主控程序，在參數(shù)程序中實(shí)現(xiàn)優(yōu)選包括"鉆壓"、"懸重"、"排量" 等鉆進(jìn)實(shí)時(shí)參數(shù)的外顯，并可由程序進(jìn)入到操作設(shè)置運(yùn)行界面以實(shí)現(xiàn)模擬作業(yè)的設(shè)備初始 化工作以及操作設(shè)置。在圖形計(jì)算機(jī)啟動(dòng)完成后，運(yùn)行其中的圖形程序，分別進(jìn)入以下培訓(xùn) 項(xiàng)目進(jìn)行選擇：鉆機(jī)安裝動(dòng)畫、井架起升模擬、虛擬裝配操作、鉆進(jìn)模擬操作以及電子圖冊， 通過操作員在圖形計(jì)算機(jī)上進(jìn)行選擇，可進(jìn)入不同的培訓(xùn)項(xiàng)目模塊進(jìn)行培訓(xùn)。
[0068]在進(jìn)行鉆機(jī)安裝動(dòng)畫、虛擬裝配操作或者電子圖冊演示時(shí)、由教師操作臺(tái)中的主 控計(jì)算機(jī)完成主程序的執(zhí)行，將處理后的圖形數(shù)據(jù)以及模塊動(dòng)作數(shù)據(jù)通過預(yù)訂的數(shù)據(jù)傳輸 協(xié)議傳送給用于環(huán)幕圖形的處理和顯示的圖形計(jì)算機(jī)，圖形計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)被傳輸給三通 道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)中的圖像融合機(jī)，圖像融合機(jī)再將圖形計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像信息分配給 三臺(tái)投影儀，并進(jìn)行邊沿融合，經(jīng)過幾何校正和顏色校正后，將上述主程序處理后的圖形數(shù) 據(jù)以及模塊動(dòng)作數(shù)據(jù)投影到工程環(huán)形投影幕上，以聲音，圖像等易于與操作員進(jìn)行人機(jī)交 互的方式向工程技術(shù)人員展示鉆機(jī)使用，安裝和拆卸過程中的關(guān)鍵操作流程及技術(shù)要點(diǎn)以 及整個(gè)鉆機(jī)部件組成。該系統(tǒng)采用虛擬顯示技術(shù)構(gòu)建一個(gè)真實(shí)感極強(qiáng)的視覺環(huán)境，讓學(xué)員 有身臨其境的感覺，以直觀的方式向工程技術(shù)人員展示鉆機(jī)安裝，拆卸過程中的關(guān)鍵操作 流程及技術(shù)要點(diǎn)，從而解決現(xiàn)有傳統(tǒng)紙質(zhì)說明書存在的理解難和理解歧義等問題，使說明 書的閱讀更加簡單，更加形象生動(dòng)，杜絕因個(gè)體理解差異造成對說明書的誤讀而導(dǎo)致事故 的發(fā)生。
[0069]在進(jìn)行井架起升模擬以及鉆進(jìn)模擬操作時(shí)，在系統(tǒng)上電后，先對絞車、泥漿泵和轉(zhuǎn) 盤進(jìn)行初始化操作、將司鉆臺(tái)操作臺(tái)上各閥件恢復(fù)到初始位置，并將司鉆臺(tái)操作與井架模 型進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。實(shí)際使用時(shí)，一方面通過PLC上的模擬和數(shù)字輸入端口采集接收司鉆臺(tái)上操 作員操作所產(chǎn)生的模擬量和數(shù)字量信號(hào)，將上述信號(hào)發(fā)送給參數(shù)計(jì)算機(jī)，參數(shù)計(jì)算機(jī)通過 主控計(jì)算機(jī)的通信模塊將信息輸入給主控計(jì)算機(jī)中的各種模擬裝置中以處理得出適于外 顯的信號(hào)，上述信號(hào)通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議傳送給用于環(huán)幕圖形的處理和顯示的圖形計(jì)算機(jī)， 圖形計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)被傳輸給三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)中的圖像融合機(jī)，圖像融合機(jī)再將 圖形計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像信息分配給三臺(tái)投影儀，并進(jìn)行邊沿融合，經(jīng)過幾何校正和顏色校 正后，將上述主程序處理后的圖形數(shù)據(jù)以及模塊動(dòng)作數(shù)據(jù)投影到工程環(huán)形投影幕上，從而 完成對井架起升過程以及鉆進(jìn)操作的模擬。