(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 202211058350.4 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 重庆科华 安全设备有限责任公司 地址 400700 重庆市北碚区龙凤二村15 0号 申请人 中煤科工集团重庆研究院有限公司 (72)发明人 魏晓　刘雄　杨俊燕　蒋旭刚　 孙云川　 (74)专利代理 机构 重庆强大凯创专利代理事务 所(普通合伙) 50217 专利代理师 赵玉乾 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/05(2011.01) G06T 19/00(2011.01) G06F 16/21(2019.01)G06Q 50/02(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演 变系统及方法 (57)摘要 本发明属于煤矿灾害预防技术领域， 尤其涉 及一种用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与 演变系统及方法， 首先采集矿区实地的基础参数 构建模型库和配置文件库， 构建出矿井采区的三 维模型， 并将配置文件库中的风流关键节点作为 矿井下的火灾动态关键作用点， 通过火灾物理参 数计算方法和通风数据解算算法计算矿井采区 空间火灾随时间在空间内的变化， 再将生成的矿 井采区空间火灾动态灾变场景通过场景模型控 制模块进行实时展现， 通过场景触发渲染显示模 块基于VR技术进行三维模拟， 同时通过数值模拟 模块调节火灾动态场景中的参数， 生成不同状态 的矿井采区三维模型灾害发展状态。 本发明能够 解决现有技术不能较好的呈现矿井火灾的动态 变化场景的问题。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115408862 A 2022.11.29 CN 115408862 A 1.用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变系统， 其特 征在于包括： 矿井灾害场景构建模块： 用于根据实地矿井采集的基础参数构建模型库和配置文件 库， 并根据模型库中模型的材质生 成不同阶段的燃烧状态， 然后 构建出矿井采区三 维模型； 所述配置文件库中包括矿井下风 流关键节点； 火灾事故模拟仿真模块： 接收矿井采区三维模型， 获取矿井下风流关键节点， 通过火灾 物理参数计算方法和 通风数据解算算法， 获得矿井采区空间火灾的仿真数据， 并生成矿井 采区空间火灾动态灾变场景； 场景模型控制模块： 接收模拟仿真数据， 并根据接收的模拟仿真数据对矿井燃烧区域 模型的不同阶段的燃烧状态进行判定， 生成判定结果； 场景触发渲染显示模块： 基于VR技术， 在接收到判定结果后触发渲染命令， 渲染和显示 出完整的矿井采区三维模型灾害演进过程； 数值模拟模块： 用于在演进过程中输入变量， 随机改变矿井采区三维模型灾害发展状 态。 2.根据权利要求1所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变系统， 其特征在 于： 所述仿 真数据中包括爆 炸参数、 烟雾粒子参数以及 有毒有害气体质量参数； 所述火灾事 故模拟仿 真模块包括爆炸计算子模块、 通风解算子模块、 烟雾计算子模块、 有毒有害气 体计 算子模块以及火区蔓延计算子模块， 其中： 所述爆炸计算子模块用于提取仿真数据中的爆炸要素判断是否发生爆炸并生成矿井 采区空间火灾动态爆炸灾变场景； 所述通风解算子模块用于在矿井采区三维模型中建立预设的风压节点， 通过风压节点 法进行风 流计算， 生成节点 风压通风模型； 所述烟雾计算子模块用于提取仿真数据中的烟雾粒子参数构建烟雾流体场、 烟雾速度 场以及烟雾浓度场， 将烟雾流体场划分为三维网格空间， 将烟雾速度场和烟雾浓度场分布 定义在三维网格空间的网格节点上， 生成矿井采区空间火灾动态烟雾扩散灾变场景； 所述有毒有害气体计算子模块用于提取仿真数据中的有毒有害气体质量参数在矿井 采区三维模型中模拟有毒有害气 体的变化与分布， 生成矿井采区空间火灾动态有毒有害气 体分布灾变场景； 所述火区蔓延计算子模块用于根据模型材质和风流关键节点模拟火灾蔓延， 生成矿井 采区火灾动态蔓延灾变场景。 3.