CN109389879A - 一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统。本发明包括：用于教师和学员的账号登录以及身份信息验证的登录单元，教师通过三维模型构建单元对直升机救助过程中的直升机、绞车手和救生员角色及相关救援设备进行三维建模，生成对应的三维模型并将此模型作为课件传输至数据库服务器，学员在联网状态下进行有关直升机救助过程中绞车手和救生员角色及相关救援设备的教学资料的学习，并在完成某一课程的学习后抽取相应课程的习题库中的题目进行考核测试。本发明通过三维仿真技术，再现了直升机救助过程，学习在单套、双套救助科目中，绞车手、救生员应该采取的行动步骤以及相关的动作要领，从而使得学员在实际训练之前熟悉训练流程。
Description
技术领域
本发明涉及救助与打捞工程技术领域，具体而言，尤其涉及一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统。
背景技术
海上交通运输安全十分重要，由于救助及打捞的不及时，我国每年都有大量的溺水人员伤亡，对于救助者在救援过程中的安全保障也成为一大难题。随着世界航运事业和海洋渔业的不断发展，海洋上运行的船舶数量越来越多，随之而来的航运事故也越来越多，直升机救助作为在海运事故中反应最迅速，效率最高的救助方式，其存在与发展有着极其重要的作用。而在实际情况中，直升机救助训练存在如下不足：
1.直升机救助训练费用昂贵，安全性得不到保障；
2.日常的频繁使用对直升机救助训练模拟器的机体和绞车系统都有累积的不同程度损伤；
3.实际的救助训练对于初次参与经验不足的救生员和绞车手具有一定的危险性，同时对于其它没有专门救助实验设备的高校学员来说，直升机救助实验更是可望而不可及。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统。
本发明采用的技术手段如下：
一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统，包括：
登录单元，用于教师和学员的账号登录以及身份信息验证；
教师子系统，用于通过教师身份信息验证的教师进行有关直升机救助的教学资料的编辑并将编辑的教学资料传输至数据库服务器中；
学员子系统，用于通过学员身份信息验证的学员进行有关直升机救助的学习及考核；
所述教师子系统和学员子系统均通过网络与数据库服务器相连；
所述教师子系统包括：三维模型构建单元，用于对直升机救助过程中的直升机、绞车手和救生员角色及相关救援设备进行三维建模，生成对应的三维模型；
所述学员子系统包括：在线学习单元，用于学员选取课程并在联网状态下进行有关直升机救助过程中绞车手和救生员角色及相关救援设备的教学资料的学习；
考核测试单元，用于在学员完成某一课程的学习后抽取相应课程的习题库中的题目进行考核测试。
进一步地，所述在线学习单元和考核测试单元均包括：
角色扮演子单元，用于学员选取直升机救助过程中要扮演的角色，具体为：绞车手角色和救生员角色；
界面交互子单元，用于学员在选择要扮演的角色后，对其在救援过程中的职能进行交互式演绎。
进一步地，所述在线学习单元的角色扮演子单元中，在学员选取直升机救助过程中要扮演的角色后即对所选角色的救援工作进行数据库中预存的拍摄视频和/或文字说明的可视化演绎，具体为：
绞车手角色：操作绞车系统，控制钢索的收放使救生员完成救助任务，向直升机飞机员传达飞行指令控制飞机精确进退救助现场；
救生员角色：针对遇险人员状况采取单套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱，采取双套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱。
进一步地，所述在线学习单元的界面交互子单元具体包括：
学习交互模块，用于学员对预设演示课件中的可交互组件进行交互；
引导模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题超过预设时间时进行文字和角色高亮提示；
语音模块，用于学员在学习交互过程中的预设重要步骤时进行数据库中预存的语音指导；
帮助模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题时，对数据库中预存的常见问题的解决方式进行指导；
教学演示模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题时，对数据库中预存的正确的操作视频进行可视化演示。
进一步地，所述学习交互模块具体为：
绞车手角色交互模块，用于在学员完整观看在线学习单元的角色扮演子单元中的绞车手角色的演示视频后解锁，通过点击此模块对三维模型构建单元构建的直升机救助过程中绞车手角色及救援工具模型进行交互式演绎，具体为：学员通过硬件设备操作绞车系统，控制钢索的收放使救生员完成救助任务，向直升机飞机员传达飞行指令控制飞机精确进退救助现场；