另一方面，以參數(shù)計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，通過PLC上 的模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)出端口所輸出的高速脈沖信號(hào)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)司鉆臺(tái)對鉆 機(jī)模型的起升和下放操作的控制。因此本發(fā)明涉及的操作模擬系統(tǒng)可以模擬鉆機(jī)安裝和使 用中的各種工況，將各種可能的事故以及專家的經(jīng)驗(yàn)，加入到培訓(xùn)系統(tǒng)中，通過故障預(yù)埋， 人為設(shè)置故障，同步顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)，全方位訓(xùn)練操作人員。系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu) 建一個(gè)真實(shí)感極強(qiáng)的視覺環(huán)境，讓學(xué)員有身臨其境的感覺。通過在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)上的反復(fù) 演練，學(xué)員可以掌握、熟悉設(shè)備的操作要領(lǐng)和技術(shù)規(guī)范，提高學(xué)員對各種事故判斷能力和處 理能力，減少人為事故的發(fā)生，同時(shí)也可以降低培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率。
[0070]三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)包括：投影機(jī)、工程環(huán)形投影幕和圖像融合機(jī)。其中所述 投影機(jī)為三臺(tái)正投投影機(jī)，所述三臺(tái)投影機(jī)與工程環(huán)形投影幕組合圖像融合機(jī)形成邊沿融 合投影系統(tǒng)。圖像融合機(jī)中包括有幾何矯正模塊、邊沿融合模塊、顏色校正模塊。其中圖像 融合機(jī)將圖形計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像信息分配給三臺(tái)投影儀，并進(jìn)行邊沿融合。所述邊沿融合 技術(shù)就是將一組投影機(jī)投射出的畫面進(jìn)行邊緣重疊，并通過融合技術(shù)顯示出一個(gè)沒有縫隙 更加明亮，超大，高分辨率的整幅畫面，畫面的效果就像是一臺(tái)投影機(jī)投射的畫面。當(dāng)兩臺(tái) 或多臺(tái)投影機(jī)組合投射一幅畫面時(shí)，會(huì)有一部分影像重疊，邊沿融合的最主要功能就是把 兩臺(tái)投影機(jī)重疊部分的燈光亮度逐漸調(diào)低，使整幅畫面的亮度一致。
[0071]其中幾何矯正模塊包括：所述幾何矯正模塊用于修正投射圖像的幾何形狀，以保 證邊沿融合控制能適應(yīng)多種屏幕構(gòu)型，優(yōu)選為平面構(gòu)型，柱面構(gòu)型或球面構(gòu)型，使投射到墓 上的畫面無幾何失真。所述幾何矯正模塊包括下述子模塊：利用經(jīng)煒定位模塊和激光陣列 以點(diǎn)陣的方式對環(huán)形投影幕進(jìn)行空間定位的模塊；通過計(jì)算機(jī)的圖形管程輸出與環(huán)形投影 幕上空間激光點(diǎn)陣形成等間隔的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的模塊；通過智能相繼采集投影圖像并輸入計(jì)算 機(jī)，并通過投影屏幕上的空間激光點(diǎn)陣與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格進(jìn)行自動(dòng)匹配從而得出投影儀圖像與投 影屏幕對應(yīng)關(guān)系的模塊；利用上述對應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)對輸出的圖像進(jìn)行非線性幾何矯正的模 塊。
[0072]其中邊緣融合模塊包括：用于將圖像分割成若干規(guī)則圖形的圖像分割模塊，以使 若干規(guī)則圖形分別由三個(gè)投影機(jī)進(jìn)行投影，其中分割為若干規(guī)則圖形的相鄰圖形邊緣相互 重疊部分圖形的寬度為對應(yīng)尺寸的5%以內(nèi)，相鄰圖形邊緣相互重疊圖形同時(shí)出現(xiàn)在分割 后的相鄰圖形的邊緣；用于在整個(gè)圖像上布置縱橫交錯(cuò)的經(jīng)線和煒線的經(jīng)煒定位模塊，其 使在每個(gè)規(guī)則圖形中的經(jīng)線和煒線的顏色互不相同，并利用三個(gè)投影機(jī)將分割后的若干規(guī) 則圖形進(jìn)行投影，調(diào)節(jié)投影機(jī)使相鄰圖形邊緣相互重疊圖形內(nèi)的經(jīng)線，煒線完成重疊；灰度 調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)不同投影機(jī)的亮度Alpha值為100%的白色圖像，通過灰度感光攝像頭對非 重疊圖形部分進(jìn)行感光信號(hào)采集，設(shè)置其灰度為a，將相鄰圖形邊緣相互重疊圖形的亮度 下調(diào)，直到重疊灰度0和非重疊圖形的灰度相等或誤差小于0.5%，再將不同的投影機(jī)一 并進(jìn)行投影；
