CN103680224A - 矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统，该系统包括由受培训人员操作的控制模块，控制模块控制仿真模块发出模拟的矿山事故图像和声音信号，该信号传输至演示模块进行场景演示，供受培训人员进行观看，在场景演示过程中，仿真模块根据场景内容同时演示场景问题，受培训人员在观看过程中跟随演示内容通过控制模块作出相应的操作和解答，控制模块内设置有评价模块，受培训人员的操作和解答被评价模块计算评分。该系统通过虚拟现实技术营造出逼真的灾害环境，使受培训人员身临其境，不仅可以提高应急救援实战能力，还可对人员的心理承受能力及装备使用情况进行测试和评定，同时减少了采用真实装备进行训练带来的危险和浪费。

Description

矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统

技术领域

本发明涉及一种矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统，具体涉及一种对矿山工作人员进行灾害应急救援培训的装置。

背景技术

近几年来，随着我国矿山安全生产工作的逐步深入，煤矿及非煤矿山的整体安全生产水平有了大幅度的提高，矿山安全生产尤其是煤矿安全生产呈现总体稳定、趋向好转的发展态势，事故总量逐年减少，主要指标持续下降，自2003年至今，煤矿事故率和事故死亡率正分别以平均每年10％和20％的速度下降。尽管如此，安全生产的形势依然严峻，事故总量仍然偏大，重特大事故多发，煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8％～89.6％。党和国家非常重视矿山的安全生产工作，在加强安全生产体系建设、建立完善矿山安全监督体制和法律制度、提高各级人员安全理念、引进开发新型煤矿安全装备方面做了大量的工作，但与其它发达国家相比还存在着较大的差距，其中一个重要方面就是与发达国家应急救援工作水平存在的差距。

据矿山事故分析和权威数据统计，瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、冒顶以及由此引发的继发性事故一直是导致煤矿重大人员伤亡、威胁矿工生命的头号杀手，经专家系统分析我国近年来矿难事故后发现，从时间段上确定在瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出的矿难中死亡人数大多并非发生在矿难的第一时间，而是矿难发生后一段时间内，甚至是一至四天内，仅中毒、窒息、溺水而引发的伤亡就占事故死亡率的90％以上。由于矿难发生地点情况复杂、救援人员能力有限导致救援工作难以在最佳施救时间内开展，使救援工作难以有效实施。

如何有效减少井下矿工的等待救援时间，有效提高救援效率，避免矿难发生后的次生灾害所带来的伤亡，成为降低重大矿难事故人员伤亡的首要问题，因此，通过科学有效的训练，在现有救援装备基础上，不断提升矿山工作人员的相关救援知识水平和施救能力，是提高矿难发生后井下救援效率，降低矿难伤亡现状的关键。

 

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统，该系统通过计算机模拟矿山灾害场景，对矿山工作人员进行灾害应急救援培训，可以有效提高矿山工作人员的救援知识水平和施救能力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统，其特征在于，该系统包括由受培训人员操作的控制模块，所述控制模块控制仿真模块发出模拟的矿山事故图像和声音信号，该信号传输至演示模块进行场景演示，供受培训人员进行观看，在场景演示过程中，仿真模块根据场景内容同时演示场景问题，受培训人员在观看过程中跟随演示内容通过控制模块作出相应的操作和解答，控制模块内设置有评价模块，受培训人员的操作和解答被所述评价模块计算评分。

进一步，所述控制模块设置在受培训人员使用的客户端内，该客户端由平板电脑或PC机构成，所述控制模块可由一个主控模块和若干个分控模块构成，设置在若干台客户端内。

进一步，所述仿真模块设置有音效文件模块、声音处理模块、3D模型模块、图像处理模块。

进一步，所述控制模块通过无线传输方式和仿真模块传输信息。

进一步，所述演示模块设置有音效效果模块、3D图像融合模块、3D演示模块。

进一步，所述音效效果模块包括功放、音箱；所述3D演示模块包括环形演示厅，演示厅内设置有环形投影屏幕、投影机组，所述音效效果模块也设置在环形演示厅内。

进一步，所述投影机组设置在演示厅中央的顶架上，包括在水平方向环形均布的4组投影机组，每组投影机组包括2台投影仪。

进一步，所述投影仪可投射360度立体图像或非立体图像，受培训人员配置3D眼镜观看立体图像投影。

进一步，该系统设置有若干台上位机，所述仿真模块设置在上位机内，上位机通过立体融合器连接演示模块。

进一步，该系统设置有作为总控制部件的可编程中控机，可编程中控机设置有无线接收器与所述控制模块传输信息，立体融合器和投影机组均连接至可编程中控机，该系统的电源控制箱也连接至可编程中控机。