救生员角色交互模块，用于在学员完整观看在线学习单元的角色扮演子单元中的救生员角色的演示视频后解锁，通过点击此模块对三维模型构建单元构建的直升机救助过程中救生员角色及救援工具模型进行交互式演绎，具体为：学员通过硬件设备针对遇险人员状况采取单套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱，采取双套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱。
进一步地，学员在选择所述考核测试单元的角色扮演子单元的角色后即进入考核测试单元的界面交互子单元，
所述考核测试单元的界面交互子单元具体包括：
考试交互模块，用于学员对预设考试中的可交互组件进行交互；
考核统计模块，用于对学员考试交互过程中的不符合操作流程的动作进行纠错和减分，自动给出考试分数并将考试结果传输至数据库服务器。
进一步地，学员通过键盘鼠标或触控屏对学员子系统中需要选取、交互的内容进行操控。
进一步地，所述三维模型构建单元基于3D仿真开发技术实现直升机救助场景的构建以及动态更新，所述3D仿真开发技术为Unity3d、3DMax、Maya、Visual Studio、Photoshop的一种或多种组合。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过三维仿真技术，再现了直升机救助过程，还原从救助吊运前救助机组人员的准备工作，绞车手操纵下放救生员至水面，给待救人员装备，到起吊返回机舱的全过程。
2、虚拟仿真实验让学员了解直升机救助的步骤，学习在单套、双套救助科目中，绞车手、救生员应该采取的行动步骤以及相关的动作要领，从而使得学员在实际训练之前熟悉训练流程，了解所需装备。
3、本发明解决了大量学员不能现场实践的问题，为学员提供了了解单套，双套两种救助方式步骤和相关装备使用方法的机会。
4、本发明采用线下与线上结合的方式进行。线下主要由学员根据教师要求进行仿真练习，熟悉整套仿真系统的使用方法及步骤，而线上主要由专业教师进行集中教学管理、资源管理、考核管理等。
5、本发明每年节省高额的培训费用并且降低了学员在实际培训过程中发生安全事故的风险。
基于上述理由本发明可在及救助与打捞工程等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统学员学习时的交互图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供了一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统，包括：
用于储存用户信息的数据库服务器，教师及学员注册账号后，通过登录单元输入用户名、密码进行系统登录，输入的用户名和密码上传至数据库服务器，数据库服务器校核后授权登录。
登录后分别进入教师子系统及学员子系统。
教师子系统，用于通过教师身份信息验证的教师进行有关直升机救助的教学资料的编辑并将编辑的教学资料传输至数据库服务器中以及查询学员考核成绩；其包括：用于对直升机救助过程中的直升机、绞车手和救生员角色及相关救援设备进行三维建模，生成对应的三维模型的三维模型构建单元；
和如图1所示的学员子系统，用于通过学员身份信息验证的学员进行有关直升机救助的学习及考核；
其包括：在线学习单元，用于学员选取课程并在联网状态下进行有关直升机救助过程中绞车手和救生员角色及相关救援设备的教学资料的学习；
考核测试单元，用于在学员完成某一课程的学习后抽取相应课程的习题库中的题目进行考核测试。
所述教师子系统和学员子系统均通过网络与数据库服务器相连；
所述在线学习单元和考核测试单元均包括：
角色扮演子单元，用于学员选取直升机救助过程中要扮演的角色，具体为：绞车手角色和救生员角色；
界面交互子单元，用于学员在选择要扮演的角色后，对其职能进行交互式演绎。
所述在线学习单元的角色扮演子单元中，在学员选取直升机救助过程中要扮演的角色后对所选角色的救援工作进行拍摄视频和/或文字说明的可视化演绎，具体为：
绞车手角色：操作绞车系统，控制钢索的收放使救生员完成救助任务，向直升机飞机员传达飞行指令控制飞机精确进退救助现场；
救生员角色：针对遇险人员状况采取单套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱，采取双套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱。
所述在线学习单元的界面交互子单元具体包括：
学习交互模块，用于学员对预设演示课件中的可交互组件进行交互；
引导模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题超过预设时间时进行文字和角色高亮提示；
语音模块，用于学员在学习交互过程中的预设重要步骤时进行数据库中预存的语音指导；
帮助模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题时，对数据库中预存的常见问题的解决方式进行指导；
教学演示模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题时，对数据库中预存的正确的操作视频进行可视化演示。
所述学习交互模块具体为：