[0073]其中顏色矯正模塊包括：使用智能相機(jī)測量出不同投影儀在投射相同亮度顏色時(shí) 所產(chǎn)生的實(shí)際亮度的模塊，對不同亮度下拍攝的照片進(jìn)行處理以得出每臺(tái)投影儀的顏色映 射關(guān)系的模塊；在每臺(tái)投影儀投影顯示前，設(shè)置不同屏幕的顏色表，產(chǎn)生顏色值的映射以使 不同投影儀投射出的同一種顏色盡量相似的模塊。
[0074]其中涉及一種三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)的融合投影方法，應(yīng)用于上述三個(gè)投影機(jī) 并列向環(huán)形幕投影的三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)，其中包括如下步驟：
[0075] 步驟1.將整幅待投影內(nèi)容分隔成多個(gè)子投影內(nèi)容，每個(gè)子投影內(nèi)容用一個(gè)投影 機(jī)進(jìn)行投影，實(shí)時(shí)控制各個(gè)投影機(jī)通道的投影內(nèi)容融合，將各個(gè)融合投影內(nèi)容以像素點(diǎn)為 單位進(jìn)行重疊和對齊，其中融合投影內(nèi)容為相鄰兩個(gè)投影機(jī)間的邊緣重疊投影內(nèi)容；
[0076] 步驟2.對各個(gè)投影機(jī)進(jìn)行非線性幾何矯正，使得各個(gè)投影機(jī)的投影內(nèi)容組成一 個(gè)整幅圖像；
[0077] 步驟3.對所述融合投影內(nèi)容的動(dòng)態(tài)播放畫面拼接處的圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和光強(qiáng) 度的明暗過渡；
[0078]步驟4.對融合投影內(nèi)容進(jìn)行分解，對融合投影內(nèi)容中各個(gè)像素著色點(diǎn)里的RGB顏 色信號(hào)進(jìn)行過濾，甄別和分離，將融合投影內(nèi)容中像素點(diǎn)的光強(qiáng)度當(dāng)量減小到非融合區(qū)域 像素點(diǎn)光強(qiáng)度當(dāng)量的相應(yīng)百分比即亮度的15%到75%之間；
[0079]步驟5.動(dòng)態(tài)調(diào)整投影內(nèi)容的像素顏色，協(xié)調(diào)光強(qiáng)度和顏色，使二者保持一致性。
[0080] 前端操作臺(tái)具有參數(shù)計(jì)算機(jī)，其中該參數(shù)計(jì)算機(jī)具有完成從PLC獲取前端硬件信 息后，將信息發(fā)送給主控機(jī)的通信模塊，其中通信模塊還將主控機(jī)發(fā)送過來的信息通過PLC 傳輸給前端硬件加以顯示。
[0081] 教師工作臺(tái)具有主控計(jì)算機(jī)和圖形計(jì)算機(jī)，其中該主控計(jì)算機(jī)具有主控模塊，該 主控模塊用于與通信模塊進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲得硬件設(shè)備狀態(tài)；所述主控計(jì)算機(jī)還包括如下 多個(gè)鉆機(jī)模型的模擬裝置：鉆機(jī)模型鉆進(jìn)工藝模擬裝置、鉆機(jī)模型溢流模擬裝置、鉆機(jī)模型 氣體膨脹模擬裝置、鉆機(jī)模型循環(huán)壓力計(jì)算模擬裝置、鉆機(jī)模型鉆具提升模擬裝置以及鉆 機(jī)模型的鉆機(jī)井架/底座的起升/下放模擬裝置，其中主控模塊還包括有如下多個(gè)模擬系 統(tǒng)：用于模擬陸地鉆機(jī)井架/底座的起升/下放操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)起鉆和下 鉆操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)事故應(yīng)急操作的裝 置；
[0082] 其中鉆機(jī)模型鉆進(jìn)工藝模擬裝置包括與前端硬件設(shè)備及圖形處理單元通信的通 信模塊和鉆進(jìn)工藝模擬模塊，與前端硬件設(shè)備通信是為了實(shí)時(shí)獲得硬件設(shè)備狀態(tài)，然后在 內(nèi)部通過相關(guān)鉆進(jìn)工藝模擬的數(shù)學(xué)模型以模擬鉆進(jìn)工藝過程。
[0083] 其中所述鉆機(jī)模型鉆進(jìn)工藝模擬裝置包括以下模塊以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)工藝模擬：
