CN110824956A - 核电厂控制室的仿真交互系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电厂控制室的仿真交互系统，包括：控制模块、三维场景数据存储模块、交互模块以及VR显示模块，其中：所述三维场景数据存储模块用于存储核电厂控制室的三维模型以及所述核电厂控制室中的多组运行数据，所述三维模型包括若干显示单元模型；所述交互模块用于根据交互操作生成交互指令；所述控制模块用于根据所述交互指令控制所述VR显示模块显示所述三维模型，以及控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示所述运行数据。本发明基于VR技术实现核电厂控制室的三维模型，使得用户宛若处于真实的控制室中，大幅度降低了实体控制室的建造成本。本发明中的系统可用于培训操纵员，且培训规模与培训内容易于扩展与升级。

Description

核电厂控制室的仿真交互系统
技术领域
本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种核电厂控制室的仿真交互系统。
背景技术
核电厂的运行工况十分复杂，例如可以包括启停堆、各功率水平稳态运行、功率变化瞬态、预期运行时间、设计基准时间、严重事故等，其中不同运行工况对应的操作规程也不尽相同。而当前对核电厂控制室操纵员的培训主要依赖于核电模拟机，这使得操纵员的培训规模受限于核电模拟机的数量，培训范围受限于核电模拟机的设计，又由于核电模拟机的建造主要涉及参考机组的设计输入以及模拟机厂房的搭建装修，使得核电模拟机的建造周期较长，后期的设计变更和升级改造成本也较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中依赖核电模拟机培训核电控制操纵员的缺陷，提供一种核电厂控制室的仿真交互系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种核电厂控制室的仿真交互系统，所述仿真交互系统包括控制模块、三维场景数据存储模块、交互模块以及VR(Virtual Reality，虚拟现实)显示模块，其中：
所述三维场景数据存储模块用于存储核电厂控制室的三维模型以及所述核电厂控制室中的多组运行数据，所述三维模型包括若干显示单元模型；
所述交互模块用于根据交互操作生成交互指令；
所述控制模块用于根据所述交互指令控制所述VR显示模块显示所述三维模型，以及控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示所述运行数据。
较佳地，所述三维模型还包括若干输入单元模型，所述若干输入单元模型包括鼠标模型、键盘模型、开关模型中的至少一种；
所述交互模块具体用于根据对所述输入单元模型的交互操作生成所述交互指令。
较佳地，每组运行数据分别与所述核电厂控制室的一种运行工况对应，所述核电厂控制室的运行工况包括正常工况、故障工况、报警工况中的至少一种；
所述三维场景数据存储模块还用于存储与所述运行工况对应的操作规程；
所述控制模块还用于根据当前交互指令判断当前交互操作是否符合当前运行工况对应的操作规程，并记录判断结果。
较佳地，所述控制模块还用于在所述判断结果为符合时，控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示另一组运行数据；
所述控制模块还用于在所述判断结果为不符合时，控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示所述操作规程。
较佳地，所述报警工况对应的操作规程包括：
利用所述交互模块生成用于查看报警信息的交互指令、以及用于发送报警信号的交互指令。
较佳地，所述仿真交互系统还包括位置追踪模块，所述位置追踪模块包括：
定位单元，设于所述VR显示模块上；
监测单元，设于所述三维模型所在真实环境中；
位置确定单元，用于根据所述定位单元与所述监测单元之间的信号传输确定穿戴所述VR显示模块的用户在所述三维模型中的位置和姿态。
较佳地，所述三维场景数据存储模块还用于存储人物模型；
所述控制模块还用于接收其他VR显示模块在所述三维模型中的位置信息，并控制所述VR显示模块在其他VR显示模块的位置处显示所述人物模型。