绞车手角色交互模块，用于在学员完整观看绞车手角色的演示视频后解锁，通过点击此模块对三维模型构建单元构建的直升机救助过程中绞车手角色及救援工具模型进行交互式演绎，具体为：学员通过硬件设备操作绞车系统，控制钢索的收放使救生员完成救助任务，向直升机飞机员传达飞行指令控制飞机精确进退救助现场；
救生员角色交互模块，用于在学员完整观看救生员角色的演示视频后解锁，通过点击此模块对三维模型构建单元构建的直升机救助过程中救生员角色及救援工具模型进行交互式演绎，具体为：学员通过硬件设备针对遇险人员状况采取单套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱，采取双套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱。
所述考核测试单元的界面交互子单元具体还包括：
考试交互模块，用于学员对预设考试中的可交互组件进行交互；
考核统计模块，用于对学员考试交互过程中的不符合操作流程的动作进行纠错和减分，自动给出考试分数并将考试结果传输至数据库服务器。
开放式虚拟仿真实验教学管理平台以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托。采用面向服务的软件架构开发，集实物仿真、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学管理于一体，是具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台。本系统面向校内学生，校外相关人员开放，任何注册账号的人均可通过网址访问，进入实验进行学习，让学生和有兴趣的相关人士均可领会直升机救助的救援过程。
该虚拟仿真实验平台可支持近百名学员同时在线访问，如果单个实验被占用，则提示后面进行在线等待，等待前面预约实验结束后，进入下一个预约队列。主要采用的网络架构为B/S架构，计算机操作系统和版本要求为Windows7及以上，用户使用时需要下载专门的插件，因此信息安全性较高。虚拟仿真实验系统开发主要是多媒体资源制作和软件编程两部分工作。采用3D仿真开发技术和Unity3d、3DMax、Maya、Visual Studio、Photoshop等开发工具构建了交互式虚拟仿真实验使用平台，网站平台采用JAVA开发语言、Eclipse开发工具以及MySQL数据库构建集成化管理模式，使得客户端可以通过浏览器高效快捷的访问虚拟仿真实验平台。
一种直升机救助训练虚拟仿真教学方法，包括如下步骤：
S1、授课教师首先需要采集教学演示视频，将此演示视频作为教学资料存放数据库服务器中，后期可以选择为视频加入教学字幕，根据现实的直升机救助场景进行三维模型构建，并将其作为学习课件或考核课件录入数据库服务器，所述直升机救助场景中至少包括：直升机、绞车手和救生员角色及相关救援设备；
S2、学员根据可视化的图文指示，通过人机交互学习完成学习课件中的训练过程，具体为：选择扮演绞车手角色或救生员角色，进而选择绞车手角色在单套吊运和双套吊运两种救助方式间的职能或救生员角色在单套吊运和双套吊运两种救助方式间的职能；
S3、学员根据可视化的图文指示，通过人机交互学习完成学习课件中的训练过程，具体为：通过选择绞车手角色和救生员角色，通过键盘和鼠标控制三维人物角色演绎对应角色的职能后完成训练。
在本实施例中，以PC端为例，以键盘鼠标为硬件操作交互角色，交互过程具体为：英文状态下通过“WSAD”键可控制角色前后左右进行场景漫游，常按鼠标左键滑动调转场景方向。
实验系统功能键分别为“帮助按钮”：点击可查看“绞车手用语”和“救生员手势”；“刷新按钮”：点击即重新开始实验；“主页按钮”：点击即回到实验主界面；“全屏按钮”：点击即全屏运行实验。
如下过程为以绞车手身份开展的单套吊运的学习模式的操作步骤。
1.点击传送门，绞车手进入实验舱。
2.点击选择绞车手位置。
3.绞车手进行准备工作，系好绞车手安全带，另一端与机舱的地令相连接；佩戴好飞行头盔并插入通讯线插头，检查通话是否良好。
4.点击电动绞车系统电源，绞车手进行电动绞车系统检查工作。
5.点击绞车手。绞车手向救助训练教员报告准备完毕，待总指挥向教员发出训练通知。
6.绞车手通过口令指挥机长驾驶机舱移动到吊运点悬停。
7.绞车手协助救生员出舱前检查其装备，确认着装正确、安全无遗漏。救生员就位。
8.绞车手负责观察机舱的速度、周围区域，救生员离水面的高度，并传达口令给机长。机长根据绞车手口令驾驶实验舱至指定位置。
9.等待救生员给被救者穿戴救援套。
10.当救生员给出上升手势，绞车手操作绞车手柄，起吊，救生员和被救者离开水面。
11.绞车手挡在舱门边。救生员系好移动安全带并脱钩，绞车手收回空钩，被救者系好固定安全带。
其它救助方式的操作步骤均与上述绞车手视角下的单套吊运模式基本相同，按照实验系统屏幕左下方的文字提示操作即可完成相应的角色交互。
每完成一个相关的训练，既解锁对应的考核测试，系统自动根据学员在考核测试中的操作步骤评分，并将此分数上传至数据服务器中留存并供教室查阅。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (8)
