CN105976670A - 一种三维应急演练虚拟系统及其构建方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维应急演练虚拟系统及其构建方法和使用方法，属于计算机技术领域。它包括救援装备模块、演练通讯模块、演练评价模块和过程回放模块，还包括场景管理模块、事故模拟模块、用户角色管理模块、演练监控管理模块和数据服务模块，其中，用户通过用户角色管理模块登录系统，用户角色管理模块在事故模拟模块、数据服务模块、场景管理模块以及救援装备模块提取数据，进行救援操作，数据服务模块将救援操作的相关数据提供给监控管理模块，监控管理模块将救援操作数据通过数据服务模块写入演练实时数据库；它将演练、培训和考核常态化，可以极大提高员工安全意识和面对突发事件时的应急处置技能。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种三维应急演练虚拟系统及其构建方法和使用方法。
背景技术
现有演练有两种方式，一种是在厂区内进行，但由于无法对设备进行操作，一般都是采用对讲机，仅以对话的方式完成，看不到演练效果，无法达到演练的目的；另一种是单独建立一个专用于演练的环境，可以模拟演练消防灭火、救治伤员，但无法实现复杂的工艺处置，而且要耗费巨大的人力物力。
虚拟现实(Virtual Reality简称VR)技术利用先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的交互手段，使用户能交互式地观察和操作系统生成的虚拟环境，产生一种身临其境的感觉。虚拟培训系统综合运用虚拟现实技术，在视觉、听觉、触觉等方面为受训者生成一个极为逼真的虚拟场景，模拟生产过程的各种可能情况，使受训者最大限度地贴近实际操作和实战演练，提高标准化操作能力及处理各种事故的能力。
已有的虚拟现实培训系统大多数是基于桌面或者采用投影机将虚拟场景投影在屏幕上的方式，交互设备主要采用鼠标和键盘，通过预先定义的运动规则实现操作，这种操作显然与真实操作有很大差别，培训质量不高、效果不理想；另外，目前虚拟现实培训系统针对加油站火灾及爆炸等事故的应急处理培训几乎没有，受训人员对消防设备的使用、应急救援路线、协同演练等内容没有在虚拟培训系统中进行实现。
如何强化我国重大事故应急演习机制，以开放式演习方式代替照本宣科式的表演性演习方式，积累应急演习的经验，找出应急体系中的弱点，是目前应急体系建设中急需解决的一个问题。另外，事故发生后，如何有效减少事故的等待救援时间，有效提高救援效率，避免事故发生后的次生灾害所带来的伤亡，成为降低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，不断提事故救援工作人员的相关救援知识水平和施救能力，是提高事故后救援效率，降低事故伤亡现状的关键。
中国发明专利，授权公告号：CN 102930753 B，授权公告日：2014.11.12，公开了一种加油站虚拟培训系统，其包括：三维驱动引擎模块、场景数据库模块、数据手套驱动模块、头盔显示器驱动模块、事故三维渲染模块和考试评估模块。该发明的基于硬件交互的加油站虚拟培训系统，利用数据手套、位置跟踪器等虚拟现实硬件设备和三维驱动引擎模块，生成逼真的加油站虚拟场景和典型事故场景，受训者可以真实地完成标准化操作模拟和事故应急虚拟演练，以提高加油站员工虚拟培训的真实性和培训效果。其不足之处在于：1)该专利中受训者虽然可以真实地完成标准化操作模拟和事故应急虚拟演练，但是没有对该部分演练内容的评估，缺乏监督和评判，导致参演人员不能真正体会到标准化的操作任务内容；2)该系统能够参与的角色过于广泛，导致各个角色之间的区分度不大，系统中角色单一，导致对应的任务也单一，不能根据不同的参演角色，改变相应的任务，实现不了角色之间的协调同步进行，不能到达模拟预演应急场景的目的；3)该专利是针对加油站典型事故场景的虚拟，对其他应急场景具有一定的借鉴意义，但不适合应用于较为复杂的应急事故场景中。