较佳地，所述交互指令包括第一显示指令和第二显示指令；
所述控制模块具体用于根据所述第一显示指令控制所述VR显示模块动态显示所述三维模型，根据所述第二显示指令控制所述VR显示模块静态显示所述三维模型；
和/或，
所述交互指令包括第三显示指令；
所述控制模块具体用于根据所述第三显示指令控制所述VR显示模块显示所述核电厂控制室在不同运行工况下的所述三维模型；
其中，所述核电厂控制室的运行工况包括正常工况、故障工况、报警工况中的至少一种。
较佳地，所述若干显示单元模型包括显示器模型、指示灯模型、数字仪表盘模型中的至少一种；
和/或，
所述交互模块包括手套或手柄；
和/或，
所述VR显示模块包括VR头盔或VR眼镜。
较佳地，所述仿真交互系统还包括语音模块，用于播放语音交互信息。
本发明的积极进步效果在于：本发明基于VR技术将用户置于核电厂控制室的三维模型中，并且在该核电厂控制室的三维模型中，用户还可以看到核电厂控制室中真实的运行数据，此外用户还可以通过交互模块在核电厂控制室的三维模型中进行交互操作，使得用户宛若处于真实的核电厂控制室中，从而可以应用于培训核电厂控制室中的操纵员，并且培训规模与培训内容的扩展与升级易于实现。
附图说明
图1为根据本发明实施例1的核电厂控制室的仿真交互系统的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供一种核电厂控制室的仿真交互系统，图1示出了本实施例的模块示意图。参照图1，本实施例的仿真交互系统包括：控制模块1、三维场景数据存储模块2、交互模块3以及VR显示模块4。
具体地，在本实施例中，三维场景数据存储模块2用于存储核电厂控制室的三维模型以及核电厂控制室中的多组运行数据。
在本实施例中，核电厂控制室的三维模型可以来源于用于搭建该三维模型的图形工作站，可以是基于三维建模与环境渲染技术搭建的与真实的核电厂控制室环境相同的虚拟空间，从而，在本实施例中，三维模型可以包括真实的核电厂控制室中的机械结构、电力设备等的模型。
例如，三维模型可以包括若干显示单元模型，其中，若干显示单元模型的显示尺寸可以不同，若干显示单元模型可以包括显示器模型、指示灯模型、数字仪表盘模型等。又例如，三维模型还可以包括若干输入单元模型，其中，若干输入单元模型可以包括鼠标模型、键盘模型、开关模型等。
此外，在本实施例中，多组运行数据可以是来源于核电厂服务器的历史运行数据，可以是真实的、动态变化着的运行数据，可以同时包括图像数据与参数数据。
在本实施例中，控制模块1用于控制VR显示模块4显示核电厂控制室的三维模型，具体地，控制模块1可以通过背带等穿戴在用户身上，VR显示模块4可以是VR头盔、VR眼镜等，当用户穿戴好控制模块1与VR显示模块4并进入核电厂控制室的三维模型中时，可以直观地认识核电厂控制室的整体环境，直观地认识核电厂控制室中的机械结构与电力设备等，以熟悉核电厂控制室。
在本实施例中，交互模块3用于根据交互操作生成交互指令，控制模块1可以根据交互指令控制VR显示模块4显示核电厂控制室的三维模型。具体地，交互模块3可以是手套或手柄等，并且交互模块3可以包括多个按键，用户通过对按键的操作可以实现与核电厂控制室的三维模型的交互操作。
在本实施例中，交互指令可以包括第一显示指令，控制模块1可以根据第一显示指令控制VR显示模块4动态显示三维模型，使得用户在静止的情况下，可以全面地认识核电厂控制室的环境。
在本实施例中，交互指令还可以包括第二显示指令，控制模块1可以根据第二显示指令控制VR显示模块4静态显示三维模型，用户可以通过在三维模型中的自由移动，自主地认识核电厂控制室的环境。
在本实施例中，核电厂控制室中的每组运行数据可以分别与核电厂控制室的一种运行工况对应，核电厂控制室的运行工况可以包括正常工况、故障工况、报警工况等，与运行工况对应的操作规程可以存储在三维场景数据存储模块2中。
在本实施例中，交互指令还可以包括第三显示指令，控制模块1可以根据第三显示指令控制VR显示模块4显示核电厂控制室在不同运行工况下的三维模型，使得用户在静止的情况下，可以全面地认识核电厂控制室中的多种运行工况。
在本实施例中，控制模块1还可以根据交互指令控制VR显示模块4在显示单元模型中显示运行数据，例如，可以控制位于操纵员站的显示器模型同时显示图像数据与参数数据，控制数字仪表盘模型显示参数数据，控制指示灯模型根据当前运行工况点亮等。
