CN111583744B - 一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法及系统，该方法包括：基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；在所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知。本发明基于虚拟现实技术，既可让用户漫游于虚拟场景中，实现沉浸式虚拟交互，又能针对典型的四类事故，辨识出事故隐患，并根据用户输入参数的不同，预演不同隐患引发的不同等级、后果的事故场景，从而提升用户生产安全意识水平。

Description

一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法及系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别是指一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法及系统。

背景技术

冶金工业是原材料产业之一，可以为机械制造、土木建筑、石油化工等其他众多的行业提供足够的材料支持，在经济社会发展中发挥着重要的作用。但是，由于冶金生产工艺及作业流程长，涉及系统、设备繁杂，既有工艺决定的高热能、高势能、高动能危险，又有化工生产的易燃易爆、有毒有害风险，各类生产安全事故时有发生，因此亟需加强安全管理，提升员工的安全意识。

虚拟现实(Virtual Reality)技术可以通过计算机仿真系统创建沉浸式人机交互环境，生成包括视觉、嗅觉、听觉、触觉等多种体感在内的虚拟场景，让用户以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互感知。虚拟现实技术沉浸式和交互性的功能特点非常适合用于进行安全培训，提升员工安全意识。

目前大多数基于虚拟现实的生产安全培训系统仅仅是让用户体验单一的事故场景，并不能表达出不同条件、参数、生产规模下的事故场景，缺乏客观真实性。此外，市面上现有的冶金行业相关的VR系统，主要是关注于生产工艺过程，没有涉及到冶金行业隐患排查、风险评估以及安全教育培训等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法及系统，以至少部分解决现有技术所存在的上述缺点。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法，其包括：

基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；

在所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知。

进一步地，所述基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景，包括：

对熔融金属生产作业的实际环境信息进行采集；

基于采集的实际环境信息，构建熔融金属生产作业的实际环境的实体模型；

参照熔融金属生产作业的实际环境，布置所构建好的各实体模型，并创建周围物理环境，生成熔融金属作业的虚拟场景。

进一步地，所述在所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，包括：

基于预设的辨识标准，对熔融金属生产作业中的隐患进行辨识；

基于隐患辨识结果，在所述虚拟场景中设置隐患标识，以显示相应隐患；

基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别；

基于用户输入的预设类型的工作参数，从预设的事故灾害场景库中调出与用户输入的预设类型的工作参数相对应的事故灾害场景并显示给用户。

进一步地，所述在所述虚拟场景中设置隐患标识，包括：

根据冶金行业高温熔融金属作业工艺环节，划分不同的虚拟作业场景；

在划分的虚拟作业场景中有可能出现隐患的主体旁设置隐患标识。

进一步地，所述基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别，包括：

接收用户输入的能量意外释放强度参数以及受体的暴露程度参数；

基于能量意外释放强度参数，通过下式进行能量意外释放强度表征：

S＝S₁×S₂×I

其中，S代表事故释放能量的表征值，S₁表示熔融金属的单位能量指数，S₂表示熔融金属的质量指数，I表示事故中熔融金属能量释放形式的表征值；

基于受体的暴露程度参数，通过下式进行受体暴露程度表征；

其中，E为受体暴露程度的表征值，E₁为作业组织暴露的评价值，E₂为工段空间布局的评价值，E₃为监测预警建设的评价值，E₄为应急响应机制的评价值，E₅为个体防护水平的评价值，E₆为安全防护机制的评价值；