中国发明专利，申请公布号：CN 103970920 A，申请公布日：2014.08.06，公开了一种地震应急演练虚拟仿真系统，包括数据库、连接数据库的资源管理子系统、连接资源管理子系统的演练生成子系统、三维视景渲染子系统、建模与仿真子系统、演练记录与回放子系统、虚拟演练评估子系统，以及连接三维视景渲染子系统的沉浸显示与交互子系统和连接三维视景渲染子系统、沉浸显示与交互子系统的多点音频通讯子系统。该发明可直接应用于地震救援的实战模拟演练、应急预案推演及公众科普教育等活动，为应急救援培训提供可靠的环境支撑，为地震救援相关研究提供数据支撑；丰富的软硬件扩展接口方便系统向其他应急救援相关领域迁移、扩展；填补了国际地震应急救援领域的一项空白。其不足之处在于：1)该专利虽然能够实现三维视景渲染子系统，但是并不能够达到与实景1:1的效果；2)该专利仅实现了虚拟灾难现场的功能，并不能对参与演练的人员，进行应急试题考核的功能；3)该虚拟演练系统中参与的演练角色单一，不能实现对多角色，不同任务的协同调配，从而实现不了应急场景预演的多角色参与互动的逼真效果；4)该专利中通过虚拟仿真系统对参演人员进行实战模拟演练、应急预案推演及公众科普教育，参演人员并不能参与到具体的应急场景的任务中，不能实现真正的预演功能，且该专利中没有评估考核，对参演人员实现不了真正的应急预演训练效果。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术的员工事故应急演练经验不足的问题，本发明提供了一种三维应急演练虚拟系统及其构建方法和使用方法。它将演练、培训和考核常态化，可以极大提高员工安全意识和面对突发事件时的应急处置技能。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种三维应急演练虚拟系统，包括救援装备模块、演练通讯模块、演练评价模块和过程回放模块，还包括场景管理模块、事故模拟模块、用户角色管理模块、演练监控管理模块和数据服务模块，其中，用户通过用户角色管理模块登录系统，用户角色管理模块在事故模拟模块、数据服务模块、场景管理模块以及救援装备模块提取数据，进行救援操作，数据服务模块将救援操作的相关数据提供给监控管理模块，监控管理模块将救援操作数据通过数据服务模块写入演练实时数据库。
优选地，演练评价模块通过数据服务模块将演练实时数据库的实时数据提取出来并进行评估，生成相应的演练报告。
优选地，场景管理模块采用Maya或3DMax技术进行建模，使用Unity3D引擎技术进行实时渲染，用于建立演练场景，并增强光照以及抗锯齿效果，展示一个逼真的演练场景。
优选地，用户角色管理模块利用Mecanim动画系统控制人员动作，并采用Unity3D的UNET框架实现角色分布式演练；主要实现各类用户的具体演练功能，目前支持50个角色同时参与现场演练，每个角色都有一个对应的人物模型且安排对应的操作内容和考核任务,主要包括消防员、医护人员、警察、交警、路政、环保等角色。
优选地，采用微软的WCF(Windows Communication Foundation)技术，对外提供稳定的数据访问服务。解决演练过程中的数据存储及访问问题
优选地，事故模拟模块采用Unity3D自带粒子系统结合相应具体灾难类型的粒子系统脚本，模拟演练脚本中设计的事故灾难；能够模拟演练脚本中设计的事故灾难，比如火灾、爆炸以及各类泄漏等效果，主要采用Unity3D自带粒子系统结合具体灾难类型的粒子系统脚本，实现逼真的灾难效果，其中火灾的火势蔓延效果是利用火点离线生成器实现火势蔓延效果。
优选地，演练通讯模块采用基于Unity3D的UNET框架并结合TCP协议实现通讯，语音通讯是通过unity音频组件技术收集音频信息，用于系统中客户端之间的通讯交流，实现演练过程的文字通讯及语音通讯。
优选地，演练监控管理模块的录屏功能是通过Window Encoder编码技术并结合WindowAPI来实现；主要是监控整体演练的过程，可以在演练过程中切换视角、跟踪角色、查看二维平面地图以及查看实时监控记录，并且自动获取演练的实时操作数据、场景中灾难变化情况以及演练录屏的视频数据为后面的演练评价模块提供数据支撑，其中演练的录屏功能是通过Window Encoder编码技术并结合Window API来实现。
