CN107812338B - 一种灭火器使用教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灭火器使用教学系统，包括：至少一个灭火器主体，所述灭火器主体与现行灭火器相同；数据采集发送模块，所述数据采集发送模块用于采集所述灭火器主体的状态信息，并将所述灭火器主体的状态信息发送出去；场景重现模块，所述场景重现模块用于接收所述灭火器主体的状态信息，并根据所述灭火器主体的状态信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。本发明利用增强现实技术并采用与现行灭火器相同的灭火器主体，既安全、环保、经济，又能使受训人员感受到灭火器的真实重量、真实手感。当遇到火灾时，经过本发明所提供的灭火器培训的人员在面对真实灭火器时也能从容应对。

Description

一种灭火器使用教学系统

技术领域

本发明涉及教学器具技术领域，尤其涉及一种灭火器使用教学系统。

背景技术

灭火器是一种可携式灭火工具。灭火器内放置化学物品，用以救灭火灾。灭火器是常见的防火设施之一，存放在公众场所或可能发生火灾的地方，不同种类的灭火筒内装填的成分不一样，是专为不同的火警而设。使用时必须注意以免产生反效果及引起危险。所以，需要对一般人群进行灭火器的使用培训。

在进行灭火器使用方法的培训时，一般是使用过期灭火器，在安全场地中点燃可燃物，进行实训式灭火训练。虽然这种训练最真实直观，但是对场地和安全措施的要求高，同时也会造成物料损耗。

随着技术的发展，虚拟现实技术也开始运用在了灭火器教学培训中。目前，在虚拟现实环境下进行灭火训练，需要使用无线手柄等交互设备进行模拟操作，对灭火器只能进行视觉上的仿真。虽然这种方案具有安全、环保、经济的优点，但是受训人员，对灭火器的真实重量、真实手感并没有直观概念，当遇到火灾时，紧张慌乱的情绪可能会令受训人员面对真实灭火器无所适从。

发明内容

本发明目的是提供一种灭火器使用教学系统，以解决上述问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种灭火器使用教学系统，包括：

至少一个灭火器主体，所述灭火器主体与现行灭火器相同；

数据采集发送模块，所述数据采集发送模块用于采集所述灭火器主体的状态信息，并将所述灭火器主体的状态信息发送出去；

场景重现模块，所述场景重现模块用于接收所述灭火器主体的状态信息，并根据所述灭火器主体的状态信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。

优选的，所述灭火器主体为报废的空灭火器或与现行灭火器相同的灭火器道具。

优选的，所述数据采集发送模块，包括：

位置追踪单元，所述位置追踪单元设置在所述灭火器主体上，用于追踪所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置；

拉环插销开关量采集单元，所述拉环插销开关量采集单元设置在所述灭火器主体的拉环插销处，用于采集所述拉环插销的开关状态；

按压柄模拟量采集单元，所述按压柄模拟量采集单元设置在所述灭火器主体的按压柄处，用于采集所述按压柄的按下程度；

信息汇总单元，所述信息汇总单元分别与所述位置追踪单元、拉环插销开关量采集单元和按压柄模拟量采集单元相连，用于接收所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、所述拉环插销的开关状态和所述按压柄的按下程度，并将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、所述拉环插销的开关状态和所述按压柄的按下程度转换为数字信号，并为所述数字信号赋予ID信息，生成所述灭火器主体的状态信息；

第一无线收发单元，所述第一无线收发单元与所述信息汇总单元相连，用于将所述灭火器主体的状态信息发送出去；

供电单元，所述供电单元用于为所述数据采集发送模块供电。

优选的，所述位置追踪单元，包括：

罐体位置追踪器，所述罐体位置追踪器设置在所述灭火器主体的罐体上，用于追踪所述灭火器主体的罐体的位置；

喷口位置追踪器，所述喷口位置追踪器设置在所述灭火器主体的喷口处，用于追踪所述灭火器主体喷口位置。

优选的，所述拉环插销开关量采集单元，包括：设置在所述拉环插销下方的光栅传感器，当所述拉环插销未被拔出时，所述拉环插销遮挡住所述光栅传感器的光线，当所述拉环插销被拔出时，所述光栅传感器接收到光线。