根据权利要求1所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变系统， 其特征在 于： 所述矿井灾害场景构建模块包括数据采集子模块、 渲 染子模块以及 模型构建子模块， 所 述数据采集子模块用于采集实地矿井的基础参数， 构建矿井模型库和配置文件库， 所述渲 染子模块用于将矿井模型库中各类模型依据模型材质渲 染出模型燃烧阶段， 所述模型构建 子模块用于调动矿井模型库和配置文件库构建矿井采区三维模型。 4.根据权利要求3所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变系统， 其特征在 于： 所述基础参数包括巷道尺寸、 断面形状、 高差、 设备尺寸、 布置方式、 设备尺寸以及通风 设施尺寸， 所述模型燃烧阶段包括预 热阶段、 起火阶段、 气体燃烧、 固体燃烧以及熄灭阶段。 5.根据权利要求1所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变系统， 其特征在 于： 所述场景触发渲染显示模块包括虚拟设备接口模块， 所述虚拟设备接口模块用于外接权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408862 A 2虚拟设备。 6.用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变方法， 其特 征在于： 包括： S1： 根据实地矿井采集的基础参数构建模型库和配置文件库， 并根据模型库中模型的 材质生成不同阶段的燃烧状态， 然后构建出矿井采区三维模型； 所述配置文件库中包括矿 井下风流关键节点； S2： 接收矿井采区三维模型， 获取矿井下风流关键节点， 通过火灾物 理参数计算方法和 通风数据解算算法， 获得矿井采区空间火灾的仿真数据， 并生成矿井采区空间火灾动态灾 变场景； S3： 接收模拟仿真数据， 并根据接收的模拟仿真数据对矿井燃烧区域模型的不同阶段 的燃烧状态进行判定， 生成判定结果； S4： 基于VR技术， 在接收到判定结果后 触发渲染命令， 渲染和显示出完整的矿井采区三 维模型灾害演进过程； S5： 在演进过程中输入变量， 随机改变矿井采区三维模型灾害发展状态。 7.根据权利要求6所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变方法， 其特征在 于： 所述仿真数据中包括爆炸参数、 烟雾粒子参数以及有 毒有害气体质量 参数； 所述S2中包括： S2‑1： 提取仿真数据中的爆炸要素判断是否发生爆炸并生成矿井采区空间火灾动态爆 炸灾变场景； S2‑2： 在矿井采区三维模型中建立预设的风压节点， 通过风压节点法进行风流计算， 生 成节点风压通风模型； S2‑3： 提取仿真数据中的烟雾粒子参数和根据节点风压通风模型， 构建烟雾流体场、 烟 雾速度场以及烟雾浓度场， 将烟雾流体场划分为三维网格空间， 将烟雾速度场和烟雾浓度 场分布定义在三维网格空间的网格节点上， 生成矿井采区空间火灾动态烟雾扩散灾变场 景； S2‑4： 提取仿真数据中的有毒有害气体质量参数和根据节点风压通风模型在矿井采区 三维模型中模拟有毒有害气 体的变化与分布， 生成矿井采区空间火灾动态有毒有害气 体分 布灾变场景； S2‑5： 根据模型材质和节点风压通风模型模拟火灾蔓延， 生成矿井采区火灾动态蔓延 灾变场景。 8.根据权利要求1所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变方法， 其特征在 于： 所述S1中包括： S1‑1： 采集实地矿井的基础参数， 构建矿井模型库和配置文件库； S1‑2： 将矿井模型库中各类模型依据模型 材质渲染出模型燃烧阶段； S1‑3： 调动矿井模型库和配置文件库构建矿井采区三维模型。 9.根据权利要求8所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变方法， 其特征在 于： 所述基础参数包括巷道尺、 断面形状、 高差、 设备尺寸、 布置方式、 设备尺寸以及通风设 施尺寸， 所述模型燃烧阶段包括预 热阶段、 起火阶段、 气体燃烧、 固体燃烧以及熄灭阶段。 10.根据权利要求1所述的用于VR的矿井火灾动态灾害场景构建与演变方法， 其特征在 于： 所述S4包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408862 A 3