优选地，利用COM技术操作Word中间件以报告形式展示给用户一个完整的演练评估报告，演练评价模块用于系统对参演人员操作以及答题进行评估，另外指挥端对参演人员的演练行动评价。
一种三维应急演练虚拟系统的使用方法，步骤为：
(1)角色登录
各角色登录以上所述的一种三维应急演练虚拟系统，根据登录的角色，角色管理模块从救援装备模块中提取装备信息，场景灾难模拟脚本直接访问事故模拟模块，向角色管理模块提供灾难影响数据，场景配置数据文件直接访问场景管理模块，向角色管理模块提供场景事件触发区配置信息，数据服务模块向角色管理模块提供角色信息；
导调端介入，进行事故背景介绍，组织结构的前景展示，设定参数，自动匹配预案的事故模拟；
(2)演练开始
指挥端介入，导调效果干预，指挥指令下发，专家端介入和指挥端一起进行专家研判，专家研判的结果和指挥指令一起进行分级指挥指令下发，导调阶段干预，执行角色端介入，导调任务执行干预，各角色执行任务，场景管理模块向演练监控管理模块提供演练中灾难变化数据，角色管理模块为演练监控管理模块提供角色的登录及操作数据，演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，向数据服务模块写入实时用户操作数据；
预案信息数据库、演练实时数据库、演练考核题库、演练结果数据库和救援装备数据库均直接访问数据服务模块，数据服务模块为角色管理模块提供角色信息，为救援装备模块提供装备信息，为演练通讯模块提供角色信息，为演练评价模块提供演练实时数据；
参与演练的角色任务完成后，各角色反馈给分级指挥，演练终止；
(3)演练记录回放
演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，过程回放模块将监控的视频数据进行演练记录回放；
(4)专家评判
(5)演练评估
演练评价模块主要用于系统对参演角色人员任务完成情况进行评分以及指挥端对参演角色人员的演练行动进行评价；
每个参演角色人员的得分包括三部分，现场答题得分、任务完成情况得分、评议人员打分，最终得分是这三部分的加权之和，其中，评议人员包括指挥端和专家；
系统演练结束后会自动生成Word格式的报告文档，包括所有演练信息，每个演练角色的任务完成情况，评分情况等，以备领导点评或开会讨论时使用。
一种三维应急演练虚拟系统的构建方法，其步骤为：
(1)根据演练和培训需求，建立场景管理模块，演练场景与实景1:1的逼真虚拟场景；
(2)制作所有参演角色的人物模型和各种操作动画；
(3)建立救援装备模块，制作车辆模型和动画；
(4)建立事故模拟模块，在场景中形成逼真的灾难特效模拟；
(5)各个角色之间采用分布式仿真控制技术，构建角色管理模块；
(6)演练流程与考核任务的灵活配置；
(7)培训题库和培训内容的灵活配置；
(8)自动生成评估报告和演练过程回放。
一种三维应急演练虚拟系统的应用，该系统应用于消防、电力，油田和船运行业，角色管理模块、场景管理模块、事故模拟模块和救援装备模块作相应的调整；角色管理模块中的角色数量和角色的任务权限，场景管理模块中的事故场景、救援装备模块中的救援装备，根据不同的应用场合，进行相应的调整，以再现逼真的事故场景，实现对各角色虚拟演练的目的。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明采用虚拟现实的方法，预案信息数据库、演练实时数据库、演练考核题库、演练结果数据库和救援装备数据库均直接访问数据服务模块，数据服务模块为角色管理模块提供角色信息，为救援装备模块提供装备信息，为演练通讯模块提供角色信息，为演练评价模块提供演练实时数据，可以有效模拟各种应急预案的处置，对参演人员进行有效的培训和考核，且可以将演练、培训和考核常态化，三维应急演练系统采用虚拟仿真技术将真实世界构建在计算机三维场景中，同时模拟一定的事件情景，如火灾，爆炸等，通过三维模拟系统指挥人员能够及时，快速的进行通信指挥，参演人员可以根据事件类似及事态发展进行相应处理，最终达到训练，提高相关人员应对突发事件处置能力；