优选的，所述按压柄模拟量采集单元，包括：安装在所述按压柄上把柄的霍尔传感器，以及安装在所述按压柄下把柄的强磁铁。

优选的，所述信息汇总单元和供电单元设置在所述灭火器主体内部。

优选的，所述场景重现模块，包括：

第二无线收发单元，所述第二无线收发单元用于接收所述灭火器主体的状态信息；

数据处理单元，所述数据处理单元与所述第二无线收发单元，用于接收所述灭火器主体的状态信息，并根据预设协议对所述灭火器主体的状态信息解包，并识别所述灭火器主体的ID；

状态更新单元，所述状态更新单元与所述数据处理单元，用于根据经过解包的灭火器主体的状态信息更新所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态，并根据所述虚拟喷射物状态同步更新预设的虚拟道具和虚拟火焰；

增强现实单元，所述增强现实单元与所述状态更新单元相连，用于根据所述状态更新单元输出的信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。

优选的，所述数据采集发送模块，还包括：

人体位置采集单元，所述人体位置采集单元设置在受训者身上，用于采集所述受训者的位置。

优选的，所述状态更新单元还包括生命状态更新子单元，所述生命状态更新子单元用于根据所述受训者的位置与虚拟火焰的位置更新受训者的生命状态。

本发明利用与现行灭火器相同的灭火器主体，再在灭火器主体上设置数据采集发送模块，以采集所述灭火器主体的状态信息，再通过场景重现模块接收所述灭火器主体的状态信息，并根据所述灭火器主体的状态信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。本发明利用了增强现实技术并采用与现行灭火器相同的灭火器主体，既安全、环保、经济，又能使受训人员感受到灭火器的真实重量、真实手感。当遇到火灾时，经过本发明所提供的灭火器培训的人员在面对真实灭火器时也能从容应对。

附图说明

图1为本发明提供的一种灭火器使用教学系统结构示意图；

图2为本发明提供的一种数据采集发送模块结构示意图；

图3为本发明提供的一种场景重现模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种灭火器使用教学系统，如图1所示，包括：

至少一个灭火器主体1，所述灭火器主体1与现行灭火器相同；

数据采集发送模块，所述数据采集发送模块用于采集所述灭火器主体1的状态信息，并将所述灭火器主体1的状态信息发送出去；

场景重现模块2，所述场景重现模块2用于接收所述灭火器主体1的状态信息，并根据所述灭火器主体1的状态信息将与所述灭火器主体1对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。需要说明的是，本实施例中所述灭火器主体1与现行灭火器相同，是指无论从形态结构还是手感重量等方面，灭火器主体1与现行灭火器都相同。所以，在本实施例中，所述灭火器主体1为报废的空灭火器或与现行灭火器相同的灭火器道具。

如图2所示，所述数据采集发送模块，包括：

位置追踪单元，所述位置追踪单元设置在所述灭火器主体上，用于追踪所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置。所述位置追踪单元，又包括：

罐体位置追踪器31，所述罐体位置追踪器31设置在所述灭火器主体的罐体上，用于追踪所述灭火器主体1的罐体的位置；喷口位置追踪器32，所述喷口位置追踪器32设置在所述灭火器主体1的喷口处，用于追踪所述灭火器主体喷口位置。进一步的，在本实施例中，可以使用视觉标识定位技术、基于图像数据的Slam定位技术和基于深度数据的Slam定位技术来对灭火器主体的罐体位置和喷口位置进行跟踪。

拉环插销开关量采集单元4，所述拉环插销开关量采集单元4设置在所述灭火器主体1的拉环插销处，用于采集所述拉环插销的开关状态。在本实施例中，所述拉环插销开关量采集单元4，包括：设置在所述拉环插销处的光栅传感器，当所述拉环插销未被拔出时，所述拉环插销遮挡住所述光栅传感器的光线，当所述拉环插销被拔出时，所述光栅传感器接收到光线。此外，所述拉环插销开关量采集单元4还可以包括具有类似功能的其他的传感器。

按压柄模拟量采集单元5，所述按压柄模拟量采集单元5设置在所述灭火器主体1的按压柄处，用于采集所述按压柄的按下程度。在本实施例中，所述按压柄模拟量采集单元5，包括：安装在所述按压柄上把柄的霍尔传感器，以及安装在所述按压柄下把柄的强磁铁。当所述按压柄按下时，所述霍尔传感器所感应到的所述强磁铁的磁场强度会随着按压程度的不同而变化。即，按压柄按下的程度越大，霍尔传感器输出的模拟量也就越大，从而实现采集所述按压柄按下程度的目的。