本发明矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统，具有以下优点：

①该系统通过虚拟现实技术营造出逼真的灾害环境，按照预先设定的工作程序，完成抢险、排险、装备使用、伤员营救、恢复生产等工作和规定科目，使受培训人员身临其境，增强其灾害现场的真实感受；

②该系统对《煤矿安全规程》中规定的应急救援装备可进行模拟培训说明，同时具有装备演示功能和模拟操作功能；

③使用该系统对矿山工作人员进行系统训练，不仅可以提高受培训人员的应急救援实战能力，还可以对人员的心理承受能力及装备使用情况进行测试和评定，同时减少了采用真实装备进行训练带来的危险和不必要的浪费。

④该系统可以同时对多个矿山工作人员进行培训，多个人员同时参与到一个场景中，以一个团队的形式模拟训练，更加接近矿山工作的实际情况。

 

附图说明

图1为本发明拓扑结构图；

图2为本发明的环形演示厅的结构示意图；

图3为本发明的模块化结构图；

图4为本发明的使用流程示意图；

图中：1.主框架、1-1.顶架、1-2.吊装框架、2.投影幕布、3.入口、4.投影机组、5.平板电脑、6.电源控制箱、7.立体融合器、7-1.DVI数字视频信号线、8.上位机、9.上位机、10.可编程中控机、10-1.RS232串口信号线、11.无线接收器。

 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。

如图1、图2、图3所示为本发明实施例之一，在该实施例中，矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统设置有360度环形演示厅，接受培训的矿山工作人员站在演示厅中央，系统通过计算机虚拟仿真技术和3D显示全方位呈现3D特效，可模拟多种井下灾害，如瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、冒顶、透水、火灾以及由此引发的继发性事故，并培训工作人员对相关灾区设备仪器的使用，如：氧气呼吸器、压缩氧自救器、自动苏生器、便携式气体检测仪、水泵等，达到评定和测量出受培训人员装备使用能力和心理承受能力的目的，有效增强救援人员的应急救援实战能力。

如图2所示，环形演示厅是该系统的训练主体，它由环形主框架1及安装在其上的呈360度的立体融合环形投影幕布2组成，环形投影幕布2上设有模拟室入口3，用于接受培训人员进出演示厅。

环形演示厅的顶部安装有顶架1-1，顶架1-1中部安装有投影机吊装框架1-2，4组投影机组4均布吊装在投影机吊装框架1-2上，并调整投影方向和角度至正确位置，每组投影机组4由2台投影仪组成，上下各1台排列。配合投影机组4设置有音响装置，包括功放、音箱等，也设置在环形演示厅内。

投影机组4中投影仪与该系统中的其他电子设备连接的DVI数字视频信号线7-1、RS232串口信号线10-1、电源控制线等通过主框架1和投影仪吊装框架1-2架设过来。

演示厅中演示的内容主要包括模拟灾害场景的3D图像、声音，以及相应的场景问题，这些场景问题以选择题为主，内容涉及面对突发灾害时，被困人员应该如何逃生、如何躲避危险、如何处理周围设施、如何使用救援装备、如何对工友进行紧急救援等，对选项的选择次数不限，选对为止。因为涉及的培训内容种类较多，有些培训内容适合采用3D模拟形式进行，有的适合采用文字形式进行，例如有毒气体的成分等常识，所以该系统设置了交互答题的程序。这些信息采用交互软件的形式安装在上位机中。

如图1所示为本实施例的拓扑结构图。

在1台PC上位机8中安装三维数字景观系统软件，在另1台PC上位机9中安装场景题板交互系统软件，通过立体融合器7、DVI数字视频信号线7-1将视频信号传输至投影机组4中，投影机组4的电源由电源控制箱6提供，启动后形成投影映射在立体融合环形投影幕布2上，形成三维场景模型。受培训人员使用无线平板电脑5发出指令，并由无线接收器11接收后，通过RS232串口信号线10-1传输至可编程中控机10中，并通过立体融合器7完成相应指令，同时显示在环形投影幕布2上。平板电脑5作为客户端内部设置控制模块。

该系统不仅可以对单个人员进行培训，还可以同时对多个人员进行培训，多个人员同时参与到一个场景中，以一个团队的形式模拟训练，更加接近矿山工作的实际情况。此时控制模块可由一个主控模块和若干个分控模块构成，设置在若干台客户端内，分控模块的操作需要得到主控模块的授权许可。

在上位机8中安装的三维数字景观系统软件，内部设置有仿真模块，包括音效文件模块、声音处理模块、3D模型模块、图像处理模块。通过立体融合器7、DVI数字视频均衡器将视频信号传输至投影机组4中，投影机组4的电源由电源控制箱6提供，启动后形成投影映射在环形投影幕布2上，形成具有真实感的现场三维场景模型。