(2)本发明根据演练和培训需求，建立场景管理模块，演练场景与实景1:1的虚拟仿真场景，通过建设企业的数字化工厂模型，实现工厂全景漫游、设备信息的实时查看，实现典型应急预案的演练和培训，将日常演练和考核工作常态化，建立企业数字化工厂的示范样板；
(3)本发明演练开始后，场景管理模块向演练监控管理模块提供演练中灾难变化数据，角色管理模块为演练监控管理模块提供角色的登录及操作数据，演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，向数据服务模块写入实时用户操作数据，各角色执行任务，将演练、培训和考核常态化，可以极大提高员工安全意识和面对突发事件时的应急处置技能，一旦发生事故，熟练得当的处置方法可以将损失降到最低，由此可以节省的间接经济损失在亿元左右；
(4)在实景中举行一次多部门参加的大型演练一般需要100万元左右，一年进行10次，使用本发明的虚拟演练系统三年时间可以节省3000万元左右，降低了成本；
(5)本发明制作所有参演角色的人物模型和各种操作动画，建立救援装备模块，制作车辆模型和动画；建立事故模拟模块，在场景中形成灾难特效模拟；各个角色之间采用分布式仿真控制技术，构建角色管理模块；演练流程与考核任务的灵活配置，培训题库和培训内容的配置；用虚拟演练系统将演练、培训和考核常态化，可以为厂区和周边社会环境带来巨大安全保障，潜在社会效益巨大，同时比起真实场景的演练，虚拟演练系统环保效果明显，不会产生真正的泄露、火灾和爆炸，对环境的破坏降到最低；
(6)本发明应急仿真演练系统是为了满足应急演练和各种预案落实和考核的需要，建立在虚拟现实和灾害仿真技术的基础之上，通过对各类灾害数值模拟和人员行为数值模拟的仿真，在虚拟空间中仿真灾害发生、发展的过程，以及人们在灾害环境中可能做出的各种反应；并在演练平台上，在最大限度仿真实际灾害的条件下，开展应急演练；参训者在此环境中按照职能和任务的不同，模拟不同的角色，各角色相互合作，协同训练，完成所设定的任务；在此基础上，各类企事业单位的能够制定数字化应急预案；
(7)本发明的应急仿真演练系统可以用来训练各级决策与指挥人员、事故处置人员，发现应急处置过程中存在的问题，检验和评估应急预案的可操作性和实用性，提高应急能力。系统可以使企事业单位能够运用现代化手段，加强协调能力和应急能力，使应急演练科学化、智能化、虚拟化。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的系统架构图；
图3为本发明的系统流程图；
图4为本发明的模块图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1-4，一种三维应急演练虚拟系统，包括救援装备模块、演练通讯模块、演练评价模块和过程回放模块，还包括场景管理模块、事故模拟模块、用户角色管理模块、演练监控管理模块和数据服务模块，其中，用户通过用户角色管理模块登录系统，用户角色管理模块在事故模拟模块、数据服务模块、场景管理模块以及救援装备模块提取数据，进行救援操作，数据服务模块将救援操作的相关数据提供给监控管理模块，监控管理模块将救援操作数据通过数据服务模块写入演练实时数据库。
演练评价模块通过数据服务模块将演练实时数据库的实时数据提取出来并进行评估，生成相应的演练报告。
场景管理模块采用Maya或3dmax技术进行建模，使用Unity3D引擎技术进行实时渲染，用于建立演练场景，并增强光照以及抗锯齿效果，展示一个逼真的演练场景。
能够根据真实场景建立1：1的演练区场景，具体模型精细度可根据实际需求达到可操作的程度，同时支持场景中任意模型参数的修改，能够对任意模型绑定热区，添加相应的模型信息，根据热区绑定相应的触发操作，比如公告信息、答题信息、操控提示等。此外还要根据不同的天气情况对场景进行调整，比如晴天、多云、阴天、小雨、大雨、小雪、大雪等，同时支持不同天气气象环境动态设置。