信息汇总单元6，所述信息汇总单元6分别与所述位置追踪单元、拉环插销开关量采集单元4和按压柄模拟量采集单元5相连，用于接收所述灭火器主体1罐体的位置和喷口位置、所述拉环插销的开关状态和所述按压柄的按下程度，并将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、所述拉环插销的开关状态和所述按压柄的按下程度转换为数字信号，并为所述数字信号赋予ID信息，生成所述灭火器主体的状态信息。即，所述灭火器主体的状态信息包括了灭火器罐体的位置、喷口的位置、拉环插销是否拔出、按压柄是否按下及按压柄的按下程度。

第一无线收发单元7，所述第一无线收发单元7与所述信息汇总单元6相连，用于将所述灭火器主体1的状态信息发送出去。

供电单元8，所述供电单元8用于为所述数据采集发送模块供电。供电单元8可由18650的锂电池组和稳压模块组成。本实施例中，所述供电单元8与所述信息汇总单元6相连，由于所述信息汇总单元6分别与所述位置追踪单元拉环插销开关量采集单元4、按压柄模拟量采集单元5和第一无线收发单元7相连，则供电单元8通过信息汇总单元6为整个数据采集发送模块供电。

此外，所述数据采集发送模块，还包括：

人体位置采集单元，所述人体位置采集单元设置在受训者身上，用于采集所述受训者的位置。

所述信息汇总单元6和供电单元8还可以设置在所述灭火器主体1内部，以避免对受训人员造成影响。

如图3所示，所述场景重现模块2，包括：

第二无线收发单元21，所述第二无线收发单元21用于接收所述灭火器主体的状态信息。

数据处理单元22，所述数据处理单元22与所述第二无线收发单元21相连，用于接收所述灭火器主体的状态信息，并根据预设协议对所述灭火器主体的状态信息解包，并识别所述灭火器主体的ID。当所述灭火器主体为多个时，本实施例可以根据ID信息来对所述多个灭火器主体进行区分。而且，由于所述灭火器主体的状态信息是多个具体信息的集合，所述在传输时信息汇总单元会对数据进行打包处理，在数据处理单元22接收到所述灭火器主体的状态信息后，需要对其进行解包，以将各个数据信息释放出来。

状态更新单元23，所述状态更新单元23与所述数据处理单元22，用于根据经过解包的灭火器主体的状态信息更新所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态，并根据所述虚拟喷射物状态同步更新预设的虚拟道具和虚拟火焰。本申请中，虚拟喷射物是根据灭火器主体的状态计算出的灭火器应当喷射出的灭火物质。虚拟喷射物状态是指虚拟灭火物质的喷射方向、喷射速度等状态信息。在状态更新单元23具体工作时，会根据灭火器主体的拉环插销的插拔状态和按压柄的按下程度来确定是否有灭火物质喷出，确定有灭火物质喷出时，再由按压柄的按下程度来确定虚拟灭火物质喷射的初速度，由喷口位置确定虚拟灭火物质喷射的位置和方向。在状态更新模块23中，还根据所述虚拟喷射物状态对虚拟火的状态进行更新，包括火的扩散、被障碍物阻挡、被灭火物质扑灭。本实施例中，虚拟道具是指虚拟的桌子、椅子等，虚拟道具也会被虚拟灭火物质影响(如被灭火物质覆盖等)，虚拟火焰除与虚拟灭火物质有关系外，自己也会根据物理规律在虚拟道具上漫延。进一步的，由于虚拟喷射物状态和虚拟火状态的变化，状态更新模块23会同步更新虚拟烟和虚拟道具的状态。而真实道具在虚拟场景中的替代物(例如真实的灭火器主体和其他真实道具)不需要渲染，只需要加入障碍物的计算即可。所述状态更新单元23还包括生命状态更新子单元，所述生命状态更新子单元用于根据所述受训者的位置与虚拟火焰的位置更新受训者的生命状态。当受训者离虚拟火距离小于设定阈值时，其生命值会不断减少，直至为0，为0后该受训者退出培训；当有多人协同培训时，状态更新模块将通过灭火器的ID来区分更新。

增强现实单元24，所述增强现实单元24与所述状态更新模块23相连，用于根据所述状态更新单元输出的信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。增强现实单元24还能对受训者的生命值与培训时间等信息进行提示，对硬件的要求较低，使用配置较低的移动增强现实系统即可。本实施例中，所述增强现实单元24优选为AR眼镜。