基于能量意外释放强度表征和受体暴露程度表征，通过下式对当前事故的严重程度进行表征：

A＝S×E

其中，A为事故严重程度的表征值，S为能量意外释放强度的表征值，E为受体暴露程度的表征值；

基于事故的严重程度的表征值，按照预设分级标准对事故严重性进行分级。

进一步地，所述事故灾害场景库的构建过程，包括：

建立熔融金属作业预设类型装备的几何模型；

建立爆炸事故、喷溅事故、倾翻事故和泄漏事故四类事故的数学模型；

模拟分析四类事故在熔融金属不同温度、吊运高度、质量、事故触发类型以及暴露程度下事故能量影响范围、人员伤亡状态以及装备破坏变形状态；

根据模拟分析结果，建立人员伤亡状态库和装备破坏变形状态库；其中，所述装备破坏变形状态库中的装备包括触发事故的装备和周围受影响的装备；

基于所述人员伤亡状态库和装备破坏变形状态库，利用粒子系统构建四类事故不同参数下的灾害场景，形成事故灾害场景库。

相应地，为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：

一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统，其包括：

虚拟场景构建模块，用于基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；

事故预演实现模块，用于在所述虚拟场景构建模块所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知。

进一步地，所述虚拟场景构建模块具体用于：

对熔融金属生产作业的实际环境信息进行采集；

基于采集的实际环境信息，构建熔融金属生产作业的实际环境的实体模型；

参照熔融金属生产作业的实际环境，布置所构建好的各实体模型，并创建周围物理环境，生成熔融金属作业的虚拟场景。

进一步地，所述事故预演实现模块，包括：

隐患辨识单元，用于基于预设的辨识标准，对熔融金属生产作业中的隐患进行辨识；

隐患标识单元，用于基于所述隐患辨识单元的隐患辨识结果，在所述虚拟场景中设置隐患标识，以显示相应隐患；

事故分级单元，用于基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别；

事故灾害场景预演单元，用于基于用户输入的预设类型的工作参数，从预设的事故灾害场景库中调出与用户输入的预设类型的工作参数相对应的事故灾害场景并显示给用户。

进一步地，所述事故分级单元具体用于：

接收用户输入的能量意外释放强度参数以及受体的暴露程度参数；

基于能量意外释放强度参数，通过下式进行能量意外释放强度表征：

S＝S₁×S₂×I

其中，S代表事故释放能量的表征值，S₁表示熔融金属的单位能量指数，S₂表示熔融金属的质量指数，I表示事故中熔融金属能量释放形式的表征值；

基于受体的暴露程度参数，通过下式进行受体暴露程度表征；

其中，E为受体暴露程度的表征值，E₁为作业组织暴露的评价值，E₂为工段空间布局的评价值，E₃为监测预警建设的评价值，E₄为应急响应机制的评价值，E₅为个体防护水平的评价值，E₆为安全防护机制的评价值；

基于能量意外释放强度表征和受体暴露程度表征，通过下式对当前事故的严重程度进行表征：

A＝S×E

其中，A为事故严重程度的表征值，S为能量意外释放强度的表征值，E为受体暴露程度的表征值；

基于事故的严重程度的表征值，按照预设分级标准对事故严重性进行分级。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明基于真实事故案例及国家法律法规、行业标准规范等证据资料，可以将冶金行业熔融金属作业众多的生产安全事故隐患内置于虚拟场景中，后台数据可扩充升级，灵活性强。根据用户输入的能量以及受体暴露方面的相关参数，仿真渲染出不同规模、级别的事故灾害场景，让用户以“第一视角”漫游观察、感知，解决了传统虚拟现实安全培训系统只能体验“单一”事故场景的问题。此外，针对传统安全培训系统只能让用户学习“电子版”的作业操作标准、规范的问题，本发明可以让用户在虚拟场景中学习、辨识冶金行业高温熔融金属作业隐患信息，并且学习、了解到哪些隐患会触发哪类事故，哪些因素耦合作用会对最终事故灾害的规模、大小产生影响，让用户感知事故发生的多路径性，有助于帮助用户理解冶金安全原理，进而提高用户的作业安全意识。

附图说明

图1为本发明的第一实施例提供的虚拟场景构建流程示意图；

图2为本发明的第一实施例提供的事故预演实现方法逻辑示意图；

图3为本发明的第一实施例提供的事故预演实现流程示意图；

图4为本发明的第一实施例提供的形成事故灾害场景库的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

第一实施例

请参阅图1至图4，本实施例提供一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法，其包括虚拟场景构建和事故预演实现两部分；其中，

一、虚拟场景构建

基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；具体地，其流程如图1所示，包括以下步骤：

S101，资料准备，对熔融金属生产作业的实际环境信息进行采集；

具体地，在本实施例中，上述S101具体为：

通过调研冶金企业熔融金属生产作业实际环境中的建(构)筑物、道路、管线以及重点装备等，对建模环境获得初步认识。然后利用三维扫描仪、相机等对重点建模部位进行扫描或者拍照取材；搜集、整理厂区总平面图、关键装备的CAD设计图。其中，所涉及到的关键装备，对于钢铁冶炼来说，包括高炉、鱼雷罐车、转炉、天车、铁水罐、钢水罐、中间罐以及连铸机等；对于铝冶炼来说，包括多功能天车、电解槽、真空抬包以及混合炉等。

