CN103678873A - 化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法及其系统，所述方法包括以下步骤：构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及多个预案演练成员子系统；根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。本发明能够对电力行业化学实验室危险品管理进行应急预案仿真模拟，可虚拟实验室可能出现的各种突发情况，并可以虚拟进行大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案演练仿真。

Description

化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法及其系统

技术领域

本发明涉及仿真的技术领域，特别是涉及一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，以及一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真系统。

背景技术

在电力行业化学实验室中，危险化学品虽然数量和种类不多，但其具有易燃、易爆、腐蚀性强等特点。在存储和使用过程中，潜在着极大的危险性。稍有疏忽和操作不慎，易造成危险化学品失火、爆炸、中毒及化学灼伤等事故。当化学实验室发生事故时，为了有效控制事故的进一步蔓延，迅速开展事故应急救援工作，一方面需要准确地掌握事故现场的情况，另一方面更要对事故可能的发展趋势进行准确判断。面对复杂的事故环境、未明了的现场情况，即使是具有丰富经验的事故专家在此紧急时刻也难以对事故的发展趋势做出准确而全面预测。

目前，危险品的应急预案基本采用理论培训和事故演练的形式进行。理论上的培训难以给人以真实的现场感受，难以快速提高受训人员的事故真正发生时的实际应急技能；事故演练需要占用大量的人力物力，演练次数有限，无法真正模拟事故发生时的各种情况；未能进行大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案演练，难以真正提高处理人员的整体协同合作能力。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种能够对电力行业化学实验室危险品管理进行应急预案仿真模拟的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法及其系统，可虚拟实验室可能出现的各种突发情况，并可以虚拟进行大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案演练仿真。

一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，包括以下步骤：

构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及多个预案演练成员子系统；

根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；

接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真系统，包括：

模型构建模块，用于构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及多个预案演练成员子系统；

事故模拟模块，用于根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；

协同仿真模块，用于接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

本发明的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法及其系统，通过构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，可以模拟化学实验室危险品的事故现场，使操作人员可以直观感受到危险品的事故现场的各种情况，能逼真的人工虚拟危险品发生事故现场环境，有效模拟事故现场、事故种类及人在自然环境中各种感知的行为，从而极大地提高了虚拟场景的逼真度和操作的真实感；能虚拟各种可能出现的实验室危险品事故应急的全过程。通过构建各种所述虚拟实验室应急设备模型，可以使操作人员对事故现场进行模拟处理，事故应急处理过程在计算机软件上完成，可以随时进行应急预案演练，无需消耗大量的人力物力，可避免演练过程中发生的危险。并且各个所述预案演练成员子系统由用户的选择参与所述仿真，各个用户可以通过本机上的所述预案演练成员子系统以不同的身份参与所述仿真演练，可以进行大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案仿真演练。

附图说明

图1是本发明化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法的流程示意图；

图2本发明虚拟不同的应急预案及预案演练子系统模型的示意图；

图3是本发明化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法一种优选实施方式的局部流程示意图；

图4是本发明中多个仿真应用单元协同运行的体系结构模型示意图；

图5是本发明化学实验室危险品管理应急预案协同仿真系统的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法的流程示意图。

所述化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，包括以下步骤：

S101，构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及多个预案演练成员子系统；

S102，根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；

S103，接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

其中，对于步骤S101，所述虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型可以通过计算机以各种方式模拟获得，优选采用虚拟现实的技术，根据现实的场景、设备等进行模拟获得。

作为一个实施例，通过以下方式构建虚拟化学实验室危险品的场景模型：

通过平面图纸完成三维场景对象的建模，构建出虚拟场景的基础框架，其中建模的对象包括办公楼主体、每层楼层布局和实验室基本布置；

确定模型的层次结构，包括家私、仪器设备、电器设备、危险品、应急设备和消防设施的摆放；

对动态和静态的建模对象进行可视建模过程；

对各建模对象进行纹理映射。

首先，通过平面图纸完成三维场景的建模，包括办公楼主体、每层楼层布局、实验室基本布置。通过对这些对象的建模，构建出虚拟场景的基础框架。接着确定模型的层次结构，包括家私、仪器设备、电器设备、危险品、应急设备、消防设施的摆放。然后，进行可视建模过程，包括设备、实验室、人、环境等动态和静态对象，虚拟现实的建模工具包括几何建模、物理建模、运动建模、音频建模、模型分割、交互映射等。最后，对各建模的对象进行纹理映射，较好地模拟这类物体，同时使其更加接近实物。

通过构建虚拟化学实验室危险品的场景模型，能够模拟实验室的真实环境和设施设备。用户可以利用输入设备控制自己的视点和视角，对这个虚拟场景进行全方位的浏览和交互，达到熟悉场景的目的。