本发明利用与现行灭火器相同的灭火器主体，再在灭火器主体上设置数据采集发送模块，以采集所述灭火器主体的状态信息，再通过场景重现模块接收所述灭火器主体的状态信息，并根据所述灭火器主体的状态信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。本发明利用了增强现实技术并采用与现行灭火器相同的灭火器主体，既安全、环保、经济，又能使受训人员感受到灭火器的真实重量、真实手感。当遇到火灾时，经过本发明所提供的灭火器培训的人员在面对真实灭火器时也能从容应对。

实施例2

本实施例公开了上述灭火器使用教学系统的使用方法，该方法包括：

预置虚拟场景，虚拟场景中有与现实环境一致的地面信息，并且建有与真实道具一致的虚拟模型，以及可以叠加在真实环境上的虚拟道具，同时预置虚拟火源，赋予虚拟火源以扩散及绕过虚拟障碍物的物理特性，虚拟障碍既包括虚拟道具，也包括根据真实道具位置和大小所建立的真实道具在虚拟场景中的替代物。

受训人员穿戴增强现实单元，并手持灭火器主体。

在所述受训人员拿着灭火器主体移动而没有其他动作时：

所述位置追踪单元追踪所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置，并将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置发送信息汇总单元。所述人体位置采集单元采集所述受训者的位置并发送给信息汇总单元。所述信息汇总单元将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置的信息、受训者的位置转换为数字信号，并为所述数字信号赋予ID信息，生成所述灭火器主体的状态信息以及受训者的位置信息。再通过第一无线收发单元将所述灭火器主体的状态信息以及受训者的位置信息发送出去。此时，所述灭火器主体的状态为所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、拉环插销未拔出、按压柄未按下。

第二无线收发单元接收到所述灭火器主体的状态信息和受训者的位置信息。数据处理单元根据预设协议对所述灭火器主体的状态信息解包，并识别所述灭火器主体的ID。所述状态更新单元对根据经过解包的灭火器主体的状态信息更新所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态，并根据所述虚拟喷射物状态同步更新预设的虚拟道具和虚拟火焰。增强现实单元根据所述状态更新单元输出的信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。获得受训人员手持灭火器移动但灭火器没有喷射灭火物质、火一直在燃烧的场景。

在所述受训人员拿着灭火器主体移动，且进行灭火操作时：

所述位置追踪单元追踪所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置，并将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置发送给信息汇总单元。所述人体位置采集单元采集所述受训者的位置并发送给信息汇总单元。在所述受训人员拔下拉环插销时，拉环插销开关量采集单元采集到拉环插销被拔下，则将拉环插销拔下状态的信息发送给信息汇总单元。在所述受训人员按下按压柄时，按压柄模拟量采集单元采集所述按压柄的按下程度，并将按压柄按下程度的信息发送给信息汇总单元。所述信息汇总单元将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置的信息、受训者的位置、拉环插销拔下状态和按压柄的按下程度转换为数字信号，并为所述数字信号赋予ID信息，再通过第一无线收发单元将所述灭火器主体的状态信息以及受训者的位置信息发送出去。此时，所述灭火器主体的状态为所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、拉环插销拔出、按压柄按下。

第二无线收发单元接收到所述灭火器主体的状态信息和受训者的位置信息。数据处理单元根据预设协议对所述灭火器主体的状态信息解包，并识别所述灭火器主体的ID。所述状态更新单元对根据经过解包的灭火器主体的状态信息更新所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态，并根据所述虚拟喷射物状态同步更新预设的虚拟道具和虚拟火焰。增强现实单元根据所述状态更新单元输出的信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。获得受训人员手持灭火器喷射灭火物质以及火焰和道具发生相应变化的场景。

进一步的，当受训者离虚拟火距离小于设定阈值时，其生命值会不断减少，直至为0，为0后该受训者退出培训；当有多人协同培训时，状态更新模块将通过灭火器的ID来区分更新。