在本实施例中，用户还可以通过交互模块3对当前运行工况进行处理，以实现核电厂控制室中操纵员对于操作的学习与培训。具体地，在VR显示模块4静态显示核电厂控制室的三维模型时，用户可以在三维模型中自由走动，实现在核电厂控制室中的运维与巡检，并且可以具体通过将交互模块3的按键与输入单元模型的按键对准的方式实现交互操作以生成交互指令，例如，将交互模块3的按键对准鼠标模型的左键，实现的交互操作在于点击鼠标左键，又例如，将交互模块3的按键对准键盘模型的“1”键，实现的交互操作在于点击键盘“1”键。
控制模块1还可以根据当前交互指令判断当前交互操作是否符合当前运行工况对应的操作规程，并记录判断结果，以对用户的学习与培训结果进行分析，提出针对性的培训指导意见。
例如，对于报警工况，用户可以利用交互模块3进行交互操作以生成用于查看报警信息的交互指令，用户在确认报警信息后还可以利用交互模块3进行交互操作以生成用于发送报警信号的交互指令，控制模块1可以记录用户在处理报警工况过程中生成的交互指令。
在报警工况对应的操作规程包括查看报警信息以及发送报警信号的情况下，控制模块1可以判定用户对报警工况的处理符合报警工况对应的操作规程，进而可以切换VR显示模块在三维模型的显示单元模型中的显示内容，例如，可以控制VR显示模块4在显示单元模型中切换显示另一组运行数据，以进行另一运行工况下的学习与培训。
当控制模块1判定用户对报警工况的处理不符合报警工况对应的操作规程时，控制模块1可以控制VR显示模块4在显示单元模型中显示对应的操作规程，以告知用户应当如何处理当前运行工况，以培训用户处理当前运行工况的能力。
参照图1，在本实施例中，仿真交互系统还包括位置追踪模块5，位置追踪模块5具体可以包括定位单元51、监测单元52以及位置确定单元53。其中，定位单元51可以设于VR显示模块4上，监测单元52可以设于三维模型所在真实环境中，例如可以是设置在真实环境中四个顶角的摄像单元，位置确定单元53可以根据定位单元51与监测单元52之间的信号传输确定穿戴VR显示模块4的用户在核电厂控制室的三维模型中的位置和姿态。进一步地，在本实施例中，定位单元51与监测单元52之间可以采用5G通讯。
进一步地，在本实施例中，多个用户可以实现在核电厂控制室的三维模型中的协同操作，例如，在该三维模型中，同时有用户A、用户B以及用户C，以用户A为例，用户A对应的控制模块获取位置确定单元确定的其在核电厂控制室的三维模型中的位置和姿态之后，分别向用户B和用户C对应的控制模块广播，并接收用户B和用户C对应的控制模块广播的用户B和用户C的位置和姿态，用户A的控制模块可以控制用户A的VR显示模块4在核电厂控制室的三维模型中用户B的位置显示具有用户B的姿态的人物模型，在用户C的位置显示具有用户C的姿态的人物模型，以告知用户A关于用户B和用户C的所在，进而可以实现用户A、用户B以及用户C之间的协同工作。在本实施例中，人物模型可以存储在三维场景数据存储模块2中。
参照图1，在本实施例中，仿真交互系统还可以包括语音模块6，具体地，控制模块1可以控制语音模块6播放语音交互信息，其中，语音交互信息例如可以包括操作指引、报警音等，以进一步促进用户在核电厂控制室的三维模型中的学习与培训。
在本实施例中，基于VR技术使用户沉浸在“真实的”核电厂控制室的环境中，并使得用户在虚拟逼真的环境中漫游，在该核电厂控制室的三维模型中，用户还可以“身临其境”地感受到核电厂控制室中真实的运行数据(例如可以包括实际的核电厂运行时发生的动态状态、事故状态等)，以熟悉核电厂控制室中的工作环境，此外用户还可以通过交互模块在核电厂控制室的三维模型中进行交互操作(例如实现动态操作反应堆)，以训练核电厂控制室中的操作，使得用户宛若处于真实的核电厂控制室中，从而可以应用于培训核电厂控制室中的操纵员。
进一步地，本实施例基于VR技术将用户置于核电厂控制室，与实体核电厂全范围模拟机相比，解决了场景布置和人机接口设计的不确定性对模拟机系统的影响的问题，解决了模拟机培训受场地、设备的限制的问题，解决了建造成本高的问题，可以节省现场空间，用户可以不受场地、设备的限制便可以感受到逼真的核电厂全范围模拟机主控制室的整体效果，以及能够体验到操作互动的真实感，并大幅度降低了建造成本，使得培训规模与培训内容的扩展与升级易于实现。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述仿真交互系统包括控制模块、三维场景数据存储模块、交互模块以及VR显示模块，其中：
