(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211082982.4 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 北京龙软科技股份有限公司 地址 100190 北京市海淀区中关村东路6 6 号世纪科贸大厦C座210 6室 (72)发明人 毛善君　陈金川　韩瑞栋　 (74)专利代理 机构 北京润泽恒知识产权代理有 限公司 1 1319 专利代理师 莎日娜 (51)Int.Cl. G06T 19/00(2011.01) G06T 17/10(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 16/29(2019.01)G06Q 50/02(2012.01) (54)发明名称 一种矿山多维可视化巡 检虚实协同方法 (57)摘要 本发明提出一种矿山多维可视化巡检虚实 协同方法， 涉及井下智 能巡检技术领域， 包括以 下步骤： 基于GIS或CAD等图形处理平台构建全矿 井多维可视化系统； 构建巷道、 设备和管线的几 何及属性模型； 构建虚拟观察者与巷道、 设备、 管 线之间的拓扑、 顺序和度量空间关系； 实时采集 环境监测、 综合自动化和智能化 设备的监测监控 信息； 基于多维图形可视化系统， 按配置路线远 程动态巡检， 依据虚拟观察者巡检空间位置和观 察方向、 空间关系和巡检逻辑， 实时显示相关视 频、 环境监测、 自动化和智能化设备监测监控数 据。 本发明提供了一种基于矿井空间对象、 空间 关系和巡检逻辑的自动巡检方法， 达到巡检过程 中真实视频、 监测监控数据与虚拟场景的自动虚 实协同和实时对应 。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115527013 A 2022.12.27 CN 115527013 A 1.一种矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 所述矿山多维可视化巡检虚 实协同方法包括： 基于地理信息系统GIS或计算机辅助设计CAD图形处理平台构建全矿井多维可视化系 统； 在所述全 矿井多维可视化系统中， 构建巷道、 设备以及管线的几何和 属性模型； 在所述全矿井多维可视化系统中， 结合所述几何和属性模型， 构建虚拟观察者与 巷道、 设备、 管线之间的拓扑、 顺序以及度量空间关系； 实时采集环境监测、 综合自动化以及智能化设备的监测监控信息， 并传输至所述全矿 井多维可视化系统中； 基于所述多维图形可视化系统， 按配置路线远程动态虚拟巡检， 依据所述虚拟观察者 的巡检空间位置以及观察方向、 空间关系、 巡检逻辑， 实时自动调用并显示相关视频、 环境 监测、 自动化和智能化设备监控数据。 2.根据权利要求1所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 所述多维可 视化系统是基于地理坐标数据构建的全矿井二维 图形、 三维场景、 四维时态场景和数字孪 生体的可视化系统； 所述地理坐标数据包括： 基于地理坐标的采掘工程图、 巷道断面设计 图、 巷道素描图、 通风系统图、 井下设备布置图、 设备设计图、 井下管线布置图、 井下监测点布置图、 激光点云 数据； 基于所述地理信 息系统或所述计算机辅助设计图形处理平台， 将所述多维可视化系统 中图形、 模型、 场景集成到统一的大地 坐标系， 使其具 备空间关联关系。 3.根据权利要求1所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 在所述全矿 井多维可视化系统中构建巷道、 设备以及管线的几何和 属性模型， 包括： 基于地理坐标 数据构建巷道、 设备以及管线的几何模型； 构建不同的属性模型对巷道、 设备以及管线的几何模型进行属性描述， 所述属性描述 包括： 唯一 ID、 几何模型中心位置、 外包矩形以及模型朝向； 其中， 所述几何模型中心位置、 所述外包矩形中涉及空间坐标的属性值都是基于地理 坐标系的数值； 所述模型朝向是依据模型结构或特定的规则规定的模型的正方向， 其包括： 机电设备 的朝向、 监测设备的朝向、 视频摄 像头的朝向、 管线监测点朝向； 所述设备模型包括： 井下采煤、 掘进、 机电、 运输、 通风、 排水系 统涉及到的设备模型以 及监控监测、 人员定位、 紧急避险、 压风自救、 供 水施救、 通讯联络系统涉及到的设备模型； 所述管线包括： 井下 给水、 排水、 排 浆、 通风管道以及井下电线、 网线的线路。 