实施例3

本实施例公开了上述灭火器使用教学系统的教学场景，该场景如下：

受训人员穿戴AR眼镜后，受训人员能透过AR眼镜直接看到灭火器主体的位置变化和状态变化；进行灭火培训时，受训人员首先要拔掉灭火器主体上的拉环插销，当场景重现模块收到拉环插销开关量采集单元采集的数据后，会将灭火器切换为可喷射虚拟灭火物质状态，然后受训人员再按压灭火器主体上的按压柄，当场景重现模块收到按压柄模拟量采集单元采集的数据后，会根据受训人员按压的程度控制虚拟灭火物质喷射的初速度和大小，并将其叠加在当前场景中，并实时更新虚拟火焰和道具发生的相应变化。受训人员可继续移动灭火器、重复按压操作，直到扑灭火源，或者灭火失败。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种灭火器使用教学系统，其特征在于，包括：

至少一个灭火器主体，所述灭火器主体与现行灭火器相同；

数据采集发送模块，所述数据采集发送模块用于采集所述灭火器主体的状态信息，并将所述灭火器主体的状态信息发送出去；所述数据采集发送模块包括位置追踪单元、拉环插销开关量采集单元、按压柄模拟量采集单元和信息汇总单元，所述信息汇总单元分别与所述位置追踪单元、拉环插销开关量采集单元和按压柄模拟量采集单元相连，用于接收所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、所述拉环插销的开关状态和所述按压柄的按下程度，并将所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置、所述拉环插销的开关状态和所述按压柄的按下程度转换为数字信号，并为所述数字信号赋予ID信息，生成所述灭火器主体的状态信息；所述拉环插销开关量采集单元，包括：设置在所述拉环插销处的光栅传感器，当所述拉环插销未被拔出时，所述拉环插销遮挡住所述光栅传感器的光线，当所述拉环插销被拔出时，所述光栅传感器接收到光线；所述按压柄模拟量采集单元，包括：安装在所述按压柄上把柄的霍尔传感器，以及安装在所述按压柄下把柄的强磁铁；

场景重现模块，所述场景重现模块用于接收所述灭火器主体的状态信息，并根据所述灭火器主体的状态信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。

2.根据权利要求1所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述灭火器主体为报废的空灭火器或与现行灭火器相同的灭火器道具。

3.根据权利要求1所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述数据采集发送模块，包括：

位置追踪单元，所述位置追踪单元设置在所述灭火器主体上，用于追踪所述灭火器主体罐体的位置和喷口位置；

拉环插销开关量采集单元，所述拉环插销开关量采集单元设置在所述灭火器主体的拉环插销处，用于采集所述拉环插销的开关状态；

按压柄模拟量采集单元，所述按压柄模拟量采集单元设置在所述灭火器主体的按压柄处，用于采集所述按压柄的按下程度；

第一无线收发单元，所述第一无线收发单元与所述信息汇总单元相连，用于将所述灭火器主体的状态信息发送出去；

供电单元，所述供电单元用于为所述数据采集发送模块供电。

4.根据权利要求3所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述位置追踪单元，包括：

罐体位置追踪器，所述罐体位置追踪器设置在所述灭火器主体的罐体上，用于追踪所述灭火器主体的罐体的位置；

喷口位置追踪器，所述喷口位置追踪器设置在所述灭火器主体的喷口处，用于追踪所述灭火器主体喷口位置。

5.根据权利要求3所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述信息汇总单元和供电单元设置在所述灭火器主体内部。

6.根据权利要求1所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述场景重现模块，包括：

第二无线收发单元，所述第二无线收发单元用于接收所述灭火器主体的状态信息；

数据处理单元，所述数据处理单元与所述第二无线收发单元，用于接收所述灭火器主体的状态信息，并根据预设协议对所述灭火器主体的状态信息解包，并识别所述灭火器主体的ID；

状态更新单元，所述状态更新单元与所述数据处理单元，用于根据经过解包的灭火器主体的状态信息更新所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态，并根据所述虚拟喷射物状态同步更新预设的虚拟道具和虚拟火焰；

增强现实单元，所述增强现实单元与所述状态更新单元相连，用于根据所述状态更新单元输出的信息将与所述灭火器主体对应的虚拟喷射物状态、预设的虚拟道具和虚拟火焰叠加在现实空间上。

7.根据权利要求6所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述数据采集发送模块，还包括：

人体位置采集单元，所述人体位置采集单元设置在受训者身上，用于采集所述受训者的位置。

8.根据权利要求7所述灭火器使用教学系统，其特征在于，所述状态更新单元还包括生命状态更新子单元，所述生命状态更新子单元用于根据所述受训者的位置与虚拟火焰的位置更新受训者的生命状态。

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