[0084] (1)可在操作前進(jìn)行初始化的前端設(shè)備，用于讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作命 令的通信模塊；其中上述模擬裝置中使用的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括初始狀態(tài)參數(shù)，具體包括運(yùn) 動(dòng)管柱內(nèi)徑屯、運(yùn)動(dòng)管柱外徑屯、井徑D、鉆柱的加速度a鉆柱的單位質(zhì)量^某段鉆柱的 長度li泥漿密度P、流體黏附系數(shù)K。、時(shí)間步長At、重力加速度g、單位時(shí)間排開的流體 量Qt;動(dòng)態(tài)參數(shù)包括：剎把產(chǎn)生的摩擦力Fm、管柱提升速度VP、管柱內(nèi)返出的液體量％、提升 鉆柱長度LP、泥漿泵體積流量QP、環(huán)空平均流速Vi、某段鉆柱密度Pa、鉆柱在井內(nèi)的摩擦力 Fk；
[0085] (2)內(nèi)存有預(yù)先建立的鉆進(jìn)工藝模擬的數(shù)學(xué)模型并用于根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù) 和操作命令，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)工藝模擬動(dòng)畫的作業(yè)數(shù)據(jù)的鉆進(jìn)工藝模擬模塊；其中鉆進(jìn)工 藝模擬的數(shù)學(xué)模型包括鉆速計(jì)算模型、鉆頭比水功率計(jì)算模型；
[0086] (3)鉆進(jìn)工藝模擬模塊按照設(shè)定的第一數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊以交換初始 化數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元據(jù)此完成鉆進(jìn)工藝的動(dòng)畫展現(xiàn)；其中圖形處理單元包括 全三維實(shí)體模型庫、圖形繪制模塊和視景仿真控制模塊，其中圖形繪制模塊由設(shè)備類圖形 繪制模塊、粒子類圖形繪制模塊、管理類圖形繪制模塊和工藝動(dòng)畫繪制模塊組成，視景仿真 控制模塊由場景初始化模塊、工藝動(dòng)畫控制模塊、碰撞處理模塊、特效渲染模塊和參數(shù)顯示 豐旲塊。
[0087] (4)圖形處理單元按照設(shè)定的第二數(shù)據(jù)格式與鉆進(jìn)工藝模擬模塊通訊，以交換動(dòng) 畫狀態(tài)信息；
[0088] (5)用于重復(fù)執(zhí)行上述操作的模塊。
[0089] 其中所述鉆速計(jì)算模型為：
[0090] 1)、鉆速模型
[0092]式中：
[0093] a-鉆壓指數(shù)（= 0.5366+ 0.1993心）
[0094] b-轉(zhuǎn)速指數(shù)（6 = 0.9250 - 0.0375心）
[0095] c-地層壓力指數(shù)（c = 0.7011-0.0568心）
[0096] d-鉆井液密度差系數(shù)（d= 0.9767& -7.2703 )
[0097] kd-地層統(tǒng)計(jì)可鉆性（kd= 0? 00165H+0. 635)
[0098] W-比鉆壓（KN/mm)
[0099] N-轉(zhuǎn)速（rpm)
[0100] HEI-有效鉆頭比水功率（kw/mm2)
[0101] Pm-實(shí)際或設(shè)計(jì)泥漿密度（g/cm3)
[0102] Pp-地層壓力當(dāng)量密度（g/cm3)
[0103] V-機(jī)械鉆速（m/h)
[0104] 其中鉆頭比水功率模型為：
[0105] 2)、有效鉆頭比水功率模型
[0107] 式中：
[0108] HEI-有效鉆頭比水功率（kw/mm2)
[0109]Pm-實(shí)際或設(shè)計(jì)泥漿密度（g/cm3)
[0110] Q-排量，升/秒
[0111] Db-鉆頭直徑，厘米
[0112] de-噴嘴當(dāng)量直徑，厘米
[0113]
(J\，j2,j3噴嘴直徑，厘米）。
[0114] 其中鉆機(jī)模型溢流模擬裝置包括與前端硬件設(shè)備及圖形處理單元通信的通信模 塊和鉆機(jī)溢流模擬模塊，與前端硬件設(shè)備通信是為了實(shí)時(shí)獲得硬件設(shè)備狀態(tài)，然后在內(nèi)部 通過相關(guān)鉆機(jī)溢流模擬的數(shù)學(xué)模型以模擬鉆機(jī)溢流過程。
[0115] 其中所述鉆機(jī)模型溢流模擬裝置包括以下模塊以實(shí)現(xiàn)鉆井溢流過程模擬：