S102，三维建模，基于采集的实际环境信息，构建熔融金属生产作业的实际环境的实体模型；

具体地，在本实施例中，上述S102具体为：

利用Maya、3ds Max软件参考前期搜集的图纸、照片等构建三维仿真模型，并根据需要，给三维仿真模型进行UV贴图。

S103，场景构建，参照熔融金属生产作业的实际环境，布置所构建好的各实体模型，并创建周围物理环境，生成熔融金属作业的虚拟场景；

具体地，在本实施例中，上述S103具体为：

将建好的三维实体模型导入unity 3D平台，参考现实环境，布置各实体模型，并创建周围物理环境(天空、光照、阴影等)。

二、事故预演实现

根据海因里希事故因果连锁、事故金字塔以及轨迹交叉等事故致因理论，每件事故的发生是众多的因素、隐患相互作用，演化发展的结果。但是，目前大多数的安全培训系统只能让用户学习“电子版”的作业操作标准、规范，体验单一的事故场景，而无法让用户学习、了解事故的发生是背后哪些因素、隐患作用而导致的，也无法让用户体验、感知不同原因、不同生产规模等条件下的事故场景。对此，本实施例提供如下的事故预演实现方法：

在所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知；具体地，如图2和图3所示，其包括以下步骤：

S101，基于预设的辨识标准，对熔融金属生产作业中的隐患进行辨识；

需要说明的是，根据事故案例统计及分析，绝大多数事故都是由于人的不安全行为和装备的不安全状态导致的。因此，在本实施例中，上述S101具体为：根据国家法律法规、行业标准规范以及事故案例等，面向高温熔融金属作业全流程，辨识出人的不安全行为和装备的不安全状态方面的事故隐患。

S102，基于隐患辨识结果，在虚拟场景中设置隐患标识，以显示相应隐患；

具体地，在本实施例中，上述S102具体包括：

1)根据冶金行业高温熔融金属作业工艺环节划分不同的虚拟作业场景；

2)在虚拟场景中有可能出现隐患的主体(人、装备)旁设置一个隐患标识，以显示隐患信息。

S103，基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别；

需要说明的是，当设置好隐患标识后，当用户漫游到隐患标识处后，可以点击该隐患标识，并输入或选择相应的参数，如熔融金属温度、吊运高度、质量、能量释放形式、受体暴露情况等，系统即可评判出该隐患导致事故严重程度的级别。具体地，本实施例从能量意外释放强度以及受体的暴露程度两个方面对隐患触发的事故的严重程度进行分析和表征，具体表征方法如下：

1)能量意外释放强度分析及表征

事故可能导致能量意外释放的大小与现场生产工艺(能量的高低)、装备水平(能量的多少)、事件触发类型(能量的释放形式)有关，因此，本实施例基于能量意外释放强度参数，通过下式进行能量意外释放强度表征：

S＝S₁×S₂×I

其中，S代表事故释放能量的表征值，S₁表示熔融金属的单位能量指数，S₂表示熔融金属的质量指数，I表示事故中熔融金属能量释放形式的表征值；

(1)熔融金属单位能量指数S₁评价赋值标准

熔融金属的单位能量与自身的温度以及作业过程中吊运、转运的高度有关。冶金行业中，熔融金属的温度大约在1400～1800℃左右，吊运转运高度大约在0～20米左右，熔融金属单位能量指数S₁评价赋值标准如下列表1所示：

表1熔融金属单位能量指数S₁评价赋值标准

(2)熔融金属质量指数S₂评价赋值标准

在冶金行业中，熔融金属作业装备规模、等级大多是以公称容量(t)来表示。在参考我国标准、规范对各装备规模划分、型号规定的基础上，基于覆盖面广、实用的原则，将50t的熔融金属质量指数设置为1，则不同质量熔融金属的质量指数计算可由下式得到：

其中，S₂为熔融钢铁质量指数，m为熔融金属质量。

目前，普遍使用的熔融金属作业装备中，400t钢水罐中熔融金属质量最大，因此，S₂的最大值为8。

(3)熔融金属能量释放形式I评价赋值标准

事故发生的过程中，能量释放的类型是不一样的，有的是缓慢释放，如铁水、钢水、铝液的泄漏、喷溅等，而有的是瞬间释放，如铁水罐倾翻，转炉爆炸等，还有的开始是缓慢释放，而后是瞬间释放，如铁水、铝液泄漏或喷溅遇水发生爆炸。熔融金属能量释放形式I评价赋值标准如下列表2所示：

表2熔融金属能量释放形式I评价赋值标准

2)受体暴露程度分析及表征

在生产安全事故中，受体指的是直接承受事故后果的物体，如人员、装备、设施等。事故的严重性与受体的暴露程度有关，在事故释放能量相同的情况下，受体暴露程度越大，则可能造成的损失也就越多，事故后果也就越严重。作业组织暴露、工段空间布局、监测预警建设、应急响应机制、个体防护水平、安全防护机制是受体暴露程度的6个影响因素，因此，本实施例基于受体的暴露程度参数，通过下式进行受体暴露程度表征；

其中，E为受体暴露程度的表征值，E₁为作业组织暴露的评价值，E₂为工段空间布局的评价值，E₃为监测预警建设的评价值，E₄为应急响应机制的评价值，E₅为个体防护水平的评价值，E₆为安全防护机制的评价值；E₁，E₂，…E₆的取值范围是[0,5]，

