天玛智控郭新伟：基于多端融合技术的集成供液 XR 平台研发与应用

2025年10月23日 16:30 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

为解决传统煤矿集成供液系统可视化巡检模式存在的交互维度单一、协同能力不足及智能运维缺口等问题，基于数字孪生、多终端协同交互与智能决策技术，研发了集成供液XR平台，构建了涵盖硬件层、网络层、数据层、软件层和交互层的架构，采用AR互动平台三维软件开发工具包、增强现实实时传输与渲染、定位与环境感知等关键技术，实现了解决方案配置、AR供液系统沉浸式巡检、集成供液系统设备构件解析等创新功能。应用验证表明，平台在沉浸式营销体验、集成供液成套装备AR巡检及操作维保培训等方面效果显著，提升了系统可视化和交互体验，满足了复杂环境下设备状态监控与分析需求，为煤矿智能化运维提供了有力技术工具。

文章来源：《智能矿山》2025年第9期“学术园地”栏目

作者简介：郭新伟，现任北京天玛智控科技股份有限公司山西分公司副总经理，主要从事煤矿机电一体化的相关研究工作。E-mail： guoxw@tdmarco.com

作者单位：北京天玛智控科技股份有限公司

引用格式：郭新伟.基于多端融合技术的集成供液 XR 平台研发与应用[J].智能矿山，2025，6(9)：66-71.

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在煤矿智能化建设中，集成供液系统作为液压支架的核心动力单元，高效运维对保障采煤工作面连续生产至关重要。基于三维可视化技术的采煤工作面集成供液系统数字化平台（简称集成供液三维平台）通过构建系统级三维模型与仿真环境，实现供液方案的流量计算、设备配置、动态仿真及数据可视化等功能，为煤矿液压系统的设计优化与运维管理提供了数字化工具。随着煤矿智能化向少人化、协同化、沉浸式方向发展，传统单一终端的可视化巡检模式暴露出以下3个方面的局限性。

（1）交互维度单一：现有平台仅支持桌面端三维展示，缺乏移动端（AR/VR）的多模态交互能力，难以满足井下现场巡检与远程专家协同的需求。

（2）协同能力不足：液压系统故障诊断与运维决策依赖跨部门、跨角色的实时数据共享与协作，当前平台未实现多终端（PC/移动端/XR设备）的数据融合与指令同步。

（3）智能运维缺口：现有系统以静态数据展示为主，未结合扩展现实（XR）技术实现系统状态预测、故障沉浸式标注等高级功能。

为此，笔者提出了基于多端融合技术的集成供液XR平台，通过整合数字孪生、多终端协同交互与智能决策技术，构建覆盖云端管理-移动巡检-沉浸式运维的全链条解决方案。

XR是数字孪生和信息物理系统CPS重要的智能技术，智能化综采工作面工业系统的XR平台，提供3D全景显示、可靠性高、时效性强、画面清晰细腻，形成了智能化工作面数字孪生系统架构和工作运行模式，体现了XR技术作为人机接口重要的优点和特性，为采矿人员提供虚拟高效的人机协同作业的平台。

集成供液XR平台架构

集成平台结合VR、AR、交互式投影和动态模拟技术，通过声音、光影和震动等效果，真实模拟煤机工作环境和运行状态。将数字信息与物理空间相叠加，为用户提供全新的、沉浸式的体验方式。用户可亲自操控煤机部分功能，创造出立体投影等视觉效果，真实感受煤矿现场集成供液系统应用情况。

AR穿戴设备和AR控制台结合，用户可即时获取关键数据，观察管路、感知液路流向，通过手势选择工作站并了解设备结构。360°渐进环绕观察方式，用户可全景观察控制泵站、切换不同设备，为用户提供更便捷、深入的工作体验，XR平台架构如图1所示。

图1 XR平台架构

XR展示平台创新功能设计

2.1 解决方案配置功能

设计构建集成供液系统数字化平台，提供轻量化三维数字模型，集成供液方案配置算法，自定义配置解决方案功能，以及三维可视化技术方案生成等特性，建设集成供液系统资源库，支持用户权限区分，并设计多端适配的用户界面与操作系统，以提高设计效率、满足客户需求、优化市场策略和提升产品宣传效果，XR平台功能体系如图2所示，XR平台产品外观设计如图3所示。