[0116] (1)可在操作前進(jìn)行初始化的前端設(shè)備，用于讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作命 令的通信模塊；其中上述模擬裝置中使用的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括初始狀態(tài)參數(shù)，具體包括運(yùn) 動(dòng)管柱內(nèi)徑屯、運(yùn)動(dòng)管柱外徑屯、井徑D、鉆柱的加速度a鉆柱的單位質(zhì)量^某段鉆柱的 長度li泥漿密度P、流體黏附系數(shù)K。、時(shí)間步長At、重力加速度g、單位時(shí)間排開的流體 量Qt;動(dòng)態(tài)參數(shù)包括：剎把產(chǎn)生的摩擦力Fm、管柱提升速度VP、管柱內(nèi)返出的液體量％、提升 鉆柱長度LP、泥漿泵體積流量QP、環(huán)空平均流速Vi、某段鉆柱密度Pa、鉆柱在井內(nèi)的摩擦力 Fk；
[0117] (2)內(nèi)存有預(yù)先建立的鉆機(jī)溢流模擬的數(shù)學(xué)模型并用于根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù) 和操作命令，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)溢流模擬動(dòng)畫的作業(yè)數(shù)據(jù)的鉆機(jī)溢流模擬模塊；其中鉆機(jī)溢 流模擬的數(shù)學(xué)模型包括鉆機(jī)溢流過程模擬模型和關(guān)井溢流過程模擬模型；
[0118] (3)鉆機(jī)溢流模擬模塊按照設(shè)定的第一數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊以交換初始 化數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元據(jù)此完成鉆機(jī)溢流的動(dòng)畫展現(xiàn)；其中圖形處理單元包括 全三維實(shí)體模型庫、圖形繪制模塊和視景仿真控制模塊，其中圖形繪制模塊由設(shè)備類圖形 繪制模塊、粒子類圖形繪制模塊、管理類圖形繪制模塊和工藝動(dòng)畫繪制模塊組成，視景仿真 控制模塊由場景初始化模塊、工藝動(dòng)畫控制模塊、碰撞處理模塊、特效渲染模塊和參數(shù)顯示 豐旲塊。
[0119] (4)圖形處理單元按照設(shè)定的第二數(shù)據(jù)格式與鉆機(jī)溢流模擬模塊通訊，以交換動(dòng) 畫狀態(tài)信息；
[0120] (5)用于重復(fù)執(zhí)行上述操作的模塊。
[0121] 其中鉆機(jī)溢流過程模擬模型包括以下子模型：氣體流量計(jì)算模型、每段混合物長 度計(jì)算模型、環(huán)空混合物總長度計(jì)算模型、井內(nèi)溢流量模型以及每段混合物密度模型，分別 如下
[0122] (1)氣體流量計(jì)算模型：
[0123] =C(^-P/)
[0124]式中：
[0125] Qgs__對應(yīng)于Pb的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體滲流量，米3/秒
[0126]PP，Pb-地層、井底有效壓力，千帕
[0127]C-滲流系數(shù)，米3/千帕?秒（0. 2)
[0128]在j時(shí)刻A t時(shí)間內(nèi)必，(刀=C[Pp2(y) - d,)]
[0129] (2)每段混合物長度計(jì)算模型：
[0130] AHmiX(J)(j= 1,2,3,……n-1)
[0131] ^HmiX(J)= {Q[P (jj-Pfj-!)]+UjQgs(J)In[P(J)/P(J_ 1)]}/(gP Q)
[0132]式中：
[0133]Q-泥漿排量，米3/秒
[0135]Pu廠-第j段混合物底部壓力，千帕
[0136] 第j段混合物頂部壓力，千帕
[0137]P-泥漿密度，克/厘米3
[0138]g-重力加速度，米/秒2
[0139] (3)環(huán)空混合物總長度計(jì)算模型：
[0141] (4)井內(nèi)溢流量
[0143] (5)每段混合物密度計(jì)算模型：
[0144]
[0145]式中：
[0146]A-混合物中泥漿體積分量
[0147] Aa__該溢流段環(huán)空橫截面積，毫米2
[0148] %-混合物中天然氣體積分量，
[0149] Pg__天然氣密度，克/厘米3。
[0150] 關(guān)井溢流過程模擬模型包括如下子模型：關(guān)井穩(wěn)定后井底混合物長度計(jì)算模型以 及關(guān)井穩(wěn)定后井底純氣柱的長度計(jì)算模型，分別為：
[0151] 關(guān)井穩(wěn)定后井底混合物長度計(jì)算模型：
[0153]式中：
[0154] A P = g p Q A t/Aa
[0155] n-環(huán)空中所分混合物的段數(shù)
[0156] (2)關(guān)井穩(wěn)定后井底純氣柱的長度
[0157] Hmix (n+1)