用户角色管理模块利用Mecanim动画系统控制人员动作，并采用Unity3D的UNET框架实现角色分布式演练；主要实现各类用户的具体演练功能，系统采用分布式仿真控制技术，最大支持50个角色同时参与现场演练，具体角色包括：导演、指挥长、外操人员、内操人员、消防员、医护人员、警察、交警、路政、环保、政府工作组等。每个角色都有一个特定模型且安排一定的操作内容和考核任务，系统能够设定这些任务和操作内容，设定响应的人物动画等。其中导演主要负责策划事故，制造障碍，选择考核题目等，指挥人员主要负责现场调度工作，消防员负责现场救火、关阀门以及将死伤人员背离现场等操作，医护人员负责对伤员展开救治工作，警察负责封控现场以及人员疏散，交警负责疏导交通以及进行交通管制等操作，路政负责道路的清理以及协助疏导交通，环保负责环境监测并报告。
多角色的协同演练中，保证其角色的位置及状态一致即可保证演练没有错误；利用Unity的网络框架实现位置及状态同步，并尽量减少通讯数据量以保证数据的传输可靠性；同步位置数据是通过客户端检测位置或者旋转信息变化值超过一定的范围，再将数据压缩后发送到服务器。同步状态数据是通过发送状态机编码，保证最小的数据量，同时能够标示足够的角色信息。另外类似语音包这种比较大的数据包，分批次发送，使用连续的序列号保证所有的语音信息按照顺序发送，而且被完整接受。
数据服务模块，采用微软的WCF(Windows Communication Foundation)技术，对外提供稳定的数据访问服务，解决演练过程中的数据存储及访问问题。
事故模拟模块采用Unity3D自带粒子系统结合相应具体灾难类型的粒子系统脚本，模拟演练脚本中设计的事故灾难；能够模拟演练脚本中设计的事故灾难，比如火灾、爆炸以及各类泄漏等效果，主要采用Unity3D自带粒子系统结合具体灾难类型的粒子系统脚本，实现逼真的灾难效果，其中火灾的火势蔓延效果是利用火点离线生成器实现火势蔓延效果。
能够真实的模拟火灾、泄漏、爆炸等粒子特效。，其中火势的蔓延效果能够根据现场天气、风速风向、救援措施等具体情况进行调整；泄漏效果能够模拟烟气、苯化合物、煤浆、油类等不同介质的特性；爆炸效果包括一次爆炸、闪爆、连续爆炸以及爆炸后的模型损毁等。
演练通讯模块采用基于Unity3D的UNET框架并结合TCP协议实现通讯，语音通讯是通过unity音频组件技术收集音频信息，用于系统中客户端之间的通讯交流，实现演练过程的文字通讯及语音通讯。
演练监控管理模块的录屏功能是通过Window Encoder编码技术并结合Window API来实现；主要是监控整体演练的过程，可以在演练过程中切换视角、跟踪角色、查看二维平面地图以及查看实时监控记录，并且自动获取演练的实时操作数据、场景中灾难变化情况以及演练录屏的视频数据为后面的演练评价模块提供数据支撑，其中演练的录屏功能是通过WindowEncoder编码技术并结合Window API来实现。
人工监控部分：指挥人员及导演人员可以切换到各个预制关键视角查看现场情况，并且可以通过观察二维平面地图查看每个人员及车辆的最新动态(主要是位置)，从宏观上把握整体的演练布局，也可以跟踪某个角色查看其具体的操作过程，同时在监控面板上可以看到角色的操作的文字描述。
系统监控部分：系统会将用户所操作的每个关键步骤进行记录并写入演练实时数据库中为后面的演练评价做数据准备，并且后台自动对演练过程进行录制。
利用COM技术操作Word中间件以报告形式展示给用户一个完整的演练评估报告，演练评价模块用于系统对参演人员操作以及答题进行评估，另外指挥端对参演人员的演练行动评价。
救援装备模块的管理包括装备模型、对应的装备使用人员、装备的穿戴方式以及装备对应的功能。
实施例2
一种三维应急演练虚拟系统的使用方法，步骤为：
(1)角色登录
各角色登录权利要求1所述的一种三维应急演练虚拟系统，根据登录的角色，角色管理模块从救援装备模块中提取装备信息，场景灾难模拟脚本直接访问事故模拟模块，向角色管理模块提供灾难影响数据，场景配置数据文件直接访问场景管理模块，向角色管理模块提供场景事件触发区配置信息，数据服务模块向角色管理模块提供角色信息；