在上位机9中安装的场景题板交互系统软件，通过立体融合器7、DVI数字视频均衡器将视频信号传输至投影机组4中，投影机组4启动后形成投影映射在环形投影幕布2上，形成场景题板交互界面，按设定程序在训练场景中弹出题板交互对话框，受培训人员可通过无线平板电脑5对问题作出回答，并按系统提示完成相应操作。

训练时，受培训人员由模拟室入口3进入演示厅并站在中心区域，受培训人员通过3D立体透视眼镜可观看到360度的三维立体场景。受培训人员使用无线平板电脑5发出指令，通过无线接收器11接收后传输至可编程中控机10中，并通过立体融合器7完成相应指令，同时显示在立体融合环形幕布2上。平板电脑5还可以采用笔记本电脑等电子设备。

受培训人员通过无线平板电脑5以及其它分控电子设备，如可编程中控机10，进行系统设置、场景更换、训练与考核模式转换、模拟前进后退、设备使用教学等相关操作。受培训人员通过无线平板电脑5对场景题板交互系统中的问题作出回答，并按提示选择继续终止操作，程序运行完毕，可储存训练及考核成绩，系统对成绩进行评定、存盘、打印，直至系统退出。

立体融合器7最多可支持6通道输入，即可以有6台PC上位机向立体融合器7输入数据，实现培训内容多样化。

该系统的操作程序流程具体参见图4所示。

通过一键开关控制，使系统开启，启动程序开始训练，登录系统后进行训练场景设置，按系统默认设置则进行全部场景设置的训练，如需对场景进行选择设定，则按相应选项进行设置，完成相应训练项目后，系统提示是否结束训练，如不结束则返回到场景设置，训练结束后，系统将计算成绩并进行保存、打印，系统提示结束，最后通过一键开关控制，使系统完全关闭。

根据训练及考核的需要，可通过无线平板电脑5调用所需演示的场景，演示场景主要包括事故演示和装备演示，其中事故演示主要包括：瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、冒顶、透水、火灾等事故，装备演示主要包括：氧气呼吸器、压缩氧自救器、自动苏生器、便携式气体检测仪、水泵等。

本发明矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统还具有以下技术特点：

系统可显示立体图像，也可切换到非立体图像显示模式。

电源控制箱、立体融合器、DVI数字视频均衡器、可编程中控机、无线接收器统一安装在机柜中。系统中所有设备实现一键开关控制，按下机柜中“系统开”按钮后，投影机自动打开，计算机自动开机播放系统演示宣传片源，进入到工作状态；按下“系统关”按钮后，系统自动按时序关闭所有的设备，并切断电源。整个系统最大化的减少使用环节的操作，并保护投影机等贵重设备的使用。8台投影机实现自动开关，并保证投影机散热后自动断电。各个电子设备的开启顺序和电源通断通过可编程中控机预先设置。

 

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.矿山应急救援计算机仿真模拟与评价系统，其特征在于，该系统包括由受培训人员操作的控制模块，所述控制模块控制仿真模块发出模拟的矿山事故图像和声音信号，该信号传输至演示模块进行场景演示，供受培训人员进行观看，在场景演示过程中，仿真模块根据场景内容同时演示场景问题，受培训人员在观看过程中跟随演示内容通过控制模块作出相应的操作和解答，控制模块内设置有评价模块，受培训人员的操作和解答被所述评价模块计算评分。

2.如权利要求1所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述控制模块设置在受培训人员使用的客户端内，该客户端由平板电脑或PC机构成，所述控制模块可由一个主控模块和若干个分控模块构成，设置在若干台客户端内。

3.如权利要求1所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述仿真模块设置有音效文件模块、声音处理模块、3D模型模块、图像处理模块。

4.如权利要求1所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述控制模块通过无线传输方式和仿真模块传输信息。

5.如权利要求1所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述演示模块设置有音效效果模块、3D图像融合模块、3D演示模块。

6.如权利要求5所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述音效效果模块包括功放、音箱；所述3D演示模块包括环形演示厅，演示厅内设置有环形投影屏幕、投影机组，所述音效效果模块也设置在环形演示厅内。

7.如权利要求6所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述投影机组设置在演示厅中央的顶架上，包括在水平方向环形均布的4组投影机组，每组投影机组包括2台投影仪。

8.如权利要求7所述的模拟与评价系统，其特征在于，所述投影仪可投射360度立体图像或非立体图像，受培训人员配置3D眼镜观看立体图像投影。

9.如权利要求1所述的模拟与评价系统，其特征在于，该系统设置有若干台上位机，所述仿真模块设置在上位机内，上位机通过立体融合器连接演示模块。

10.如权利要求9所述的模拟与评价系统，其特征在于，该系统设置有作为总控制部件的可编程中控机，可编程中控机设置有无线接收器与所述控制模块传输信息，立体融合器和投影机组均连接至可编程中控机，该系统的电源控制箱也连接至可编程中控机。

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