-81)，公开了一种半物理仿真的方法，实现了单用户在特定环境下的虚拟培训操作，用户可以通过在人机界而上进行盾构机的模拟训练，并可以临境化的进入盾构机内部，以不同角度查看虚拟训练的效果。但是该系统存在的不足之处是：该系统虚拟训练每次只针对一个盾构机司机，没有解决多工位下多人协同操作培训的问题，且该系统为培训提供的数据单一，不能满足不同地质环境下的盾构机培训操作，也不能对盾构机的关键操作过程即纠偏操作过程给出建议。

盾构机虚拟操作最主要的是要解决多人协同操作以提高培训人员应对复杂情况的能力。例如授权公告号为CN 102768518B，名称为“多无人机平台协同控制系统”的中国专利，公开了一种多无人机平台协同控制系统，包括任务分配模块，根据无人机总协同任务以及每一个无人机的参数设置生成每一个无人机的具体任务；协同控制模块，用于根据具体任务生成相应的语义层控制指令。但是该装置存在的不足之处是：该系统中的协同控制是保证能够多人共同操作，并没有解决多人协同操作过程中出现的操作冲突。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种盾构机协同操作虚拟训练系统及训练方法，用于解决现有训练系统中存在的不能对指令数据并发控制所造成的培训效果差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种盾构机协同操作虚拟训练系统，包括传感器、数据服务器和系统服务器；所述传感器，用于实时采集盾构机相关数据：盾构机工作数据、地质数据和地面数据，所述数据服务器，用于存储采集的盾构机相关数据，所述系统服务器，包括数据提取模块，用于提取数据服务器中的盾构机相关数据，其特征在于，所述系统服务器还包括虚拟场景构建模块、指令输入模块、指令数据处理模块和系统业务模块，其中：

虚拟场景构建模块，用于构建虚拟训练场景；

指令输入模块，用于传输可编程逻辑控制器的指令数据；