图2 XR平台功能体系

图3 XR平台产品外观设计

2.2 AR供液系统沉浸式巡检

集成供液系统的应用，通过沉浸式表现形式，渐进加载，做供液系统元素的引入，依次为巷道场景、工作站、各工作站之间的管路连接，在整体方案呈现后进行深度观察，通过透视功能了解管路，同时监测管路中液路流向的动态效果，AR供液系统沉浸式巡检功能结构如图4所示，AR控制台交互操作界面示意如图5所示，AR控制台虚拟展示界面示意如图6所示。

图4 AR供液系统沉浸式巡检功能结构

图5 AR控制台交互操作界面示意

图6 AR控制台虚拟展示界面示意

2.3 集成供液系统设备构件解析

集成供液系统设备构件解析主要包括6个方面，构件解析功能结构如图7所示，设备构件解析功能AR效果如图8所示，设备构件解析功能AR效果如图9所示。

图7 构件解析功能结构

图8 设备构件解析功能的结构拆解AR效果

图9 设备构件解析功能的设备功能介绍效果

（1）采煤作业布局AR导航：穿戴AR眼镜后，将获得全局视角，概览整个采煤作业布局，实现全局掌控，快速了解整个煤矿的运行情况。

（2）完整集成供液系统3D呈现：AR眼镜将呈现完整的集成供液系统，可使用手势选择所需的供液系统工作站，并将其锁定。

（3）单一工作站AR呈现：选择特定的供液系统工作站后，AR眼镜会出现设备名称、型号和三维模型，直观了解该工作站的结构。

（4）初始角度慢速旋转展示：AR眼镜将以初始角度慢速旋转展示所选设备模型，可通过手势控制模型的放大、缩小和旋转，以便更仔细地查看细节。

（5）部件结构呈现、参数信息呈现：在AR眼镜中，部件结构和参数信息将直观地呈现，深入了解设备的构成和运行情况。

（6）不同设备切换：可通过简单的手势切换不同设备，对比不同设备的特点和性能。

XR展示平台关键技术

3.1 AR互动平台三维软件开发工具包

AR互动平台创新设计增强现实互动平台软件开发工具包SDK，AR互动平台 SDK包含2个源码案例程序和1个摄像头识别软件，上屏幕显示端程序实现高效远程过程调用，下屏幕 RPC Client 程序确保精准数据传输，摄像头识别软件采用高精度图像识别算法。通过 TUIO 协议解读和 Marker 信息处理，高效制作下屏和上屏程序，实现实时数据互通和高度可定制的交互体验，平台数据流结构如图10所示，SDK开发逻辑架构如图11所示。

图10 平台数据流结构

图11 SDK开发逻辑架构

3.2 增强现实实时传输与渲染

通过建立HoloLens头显和三维巡检程序之间的通信连接，实现实时视频流的传输和渲染，使用户可以在沉浸巡检定位到单设备模块进行实时设备构建解析、精检。利用数据传输协议、选择适当的跨平台开发技术，通过设计用户界面和交互方式，以及进行测试和优化，确保巡检和精检功能的协同配合稳定性和用户体验。

（1）网络通信与数据传输

使用UDP网络通信技术建立HoloLens和AR控制台之间的通信连接，选择WebSocket数据传输协议，在网络上传输视频流数据，实现视频流数据传输。

（2）图像处理和渲染

在HoloLens眼镜上，需要使用WebRTC技术将实时摄像头捕获的视频流进行编码和传输。在AR控制台程序中，接收并解码从HoloLens眼镜传输的视频流数据，通过OpenGL图像处理将其渲染到1个窗口中。

3.3 定位与环境感知技术

AR互动平台综合利用传感器数据和计算机视觉算法的增强现实定位与环境感知技术。通过同时定位与场景地图构建，视觉特征提取与匹配以及图形渲染和融合等步骤，实现了AR头显设备在三维环境中的精确定位和虚拟内容与实际场景的完美融合。用户能在AR头显设备中实时观看并与环境中的虚拟对象进行互动，为用户带来沉浸式的增强现实体验。

（1）同时定位与场景地图构建

允许AR头显设备实时追踪其在三维环境中的位置和姿态，并构建场景的地图。通过使用传感器数据（如摄像头、惯性测量单元等）和定位与地图构建SLAM算法，系统可推断AR头显设备相对于环境的位置和方向，并构建环境地图供后续定位和导航使用。