1.一种直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，包括：
登录单元，用于教师和学员的账号登录以及身份信息验证；
教师子系统，用于通过教师身份信息验证的教师进行有关直升机救助的教学资料的编辑并将编辑的教学资料传输至数据库服务器中；
学员子系统，用于通过学员身份信息验证的学员进行有关直升机救助的学习及考核；
所述教师子系统和学员子系统均通过网络与数据库服务器相连；
所述教师子系统包括：三维模型构建单元，用于对直升机救助过程中的直升机、绞车手和救生员角色及相关救援设备进行三维建模，生成对应的三维模型；
所述学员子系统包括：在线学习单元，用于学员选取课程并在联网状态下进行有关直升机救助过程中绞车手和救生员角色及相关救援设备的教学资料的学习；
考核测试单元，用于在学员完成某一课程的学习后抽取相应课程的习题库中的题目进行考核测试。
2.根据权利要求1所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，所述在线学习单元和考核测试单元均包括：
角色扮演子单元，用于学员选取直升机救助过程中要扮演的角色，具体为：绞车手角色和救生员角色；
界面交互子单元，用于学员在选择要扮演的角色后，对其在救援过程中的职能进行交互式演绎。
3.根据权利要求2所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，所述在线学习单元的角色扮演子单元中，在学员选取直升机救助过程中要扮演的角色后即对所选角色的救援工作进行数据库服务器中预存的拍摄视频和/或文字说明的可视化演绎，具体为：
绞车手角色：操作绞车系统，控制钢索的收放使救生员完成救助任务，向直升机飞机员传达飞行指令控制飞机精确进退救助现场；
救生员角色：针对遇险人员状况采取单套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱，采取双套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱。
4.根据权利要求2所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，其特征在于，所述在线学习单元的界面交互子单元具体包括：
学习交互模块，用于学员对预设演示课件中的可交互组件进行交互；
引导模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题超过预设时间时进行文字和角色高亮提示；
语音模块，用于学员在学习交互过程中的预设重要步骤时进行数据库中预存的语音指导；
帮助模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题时，对数据库中预存的常见问题的解决方式进行指导；
教学演示模块，用于学员在学习交互过程中遇到问题时，对数据库中预存的正确的操作视频进行可视化演示。
5.根据权利要求4所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，其特征在于，
所述学习交互模块具体为：
绞车手角色交互模块，用于在学员完整观看在线学习单元的角色扮演子单元中的绞车手角色的演示视频后解锁，通过点击此模块对三维模型构建单元构建的直升机救助过程中绞车手角色及救援工具模型进行交互式演绎，具体为：学员通过硬件设备操作绞车系统，控制钢索的收放使救生员完成救助任务，向直升机飞机员传达飞行指令控制飞机精确进退救助现场；
救生员角色交互模块，用于在学员完整观看在线学习单元的角色扮演子单元中的救生员角色的演示视频后解锁，通过点击此模块对三维模型构建单元构建的直升机救助过程中救生员角色及救援工具模型进行交互式演绎，具体为：学员通过硬件设备针对遇险人员状况采取单套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱，采取双套吊运将遇险人员安全救助返回直升机机舱。
6.根据权利要求2所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，其特征在于，学员在选择所述考核测试单元的角色扮演子单元的角色后即进入考核测试单元的界面交互子单元，
所述考核测试单元的界面交互子单元具体包括：
考试交互模块，用于学员对预设考试中的可交互组件进行交互；
考核统计模块，用于对学员考试交互过程中的不符合操作流程的动作进行纠错和减分，自动给出考试分数并将考试结果传输至数据库服务器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，其特征在于，学员通过键盘鼠标或触控屏对学员子系统中需要选取、交互的内容进行操控。
8.根据权利要求1所述的直升机救助训练虚拟仿真教学系统，其特征在于，所述三维模型构建单元基于3D仿真开发技术实现直升机救助场景的构建以及动态更新，所述3D仿真开发技术为Unity3d、3DMax、Maya、Visual Studio、Photoshop的一种或多种组合。
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