作为一个实施例，构建虚拟实验室应急设备模型的步骤包括：

建立虚拟应急设备的三维外形；

定义所述虚拟应急设备的功能按键、警示标识、电源插件、数字键、连接头的位置和相关使用功能。

其中，优选采用3DMAX按照实验室消防设施、应急设备、个人防护用品的外形尺寸及其比例关系建立仪器三维外形。

在定义所述虚拟应急设备的功能按键、警示标识、电源插件、数字键、连接头的位置和相关使用功能时，调入3DMAX制作的三维外形，以每个应急设备的正面的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内用一个矩形定义这些设备的功能按键、警示标识、电源插件、数字键和连接头，并使其作用范围与实物关联。

在一个优选实施方式中，虚拟实验室应急设备模型都是以现有的实验室消防设施、应急设备、个人防护用品为原型，采用虚拟现实技术生成的。

通过构建虚拟实验室应急设备模型，能够模拟实验室的全部所需的消防、应急设备、个人防护用品的三维外形、功能按键、警示标识等相关使用信息。

作为一个实施例，通过以下方式构建虚拟事故模型：

对典型事故进行虚拟现实的建模，包括设备、实验室、人和环境对象。

对典型事故使用Vega特殊效果模拟扩展模块模拟的爆炸、燃烧、烟雾和声音特效。

虚拟事故模型是虚拟事故发生时的各种突发情况的虚拟模型，通过对失火、爆炸、中毒及化学灼伤等典型事故进行虚拟现实的建模，包括设备、实验室、人、环境等动态和静态对象。对失火、爆炸、中毒及化学灼伤等典型事故使用Vega特殊效果模拟扩展模块模拟的爆炸、燃烧、烟雾、声音等特效，能模拟气体泄漏、失火、爆炸、人员中毒及化学灼伤等典型事故。

在一个实施方式中，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真的步骤包括：

根据用户指令，调用预案逻辑仿真单元读取预先建立的应急预案专家库，选择所述应急预案专家库中预设的应急预案；

根据所述应急预案协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

所述预案逻辑仿真单元调用所述应急预案专家库中的应急预案进行事故的协同处理仿真。而所述预案演练成员子系统为每个用户参与仿真应急预案演练的软件接口，所述预案演练成员子系统提供各种虚拟身份，各个虚拟身份设置对应的权限，用户可以选择其中一种虚拟身份通过所述预案演练成员子系统登陆与所述预案逻辑仿真单元连线，参与仿真演练。因此通过协同调度各个所述预案演练成员子系统，可以仿真调度不同身份的各种人员参加仿真演练，实现化学实验室危险品管理应急预案不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案演练，难以真正提高处理人员的整体协同合作能力。

请参阅图2，图2本发明虚拟不同的应急预案及预案演练子系统模型的示意图。首先利用VFP软件建立应急预案专家库，对每个预案建立在预案逻辑仿真单元。然后所述预案演练成员子系统，对成员系统进行职责和分工划分，实现应急过程中的协同合作指挥。

通过虚拟不同的应急预案及预案演练子系统模型，能模拟针对不同突发情况的应急救援行动方案，能模拟事故报警、应急救援指挥部的组成和分工、救援队伍的组成和分工、事故应急处置方案等。

通过本发明可以进行大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案演练仿真。可以模拟多个仿真应用协同运行，不同的仿真应用单元能模拟事故发生时的各个指挥小组、应急人员、参与人员的角色，实现不同聚合度的人员协同进行。

本发明可以为应急预案的完善和优化提供仿真技术方法支持。即该虚拟仿真方法可以为不同类型事故的研究提供一种真实的现场，可以实现大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的事故应急仿真，从而为分析事故发生、发展的原因以及制定事故应急对策提供了新的有效途径。使应急准备和应急管理不再是无据可依、无章可循。尤其是培训和演习，它们依赖于应急预案。培训可以让应急人员熟悉自己的责任从而具备完成指定任务所需的相应技能；演习可以检验预案和行动程序，并评估应急人员的技能和整体协调性。能够有助于实现日常网络虚拟实验室的建设，为各类科学研究、技能培训提供方法支持。

请参阅图3，图3是本发明化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法一种优选实施方式的局部流程示意图。

本实施方式的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法的主要区别在于，还包括以下步骤：

S301，运用HLA体系结构，构造通用的预案演练仿真的RTI；

S302，按照HLA体系结构的规范对各个仿真应用单元进行描述；

S303，根据HLA协议规范，将各个仿真应用单元加入到所述RTI中。

图4是本发明中多个仿真应用单元协同运行的体系结构模型示意图。通过运用HLA（High Level Architecture，高级体系结构)的体系结构构造一个比较通用的、适合安全预案演练仿真的平台支撑环境RTI，按照HLA体系结构的规范各个仿真应用单元进行描述，并且根据HLA协议规范，将各个仿真应用单元加入到RTI中，可以模拟多个仿真应用协同运行。