所述三维场景数据存储模块用于存储核电厂控制室的三维模型以及所述核电厂控制室中的多组运行数据，所述三维模型包括若干显示单元模型；
所述交互模块用于根据交互操作生成交互指令；
所述控制模块用于根据所述交互指令控制所述VR显示模块显示所述三维模型，以及控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示所述运行数据。
2.如权利要求1所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述三维模型还包括若干输入单元模型，所述若干输入单元模型包括鼠标模型、键盘模型、开关模型中的至少一种；
所述交互模块具体用于根据对所述输入单元模型的交互操作生成所述交互指令。
3.如权利要求2所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，每组运行数据分别与所述核电厂控制室的一种运行工况对应，所述核电厂控制室的运行工况包括正常工况、故障工况、报警工况中的至少一种；
所述三维场景数据存储模块还用于存储与所述运行工况对应的操作规程；
所述控制模块还用于根据当前交互指令判断当前交互操作是否符合当前运行工况对应的操作规程，并记录判断结果。
4.如权利要求3所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述控制模块还用于在所述判断结果为符合时，控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示另一组运行数据；
所述控制模块还用于在所述判断结果为不符合时，控制所述VR显示模块在所述显示单元模型中显示所述操作规程。
5.如权利要求3所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述报警工况对应的操作规程包括：
利用所述交互模块生成用于查看报警信息的交互指令、以及用于发送报警信号的交互指令。
6.如权利要求1所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述仿真交互系统还包括位置追踪模块，所述位置追踪模块包括：
定位单元，设于所述VR显示模块上；
监测单元，设于所述三维模型所在真实环境中；
位置确定单元，用于根据所述定位单元与所述监测单元之间的信号传输确定穿戴所述VR显示模块的用户在所述三维模型中的位置和姿态。
7.如权利要求6所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述三维场景数据存储模块还用于存储人物模型；
所述控制模块还用于接收其他VR显示模块在所述三维模型中的位置信息，并控制所述VR显示模块在其他VR显示模块的位置处显示所述人物模型。
8.如权利要求1所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述交互指令包括第一显示指令和第二显示指令；
所述控制模块具体用于根据所述第一显示指令控制所述VR显示模块动态显示所述三维模型，根据所述第二显示指令控制所述VR显示模块静态显示所述三维模型；
和/或，
所述交互指令包括第三显示指令；
所述控制模块具体用于根据所述第三显示指令控制所述VR显示模块显示所述核电厂控制室在不同运行工况下的所述三维模型；
其中，所述核电厂控制室的运行工况包括正常工况、故障工况、报警工况中的至少一种。
9.如权利要求1所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述若干显示单元模型包括显示器模型、指示灯模型、数字仪表盘模型中的至少一种；
和/或，
所述交互模块包括手套或手柄；
和/或，
所述VR显示模块包括VR头盔或VR眼镜。
10.如权利要求1所述的核电厂控制室的仿真交互系统，其特征在于，所述仿真交互系统还包括语音模块，用于播放语音交互信息。
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