（2）视觉特征提取与匹配

利用视觉传感器捕获的图像，通过视觉特征提取算法检测场景中的特征点，边缘、角点或特定标记点等，使用特征匹配算法实时捕获的特征点，与先前构建地图中的特征点进行匹配，确定AR头显设备相对于环境的位置和方向。

应用验证

在煤矿智能化数字化运维背景下，基于多终端融合技术的XR平台研究，主要针对综采工作面集成供液成套装备的沉浸式营销体验，与交互式培训系统等方面进行应用验证。某煤矿企业使用基于多端融合技术的集成供液XR平台，为员工提供综采面供液设备的操作、维护和故障排除培训。让受训者熟悉集成供液系统的组成和运行原理。设备培训包括启动、停止、调整流量、压力控制等基本操作。演练设备常见故障的诊断与排除，提高故障应对能力。验证平台在多终端（PC、移动端、VR设备）的协同工作能力。

4.1 沉浸式营销体验

基于三维可视化技术的采煤工作面集成供液技术方案数字营销平台，通过基础模式判定、配置参数设置，锁定集成供液标准化方案。首先对综采工作面巷道、液压支架、供液距离等进行调研后选择出适合工作面；然后通过工作面液压系统流量分析与计算得出供液系统供液流量与泵站数量建议；再通过沿程阻力计算，进行液压系统管路推荐选型，三维方案参数设置及配置，最终形成远距离供液系统成套解决方案。

通过精准流量和阻力计算，确保供液系统的高效运行，提供标准化配置方案，提高设计效率和方案可靠性。三维可视化展示提升了方案的直观性和易理解性，用户可更清晰地了解和验证设计方案，实现了集成供液系统从设计到实施的全流程优化，确保系统高效、可靠、可视化，提升煤矿智能化运维水平基于三维可视化技术的采煤工作面集成供液技术方案数字营销平台-业务逻辑如图12所示，基于三维可视化技术的采煤工作面集成供液技术方案数字营销平台-技术方案配置效果如图13所示。

图12 基于三维可视化技术的采煤工作面集成供液技术方案数字营销平台-业务逻辑

图13 基于三维可视化技术的采煤工作面集成供液技术方案数字营销平台-技术方案配置效果

4.2 集成供液成套装备AR巡检

利用XR平台对集成供液解决方案成套装备进行AR巡检，将虚拟的供液系统通过AR控制台实时投影到显示端，用户可以通过marker控制在超大采高、中厚煤层、薄煤层远距离供液场景中进行巡检。针对关键泵站，用户可以在AR头显设备中精细监控和维护关键泵站，解析泵站泵头的具体结构、功能和工作原理。同时，系统内置泵站机构视频，用户可实时观察到虚拟供液系统在真实场景中的运行情况，包括管道布局、设备配置等方面的细节，深入了解集成供液技术方案的具体特点和优势。

4.3 操作维保培训

（1）系统组成和原理培训

通过虚拟场景帮助学员全面了解供液系统的关键部件及其功能。培训中，供液系统的泵站、液箱等核心组成部分以三维模型形式展示，学员通过PC、移动端或VR设备与这些部件进行交互，探索其内部结构并听取详细的功能讲解。系统确保各终端设备上的显示效果清晰，操作流畅，交互反馈及时。用户通过触摸、鼠标或VR手柄即可进行操作，反馈显示该培训模块友好易用，适合初学者快速掌握系统组成与运行原理。

（2）多端协同验证

通过PC、VR、移动端等多终端平台，实现多个学员共同参与供液设备的协同操作培训。学员将分工合作，完成复杂设备维护任务。在验证过程中，重点关注操作和场景变化的实时同步效果，如1名学员操作液压阀门时，其他学员可实时看到结果。通过系统验证，学员反馈协同操作体验良好，各终端同步精准，团队协作流畅，增强了学员在虚拟环境中的实际工作协作意识。

结语

面向集成供液解决方案基于多终端融合技术的XR平台，基于先进的增强现实技术、实时图形渲染和传输技术、环境定位与感知技术，将集成供液系统数字信息与物理空间相叠加。实现了煤矿智能化开采中液压系统集成供液成套装备的沉浸式巡检与精细化管理，提升了系统可视化和交互体验，满足了复杂工作环境下对设备状态实时监控和分析的需求。通过对集成供液系统的全方位展示和操作，为煤矿智能化运维提供了有效的技术工具，为人机协同作业模式的提升奠定了基础。

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

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期刊简介

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