一种基于BIM及VR技术的矿山开采工艺培训方法及系统与流程

本发明涉及矿山安全培训，特别是一种基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法及系统。

背景技术：

1、随着信息技术的发展，建筑信息模型（bim）与虚拟现实（vr）逐渐被应用于矿山开采的工艺培训行业。建筑信息模型通过三维建模和数据管理，为工艺培训提供了精确的数据支持，而虚拟现实则实现了沉浸式的交互体验，使操作人员能够在安全环境中进行工艺培训和实践训练。建筑信息模型与虚拟现实的协同作用机制为矿山开采工艺培训的数字化转型奠定了技术基础。

2、然而，现有基于bim与vr的矿山培训方法仍存在明显的技术局限。其一，现有的bim模型侧重于几何建模与静态信息集成，缺乏对地质力学行为的动态仿真能力，导致虚拟环境与真实矿山的物理响应特性脱节，削弱了工艺培训的科学性与预警教育功能。其二，当前培训内容多为预设式、标准化流程，缺乏基于员工个体操作行为的智能评估与反馈机制，无法根据员工在vr环境中的实际表现动态调整培训难度与内容，难以实现个性化、精准化的能力提升。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法解决地质力学仿真缺失和培训过程个性化调整能力不足的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法，其包括，在协同任务链中，采集矿山地质耦合数据集和员工岗位数据；

5、应用有限元-离散元耦合算法对矿山地质耦合数据集进行bim建模和岩土力学仿真，生成地质力学数字孪生体；对员工岗位数据执行特征编码映射，形成标准员工岗位向量；

6、将地质力学数字孪生体和标准员工岗位向量输入工艺分解模型，工艺逻辑层进行工艺链失效推演，岗位交互层进行角色任务匹配，输出vr交互工艺培训方案；

7、将vr交互工艺培训方案导入unity仿真引擎，构建沉浸式工艺培训场景，根据沉浸式工艺培训场景，引导员工进行安全规程培训和虚拟采矿操作，同步监测员工模拟采矿数据并与bim工序要素进行对应校验，整合生成员工实训日志；

8、对员工实训日志进行操作行为量化分析，形成操作合规性评分，根据操作合规性评分，对vr交互工艺培训方案进行动态调整，获取个性化补训方案，并将个性化补训方案和操作合规性评分回传至协同任务链，登记培训过程状态并保留审批签署记录。

9、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述矿山地质耦合数据集包括地表三维点云、地质属性数据和矿山几何结构数据。

10、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述生成地质力学数字孪生体，具体包括如下步骤，

11、将地表三维点云、地质属性数据和矿山几何结构数据进行空间配准与拓扑关联，生成地质实体三维结构；

12、应用有限元-离散元耦合算法对地质实体三维结构进行多尺度耦合域划分和bim参数化建模，获取岩土耦合bim结构；

13、对岩土耦合bim结构进行多场边界条件加载和岩土力学仿真，输出地质力学数字孪生体。

14、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述形成标准员工岗位向量，具体是指，对员工岗位数据执行特征编码映射，获取岗位特征序列，并使用主成分分析对岗位特征序列执行维度压缩，形成标准员工岗位向量。

15、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述输出vr交互工艺培训方案，具体包括如下步骤，

16、使用图卷积网络搭建工艺逻辑层，并采用transformer编码器架构搭建岗位交互层；

17、对工艺逻辑层和岗位交互层进行跨层特征联级和残差门控堆叠，构建工艺分解模型；

18、将地质力学数字孪生体和标准员工岗位向量输入工艺分解模型，工艺逻辑层应用故障树分析算法对地质力学数字孪生体进行工艺链失效推演，生成工艺风险热力图；

19、岗位交互层根据标准员工岗位向量，通过标准作业规则对员工进行角色任务匹配，获取岗位操作标准流；

20、将工艺风险热力图和岗位操作标准流进行时空对齐与权重融合，形成动态培训逻辑图；

21、对动态培训逻辑图进行多终端适配，输出vr交互工艺培训方案。

22、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述构建沉浸式工艺培训场景，具体包括如下步骤，

23、将vr交互工艺培训方案导入unity仿真引擎，通过terrain工具进行矿山地表实景还原，获取高精度矿山场景基底；

24、在高精度矿山场景基底中嵌入岗位规范操作的讲解视频，构建沉浸式工艺培训场景。

25、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述生成员工实训日志，具体包括如下步骤，

26、在沉浸式工艺培训场景中，对员工进行风险场景识别和采矿实操演练的培训；

27、培训完成后，员工通过实物模拟操作台进行虚拟采矿操作，同步监测员工模拟采矿数据，并将员工模拟采矿数据与bim工序要素进行对应校验，生成员工实训日志。

28、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述形成操作合规性评分，具体包括如下步骤，

29、使用孤立森林算法对员工实训日志进行异常行为模式分析，获取操作偏差特征；

30、对操作偏差特征进行风险概率计算，形成操作合规性评分。

31、作为本发明所述基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训方法的一种优选方案，其中：所述获取个性化补训方案，具体包括如下步骤，

32、根据操作合规性评分，对vr交互工艺培训方案进行场景复杂度调整，获取补训需求清单，并对补训需求清单进行动态权重分配，输出个性化补训方案；

33、通过api接口将个性化补训方案和操作合规性评分回传至协同任务链；

34、协同任务链利用智能合约对个性化补训方案和操作合规性评分进行共识确认，登记培训过程状态，并对培训过程状态进行签名存证，保留审批签署记录。

35、第二方面，本发明提供了一种基于bim及vr技术的矿山开采工艺培训系统，包括，数字孪生模块，用于采集矿山地质耦合数据集和员工岗位数据；应用有限元-离散元耦合算法对矿山地质耦合数据集进行bim建模和岩土力学仿真，输出地质力学数字孪生体；

36、方案生成模块，用于将地质力学数字孪生体和员工岗位数据输入工艺分解模型，工艺逻辑层进行工艺链失效推演，岗位交互层进行角色任务匹配，输出vr交互工艺培训方案；

37、执行反馈模块，用于将vr交互工艺培训方案导入unity仿真引擎，构建沉浸式工艺培训场景；根据沉浸式工艺培训场景，引导员工进行安全规程培训和虚拟采矿操作，同步监测员工模拟采矿数据，整合生成员工实训日志；

38、培训优化模块，用于对员工实训日志进行操作行为量化分析，形成操作合规性评分；根据操作合规性评分，对vr交互工艺培训方案进行动态调整，输出个性化补训方案。

39、本发明有益效果为：通过融合有限元-离散元耦合算法对矿山地质耦合数据集进行bim建模与岩土力学仿真，使虚拟培训环境能够真实再现开采过程中的地质力学仿真过程，显著提升了培训场景的科学性与灾害预警教育的真实感。通过工艺分解模型生成vr交互培训方案，并动态调整培训内容与复杂度，显著增强了培训的针对性与实效性，有效提升了矿山从业人员的操作规范性与应急处置能力。