[发明专利]盾构机三维虚拟仿真系统及仿真方法

摘要

本发明公开了一种盾构机三维虚拟仿真系统及仿真方法，主要解决现有技术不能实时模拟盾构机的运动过程和不能实现在盾构机内漫游的问题。其技术方案是：1、构建盾构机三维模型并优化；2、传感器采集盾构机实时工况数据并传输至数据服务器；3、系统服务器获取数据服务器的数据并进行数据转化，将盾构施工实时工作状况数据转化为驱动盾构机三维模型运动的数据；4、将盾构机的三维模型和驱动盾构机三维模型运动的数据导入仿真环境中实现盾构机施工过程的三维仿真、盾构机施工过程的历史回放、盾构机工作场景的漫游和盾构机施工状态的监控，使操作者更加直接、清楚的了解盾构机的工作原理和实际工作情况，可用于盾构机工作原理的教学和培训。

主权项

1.一种盾构机三维虚拟仿真方法，包括如下步骤：1)模型构建：根据盾构机CAD图纸通过PROE软件构建盾构机三维模型并对其进行优化；2)数据转化：2a)通过传感器获取盾构机的实时工况数据，并通过以太网将实时工况数据输至数据服务器中存储；2b)系统服务器从数据服务器中取出存储的盾构机实时工况数据，该工况数据包括掘进指令数据J、拼环指令数据P、刀盘线速度数据V、刀盘半径数据B、转弯半径数据R、管片宽度数据M、管片环半径数据N；2c)系统服务器对取出的实时工况数据进行格式转化，生成驱动三维模型刀盘运动的数据和管片拼装的数据：2c1)根据取出的刀盘线速度数据V、刀盘半径数据B，生成驱动三维模型刀盘运动数据，即三维仿真环境中的刀盘转速W：W＝V/2πB；2c2)根据取出的转弯半径数据R，管片宽度数据M，管片环半径数据N，生成管片拼装所需的数据，即三维仿真环境中的纠偏量Y：Y＝2×M×N/R；3)仿真实现：3a)将盾构机三维模型、刀盘转速W和纠偏量Y导入三维仿真环境中，该三维仿真环境包括：交互传感器节点A、时间传感器节点T、位置插补器节点D、方位插补器节点F、视点节点S、视点导航节点Z、声音节点H和色彩节点I；3b)盾构机施工过程的三维仿真：3b1)将刀盘转速W和纠偏量Y传入三维仿真环境中的交互传感器节点A，交互传感器节点A被激活后开始启动，并将刀盘转速W和纠偏量Y传输至时间传感器节点T；3b2)时间传感器节点T设置三维仿真的开始时间为当前时间，并激活位置插补器节点D，并将刀盘转速W和纠偏量Y传输至位置插补器节点D，完成盾构机施工过程的仿真；3c)盾构机施工过程历史回放的三维仿真：3c1)输入历史回放的开始时间T1和结束时间T2；3c2)将刀盘转速W、纠偏量Y、开始时间T1和结束时间T2传入三维仿真环境中的交互传感器节点A，交互传感器节点A被激活后开始启动，并将刀盘转速W、纠偏量Y、开始时间T1和结束时间T2传输至时间传感器节点T；3c3)时间传感器节点T设置三维仿真的开始时间为T1、结束时间为T2，激活位置插补器节点D，并将刀盘转速W和纠偏量Y传输至位置插补器节点D，完成盾构机施工过程历史回放的三维仿真；3d)通过连续更改视点节点S和视点导航节点Z，以不断改变三维仿真环境中的视角，实现盾构机工作场景漫游；3e)通过不断更改颜色节点C的值，以产生实现闪烁效果,实现对盾构机施工状态监控。