4.根据权利要求1所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 在所述全矿 井多维可视化系统中， 结合所述几何和属性模型， 构建虚拟观察者与巷道、 设备、 管线之间 的拓扑、 顺序以及度量空间关系， 包括： 构建巷道与设备、 管线之间的静态拓扑关系； 基于静态拓扑关系， 构建所述虚拟观察者与所述巷道之间的动态拓扑关系， 以及构建 所述虚拟观察 者与所述设备和管线监测点的顺序空间关系和度量空间关系； 其中， 所述虚拟观察者是巡检过程中用相机模拟人观察的动作， 包括抬头、 低头、 转头、权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115527013 A 2转身， 随着动作的变化， 所述虚拟观察 者的观察方向也做相应的变化； 拓扑空间关系用结点、 弧段、 以及多边形表示的空间对象之间的关系， 包括： 拓扑邻接、 拓扑包含、 拓扑关联和拓扑 连通； 所述顺序空间关系表征对象在空间中的排序关系， 包括： 上、 下、 前、 后、 左、 右； 所述度量空间关系表征空间对象之间的度量关系， 包括： 距离、 角度、 高度。 5.根据权利要求4所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 构建巷道与 设备、 管线之间的静态拓扑关系， 包括： 构建所述巷道 的网络拓扑图和所述巷道中设备、 管线监测点拓扑图， 其目的是用来动 态快速检索出与所述巷道相关连的设备、 视频摄 像头以及管线监测点的ID； 所述巷道的拓扑图是以巷道起点、 中点、 终点或交叉点为结点， 巷道为弧段形成的拓扑 网络图， 所述巷道的网络拓扑图中弧段包含对应巷道构建的属性描述， 包括唯一ID、 外包矩 形； 所述设备、 管线监测点拓扑图基于巷道拓扑图， 将与 巷道有包含关系的设备、 视频摄像 头以及管线监测点的ID存 储到相应的弧段中； 所述管线监测点是指井下管线每隔一段距离放置的监测装置， 包括水压监测、 水流量 监测、 风压监测； 与巷道有包含关系的设备判定依据为巷道外包矩形和设备外包矩形体与体之间的包 含关系； 与巷道有包含关系的管线监测点判定依据为巷道外包矩形和管线监测点位置的体与 点之间的包 含关系。 6.根据权利要求5所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 构建虚拟观 察者与巷道之间的动态拓扑关系， 包括： 计算所述虚拟观察者与 巷道的动态拓扑包含关系， 通过计算虚拟观察者巡检的动态位 置坐标与巷道外包矩形的关系确定所述虚拟观察 者是否在巷道内。 7.根据权利要求6所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 构建所述虚 拟观察者与所述设备和管线监测点的顺序空间关系和度量空间关系， 包括： 计算所述虚拟观察者的观察方向和与设备、 摄像头、 管线监测点朝向的夹角， 以及计算 与所述虚拟观 察者观察方向垂 直的上、 下、 左、 右四个方向与所述设备、 摄像头、 管线监测点 朝向的夹角， 得到所述设备、 所述摄像头、 所述管线监测点与所述虚拟观察者的观察方向 前、 后、 上、 下、 左、 右的顺序空间关系； 计算所述虚拟观察者的位置与所述设备、 摄像头、 管线监测点位置的距离、 角度， 得到 所述设备、 摄 像头、 管线监测点与所述虚拟观察 者位置之间的距离和角度的度量空间关系； 构建所述虚拟观察者与所述设备和管线监测点的顺序空间关系和度量空间关系是为 后续设定展示 规则做准备。 8.根据权利要求7所述的矿山多维可视化巡检虚实协同方法， 其特征在于， 基于所述多 维图形可视化系统， 按配置路线远程动态虚拟巡检， 依据所述虚拟观察者的巡检空间位置 以及观察方向、 空间关系、 巡检逻辑， 实时自动调用并显示相关视频、 环境监测、 自动化和智 能化设备监控数据， 包括： 基于所述多维图形可视化系统， 按配置路线， 依据巡检逻辑的要求， 远程动态虚拟巡权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115527013 A 3