本发明将HLA体系结构与虚拟现实技术（Virtual Reality）相结合，以高度沉浸感和良好交互性为特征的虚拟现实技术，能逼真的人工虚拟化学实验室危险品管理应急的整个流程环节，并且有效模拟管理过程中人、机、物在自然环境中各种感知系统的行为，从而极大地提高了虚拟场景的逼真度和操作的真实感，在仿真、培训、虚拟实验等领域得到了广泛应用。而以HLA为基础的体系架构，可将以往单个仿真应用连接起来，组成一个大型的虚拟世界，对散落在各地方的仿真资源进行重新利用，充分利用现有的仿真资源进行大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同的预案演练仿真，其各个仿真单元可以做到在同一个框架下即连即用，可快速地提供一个有关安全领域内的大型分布式仿真平台。

本发明还具有以下优点：

1、可以模拟多个仿真应用协同运行，实现大规模的、不同粒度，不同聚合度的人员协同应急演练。

2、通过本发明的仿真系统，每个人只需一台电脑就可以进行急预案的演练，可提高相关人员发现事故隐患，培训事故处理的能力和素质。

3、本发明的仿真系统可用于生产过程应急预案的培训、演练、验证、研究，节省大量的人力物力。

4、可以虚拟任何一种突发事件，并且可以虚拟这些事件中的典型案例，以对事故现象做逼真模拟，并可进行相应的应急操作以控制和减小事故损失可以全面地科学地进行。

请参阅图4，图4是本发明化学实验室危险品管理应急预案协同仿真系统的结构示意图。

所述化学实验室危险品管理应急预案协同仿真系统，包括：

模型构建模块10，用于构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及多个预案演练成员子系统；

事故模拟模块20，用于根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；

协同仿真模块30，用于接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式中的全部或部分流程以及对应的系统，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施方式的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及各种应急预案及预案演练成员子系统；

根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；

接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

2.如权利要求1所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，构建虚拟化学实验室危险品的场景模型的步骤包括：

通过平面图纸完成三维场景对象的建模，构建出虚拟场景的基础框架，其中建模的对象包括办公楼主体、每层楼层布局和实验室基本布置；

确定模型的层次结构，包括家私、仪器设备、电器设备、危险品、应急设备和消防设施的摆放；

对动态和静态的建模对象进行可视建模过程；

对各建模对象进行纹理映射。

3.如权利要求2所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，对动态和静态的建模对象进行可视建模过程的步骤包括：

运用几何建模、物理建模、运动建模、音频建模、模型分割以及交互映射的建模工具，对动态和静态的建模对象进行虚拟现实建模。

4.如权利要求1所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，构建虚拟实验室应急设备模型的步骤包括：

建立虚拟应急设备的三维外形；

定义所述虚拟应急设备的功能按键、警示标识、电源插件、数字键、连接头的位置和相关使用功能。

5.如权利要求4所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，建立虚拟应急设备的三维外形的步骤包括：

采用3DMAX按照实验室消防设施、应急设备、个人防护用品的外形尺寸及其比例关系建立仪器三维外形。

6.如权利要求4所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，定义所述虚拟应急设备的功能按键、警示标识、电源插件、数字键、连接头的位置和相关使用功能的步骤包括：

调入3DMAX制作的三维外形，以每个应急设备的正面的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内用一个矩形定义这些设备的功能按键、警示标识、电源插件、数字键和连接头，并使其作用范围与实物关联。

7.如权利要求1所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，构建虚拟事故模型的步骤包括：

对典型事故进行虚拟现实的建模，包括设备、实验室、人和环境对象。

对典型事故使用Vega特殊效果模拟扩展模块模拟的爆炸、燃烧、烟雾和声音特效。

8.如权利要求1所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，根据用户指令选择所述应急预案的步骤包括：

根据用户指令，调用预案逻辑仿真单元读取预先建立的应急预案专家库，选择所述应急预案专家库中预设的应急预案。

9.如权利要求1至8任意一项所述的化学实验室危险品管理应急预案协同仿真方法，其特征在于，还包括以下步骤：

运用HLA体系结构，构造通用的预案演练仿真的RTI；

按照HLA体系结构的规范对各个仿真应用单元进行描述；

根据HLA协议规范，将各个仿真应用单元加入到所述RTI中。

10.一种化学实验室危险品管理应急预案协同仿真系统，其特征在于，包括：

模型构建模块，用于构建虚拟化学实验室危险品的场景模型、虚拟实验室应急设备模型、虚拟事故模型，以及各种应急预案及预案演练成员子系统；

事故模拟模块，用于根据所述虚拟化学实验室危险品的场景模型以及所述虚拟事故模型，模拟事故现场；

协同仿真模块，用于接入相应的预案演练成员子系统，根据用户指令选择相应的所述应急预案以及虚拟实验室应急设备模型，协同各个所述预案演练成员子系统进行事故处理仿真。

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