导调端介入，进行事故背景介绍，组织结构的前景展示，设定参数，自动匹配预案的事故模拟；
(2)演练开始
指挥端介入，导调效果干预，指挥指令下发，专家端介入和指挥端一起进行专家研判，专家研判的结果和指挥指令一起进行分级指挥指令下发，导调阶段干预，执行角色端介入，导调任务执行干预，各角色执行任务，场景管理模块向演练监控管理模块提供演练中灾难变化数据，角色管理模块为演练监控管理模块提供角色的登录及操作数据，演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，向数据服务模块写入实时用户操作数据；
预案信息数据库、演练实时数据库、演练考核题库、演练结果数据库和救援装备数据库均直接访问数据服务模块，数据服务模块为角色管理模块提供角色信息，为救援装备模块提供装备信息，为演练通讯模块提供角色信息，为演练评价模块提供演练实时数据；
参与演练的角色任务完成后，各角色反馈给分级指挥，演练终止；
(3)演练记录回放
演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，过程回放模块将监控的视频数据进行演练记录回放；
(4)专家评判
(5)演练评估
演练评价模块主要用于系统对参演角色人员任务完成情况进行评分以及指挥端对参演角色人员的演练行动进行评价；
每个参演角色人员的得分包括三部分，现场答题得分、任务完成情况得分、评议人员打分，最终得分是这三部分的加权之和，其中，评议人员包括指挥端和专家；
系统演练结束后会自动生成Word格式的报告文档，包括所有演练信息，每个演练角色的任务完成情况，评分情况等，以备领导点评或开会讨论时使用。
实施例3
实施例1中的一种三维应急演练虚拟系统的构建方法，其步骤为：
(1)根据演练和培训需求，建立场景管理模块，演练场景与实景1:1的逼真虚拟场景；
(2)制作所有参演角色的人物模型和各种操作动画；
(3)建立救援装备模块，制作车辆模型和动画；
(4)建立事故模拟模块，在场景中形成逼真的灾难特效模拟；
(5)各个角色之间采用分布式仿真控制技术，构建角色管理模块；
(6)演练流程与考核任务的灵活配置；
(7)培训题库和培训内容的灵活配置；
(8)自动生成评估报告和演练过程回放。
实施例4
实施例1中的一种三维应急演练虚拟系统的应用，该系统应用于消防、电力，油田和船运行业，角色管理模块、场景管理模块、事故模拟模块和救援装备模块作相应的调整；角色管理模块中的角色数量和角色的任务权限，场景管理模块中的事故场景、救援装备模块中的救援装备，根据不同的应用场合，进行相应的调整，以再现逼真的事故场景，实现对各角色虚拟演练的目的。
实施例5
本实施例结合具体的应急预案，可以设定不同的考核任务，一般包括如下任务：
1)信息汇报：所有参演人员要能够及时准确的向上级汇报现场情况。
2)指挥能力：例如总指挥能够按照正确流程进行调度，能够准确的给各部门下达任务；现场指挥能够根据情况设定危险区域、设定安全的人员疏散区域、根据风速风向下达救援和灭火指令、根据设备具体情况下达紧急停工或开启备用路等指令。
3)外操人员操作熟练程度：熟悉各个设备管线的位置、熟练的流程处置、蒸汽胶带掩护、接消防竖管、消防灭火、设置沙袋、对受伤人员实施紧急救治等。
4)内操人员操作熟练程度：熟悉各个设备管线的位置、熟悉所有阀门的控制方法，熟悉开备用路、膜分离、系统升压、降压以及紧急停工等一系列流程的处置方案。
5)医疗救治：考核医护人员对现场的伤员及时的进行救治工作。
6)现场封控：警察进行现场封控，阻止闲杂人等进入现场，组织有序的人员疏散等。
7)现场灭火：消防员灭火操作，包括一般消防器材的灭火，结合现场消防栓的水枪灭火，若针对森林火灾或大范围火势,调动航空队直升机吊桶灭火等。
8)疏导交通：交警队对交通拥堵的地方进行交通管制并疏散部分车辆，保证救援队伍能够及时赶到现场。
9)人员疏散：对于危化品泄漏污染事故，警察以及政府工作人员需要对周边区域的人群进行定向的人员疏散工作。
