[发明专利]一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台

权利要求书

1.一种基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，包括控制器，其特征在于，所述控制器与显示器相连接，控制器上设有参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块，参数设置模块、三维渲染模块和数据传输模块均与控制器相连接，数据传输模块与云平台相连接，云平台上设有数据存储模块和数据分析模块，数据存储模块与数据分析模块相连接，数据存储模块与数据库相连接；所述参数设置模块，用于用户进行参数设置，控制器根据用户设置参数进行操作环境的初始化；所述三维渲染模块，用于进行整个实训过程的动态三维模型渲染，并将动态三维模型通过格式化工具显示在显示器上；所述数据传输模块，用于实时将用户的操作行为数据传输至云平台；所述数据存储模块，用于对用户整个操作过程的数据进行存储；所述数据分析模块，用于对用户的整个操作过程的数据进行大数据分析，并给出分析结果。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述参数设置模块包括参数设置单元和参数保存单元，参数设置单元和参数保存单元相连接，参数保存单元与控制器相连接；参数设置单元，用于提供用户各类参数设置接口，包括隧道类型、掘进机类型、地质类型、掘进里程、操作难度；参数保存单元，用于对用户设置的各类参数进行保存，并将保存的各类参数传送至控制器。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述三维渲染模块包括三维建模单元和三维数据驱动单元，控制器与三维建模单元相连接，三维建模单元与三维数据驱动单元相连接；三维建模单元，用于根据用户设置的参数进行三维建模，包括隧道、掘进机、地质及各类构筑物；三维数据驱动单元，用于根据用户与控制器的实时交互数据驱动三维模型的动态渲染。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述数据传输模块包括数据处理单元和数据传输单元，控制器与数据处理单元相连接，数据处理单元与数据传输单元相连接，数据传输单元通过无线通信模块与云平台相连接；数据处理单元，用于对数据进行加密及压缩处理；数据传输单元，用于将数据处理单元处理后的数据传输至云平台。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述数据存储模块包括数据分类单元和数据存储单元，控制器与数据分类单元相连接，数据分类单元与数据存储单元相连接，数据分类单元与数据库相连接；数据分类单元，用于对各类数据进行分类，数据包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据；数据存储单元，用于对数据分类单元分类后的数据分别进行存储，其中结构化数据存储于结构化数据库，半结构化数据和非结构化数据存储于非结构化数据库。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述数据分析模块包括数据清洗单元、数据分析单元和数据展示单元，数据清洗单元与控制器相连接，数据清洗单元与数据分析单元相连接，数据分析单元与数据展示单元相连接，数据展示单元与显示器相连接；数据清洗单元，用于对获取的各类数据进行处理，转化为规整的数据；数据分析单元，用于对数据清洗单元处理后的数据进行分析，得出数据行为特征；数据展示单元，用于对数据分析单元的分析结果以图形化方式向用户展现。

7.根据权利要求6所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台，其特征在于，所述对于采集的原始数据，数据格式通常无法满足对数据处理的基本要求，需要转化为规整的数据，数据清洗单元实现主要是通过编写MapReduce程序将采集的原始数据转化为规整的数据，MapReduce程序的编写分为Mapper、Reducer、Job三个基本的过程；数据分析单元的分析方法包括分类、回归分析、聚类、关联规则或神经网络方法，通过分析方法进行数据分析可以得到对数据的整体属性和关联性的详细描述，通过不同数据间的关联性比照提供特征值。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于虚拟现实和大数据的隧道掘进机实训平台的操作方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤1、用户通过参数设置模块选择隧道掘进机的类型、所要掘进的隧道类型、地质类型、掘进里程或掘进环数和掘进难度；

步骤2、三维渲染模块根据用户选择的参数自动进行三维仿真建模，并将三维模型实时显示在显示器上；

步骤3、启动驾驶仿真模拟，用户在控制器上与三维渲染模块进行交互式驾驶仿真操作；通过传感器组检测外设在虚拟控制台上的变换，并将检测数据传送至控制器，控制器将数据转换为掘进参数并通过参数设置模块进行掘进参数的设置；

步骤4、三维渲染模块对输入的掘进数据进行动力学计算，驱动隧道掘进机开始运转；根据用户操作过程中的行为三维数据驱动单元真实模拟各类风险；

步骤5、数据传输模块对整个过程的操作数据实时传输到云平台，数据存储模块将操作数据分类并存储；

步骤6、掘进完成后云平台上的数据分析模块根据大数据运算结果对用户整个操作过程进行综合评估，并将评估结果通过无线通信模块传送至控制器。