10)清理现场：针对交通类事故，路政人员需要对现场的事故车辆进行清理，避免其阻塞交通。
11)环境监测：对于危化品泄漏污染事故，环保人员需要随时监测环境，密切关注环境变化所带来的危害。
实施例6
结合图2，本实施例的一种三维应急演练虚拟系统与实施例1相同，图中所示的灾难影响数据是指灾难对于角色实际影响数据，比如烧伤程度或是中毒程度等，场景事件触发区域信息是指场景中设置针对人员热区，人员一旦点击或是到达该区域会触发相应的事件(比如答题、任务考核、操作动画展示等)。
图2中预案信息数据库：主要存储预案所涉及到的人员、物资、预设灾难数据以及预案基本流程等结构化数据。
演练实时数据库：主要存储推演过程中，产生的人员操作数据、灾难变化要情、人员答题结果数据、报告数据以及演练评价等数据。
演练题库：存储用于推演过程中由导演人员考核的题目信息，题库提供配置工具可以任意配置单选、多选以及问答题，题目内容可以包含图片以及flash动画等多媒体效果。
演练结果数据库：存储推演的最终结果信息(如开始演练时间、各个用户登录的时间、用户操作信息、退出时间、答题得分、任务完成信息以及最终的评分结果等信息)。
救援装备数据库：存储各类救援装备的基本信息，以及模型信息。
场景灾难模拟脚本：灾难的粒子参数文件以及控制脚本，是灾难模拟的必要文件。
场景配置数据文件：场景中配置的各类模型的位置信息以及事件区域的配置信息，决定场景演练内容。
图2中的数据服务模块对外提供数据服务，提供给各个模块的所需的数据；主要流程是用户通过角色管理模块登录以及各种救援操作，并且将相关数据提供给演练监控模块，演练监控模块将操作数据通过数据服务模块写入演练实时数据库，演练评价模块通过数据服务模块将实时数据提取出并进行评估，生成相应的演练报告。另外角色管理模块需要事故模拟模块，数据服务模块、场景管理模块以及装备模块提取数据，图2中所示的灾难影响数据是指灾难对于角色实际影响数据，比如烧伤程度或是中毒程度等，场景中事件触发区域信息是指场景中设置针对人员热区，人员一旦点击或是到达该区域会触发相应的事件(比如答题、任务考核、操作动画展示等)。
实施例7
结合图1和图4，一种三维应急演练虚拟系统，场景管理模块根据真实场景建立1：1的演练场景，同时支持场景中任意模型参数的修改，能够对任意模型绑定事件区域，添加相应的模型信息，根据热区绑定相应的触发操作；能根据不同的天气情况对场景进行调整，同时支持不同天气气象环境动态设置。
演练监控管理模块能够切换到任意一个操作人员的视角，以该操作人员的视角来观察他的操作情况并还能提供操作监控面板实时输出用户操作的文本信息，由此判断该操作人员的各项操作是否合理。
数据服务模块可以提供可靠稳定的数据访问服务，支持用户多并发访问，并且有着强大的日志监视系统及异常能力，一次请求即便发生任何异常，不会影响下次请求的处理。客户端无需再安装数据库产品，并且支持目前主流的数据库，如SQL server，access，Oralce，Db2等。
演练评价模块在系统演练结束后会自动生成Word格式的报告文档，可对整体演练的过程进行整体的评估并能展示每位演练人员的具体评估结果。
数据服务模块统一对外提供稳定可靠的数据访问访问服务，其他客户端无需安装数据库软件，并且演练中管理员用户可以充当演练中同步服务器，保证各个客户端的协调同步。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种三维应急演练虚拟系统，包括救援装备模块、演练通讯模块、演练评价模块和过程回放模块，其特征在于，还包括场景管理模块、事故模拟模块、用户角色管理模块、演练监控管理模块和数据服务模块，其中，用户通过用户角色管理模块登录系统，用户角色管理模块在事故模拟模块、数据服务模块、场景管理模块以及救援装备模块提取数据，进行救援操作，数据服务模块将救援操作的相关数据提供给监控管理模块，监控管理模块将救援操作数据通过数据服务模块写入演练实时数据库。
2.根据权利要求1所述的一种三维应急演练虚拟系统，其特征在于，演练评价模块通过数据服务模块将演练实时数据库的实时数据提取出来并进行评估，生成相应的演练报告。
3.根据权利要求1所述的一种三维应急演练虚拟系统，其特征在于，场景管理模块采用Maya或3DMax技术进行建模，使用Unity3D引擎技术进行实时渲染，用于建立演练场景。
4.根据权利要求1或2所述的一种三维应急演练虚拟系统，其特征在于，用户角色管理模块利用Mecanim动画系统控制人员动作，并采用Unity3D的UNET框架实现角色分布式演练。
5.根据权利要求4所述的一种三维应急演练虚拟系统，其特征在于，事故模拟模块采用Unity3D自带粒子系统结合相应具体灾难类型的粒子系统脚本，模拟演练脚本中设计的事故灾难。
6.根据权利要求2所述的一种三维应急演练虚拟系统，其特征在于，演练通讯模块采用基于Unity3D的UNET框架并结合TCP协议实现通讯，语音通讯是通过Unity音频组件技术收集音频信息，用于系统中客户端之间的通讯交流，实现演练过程的文字通讯及语音通讯。
7.根据权利要求3所述的一种三维应急演练虚拟系统，其特征在于，演练监控管理模块的录屏功能是通过Window Encoder编码技术并结合windows API来实现。
8.一种三维应急演练虚拟系统的使用方法，其特征在于：
(1)角色登录
各角色登录权利要求1所述的一种三维应急演练虚拟系统，根据登录的角色，角色管理模块从救援装备模块中提取装备信息，场景灾难模拟脚本直接访问事故模拟模块，向角色管理模块提供灾难影响数据，场景配置数据文件直接访问场景管理模块，向角色管理模块提供场景事件触发区配置信息，数据服务模块向角色管理模块提供角色信息；
导调端介入，进行事故背景介绍，组织结构的前景展示，设定参数，自动匹配预案的事故模拟；
(2)演练开始
指挥端介入，导调效果干预，指挥指令下发，专家端介入和指挥端一起进行专家研判，专家研判的结果和指挥指令一起进行分级指挥指令下发，导调阶段干预，执行角色端介入，导调任务执行干预，各角色执行任务，场景管理模块向演练监控管理模块提供演练中灾难变化数据，角色管理模块为演练监控管理模块提供角色的登录及操作数据，演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，向数据服务模块写入实时用户操作数据；
预案信息数据库、演练实时数据库、演练考核题库、演练结果数据库和救援装备数据库均直接访问数据服务模块，数据服务模块为角色管理模块提供角色信息，为救援装备模块提供装备信息，为演练通讯模块提供角色信息，为演练评价模块提供演练实时数据；
参与演练的角色任务完成后，各角色反馈给分级指挥，演练终止；
(3)演练记录回放
演练监控管理模块向过程回放模块提供监控的视频数据，过程回放模块将监控的视频数据进行演练记录回放；
(4)专家评判
(5)演练评估
演练评价模块主要用于系统对参演角色人员任务完成情况进行评分以及指挥端对参演角色人员的演练行动进行评价；
每个参演角色人员的得分包括三部分，现场答题得分、任务完成情况得分、评议人员打分，最终得分是这三部分的加权之和，其中，评议人员包括指挥端和专家；
系统演练结束后会自动生成Word格式的报告文档，包括所有演练信息。
9.一种三维应急演练虚拟系统的构建方法，其特征在于：
(1)根据演练和培训需求，建立场景管理模块，演练场景与实景1:1的虚拟仿真场景；
(2)制作所有参演角色的人物模型和各种操作动画；
(3)建立救援装备模块，制作车辆模型和动画；
(4)建立事故模拟模块，在场景中形成灾难特效模拟；
(5)各个角色之间采用分布式仿真控制技术，构建角色管理模块；
(6)演练流程与考核任务的配置；
(7)培训题库和培训内容的配置；
(8)自动生成评估报告和演练过程回放。
10.根据权利要求1所述的一种三维应急演练虚拟系统的应用，其特征在于，该系统应用于消防、电力，油田和船运行业，其中，角色管理模块、场景管理模块、事故模拟模块和救援装备模块的内容作相应的调整。
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