为参数，以使受体的暴露程度表征值在0％～100％之间。

首先将各影响因素进行分级，然后根据等级在0～5之间进行赋值评价。各影响因素分级标准以及赋值区间见下列表3和表4。其中，作业组织暴露水平E₁＝班次作业时长×暴露人数。

表3影响因素分级标准

表4影响因素赋值区间

3)事故严重程度分析及表征

基于上述能量意外释放强度表征和受体暴露程度表征，通过下式对当前事故的严重程度进行表征：

A＝S×E

其中，A为事故严重程度的表征值，S为能量意外释放强度的表征值，E为受体暴露程度的表征值；S的取值范围是[0,80]，E的取值范围是[0,1]，因此，A的取值范围是[0,80]。

基于事故的严重程度的表征值，按照预设分级标准对事故严重性进行分级。

具体地，根据事故严重程度表征值，本实施例将事故严重性分为四个级别，分别是Ⅰ级[0,20)，Ⅱ级[20,40)，Ⅲ级[40,60)，IV级[60,80]。

例如：在分析某炼钢厂天车吊运铁水罐作业时“天车板钩磨损”这一隐患引发倾翻事故能量释放强度时，160t铁水罐内铁水温度为1800℃，吊运高度为10米，那么单位能量指数S₁为7，熔融金属质量指数S₂为3.2，倾翻事故能量释放快，释放形式I赋值0.7，则能量释放强度S＝7×3.2×0.7＝15.68。

该作业环节，一个班组作业时长为5h，有3名作业人员，空间布局合规，没有建筑物处于吊运范围内，作业场所宽敞、但部分遮挡，有多条紧急逃生路线，日常装备监测预警覆盖范围较广，自动化水平较高，应急机制高效，建设有全自动应急处置系统，技术装备先进，个人防护装备覆盖绝大多数员工，但防护技术一般，吊运工段有熔融钢铁阻隔流淌装置，天车有自动保护机制，技术较为先进。那么，用户给该工段受体暴露程度6个影响因素赋值分别为：1.9；1.3；1.5；0.6；2.0；1.5，则受体暴露程度

因此，“天车板钩磨损”这一隐患引发倾翻事故严重程度A＝15.68×30.72％＝4.8169，可划分Ⅰ级。

S104，根据用户输入的能量释放强度以及受体暴露程度方面的参数，从预设的事故灾害场景库中调出与用户输入的能量释放强度以及受体暴露程度方面的参数相对应的事故灾害场景，用户可以通过多个角度对其进行观察、感知。

具体地，上述事故灾害场景库的构建过程如图4所示，包括：

1)建立熔融金属作业关键装备的几何模型；对于钢铁冶炼来说包括高炉、鱼雷罐车、转炉、天车、铁水罐、钢水罐、中间罐、连铸机等；对于铝冶炼来说，包括多功能天车、电解槽、真空抬包、以及混合炉等；

2)建立爆炸事故、喷溅事故、倾翻事故和泄漏事故四类事故的数学模型；其中，爆炸事故指的是高温熔融金属与水接触爆炸事故，喷溅事故指的是高温熔融金属喷溅事故，倾翻事故指的是高温熔融金属吊运转运倾翻事故，泄漏事故指的是高温熔融金属储运容器泄漏事故，上述四类事故是冶金工业生产中高温熔融金属作业的四类典型事故；

3)在数值模拟软件中，模拟分析四类事故在熔融金属不同温度、吊运高度、质量、事故触发类型(能量释放形式)以及暴露程度下事故能量影响范围、人员伤亡状态以及装备破坏变形状态；

4)根据数值模拟分析结果，在3ds Max软件中建立人员伤亡状态库和装备破坏变形状态库；其中，所述装备破坏变形状态库中的装备包括触发事故的装备以及周围受影响的装备；

5)在unity 3D平台中，基于上述人员伤亡状态库和装备破坏变形状态库，利用粒子系统等构建四类事故不同参数下的灾害场景，形成事故灾害场景库。

本实施例基于真实事故案例及国家法律法规、行业标准规范等资料，可以将冶金行业熔融金属作业众多的生产安全事故隐患内置于虚拟场景中，后台数据可扩充升级，灵活性强。根据用户输入的能量以及受体暴露方面的相关参数，仿真渲染出不同规模、级别的事故灾害场景，让用户以“第一视角”漫游观察、感知，解决了传统虚拟现实安全培训系统只能体验“单一”事故场景的问题。

此外，针对传统安全培训系统只能让用户学习“电子版”的作业操作标准、规范的问题，本实施例方案可以让用户在虚拟场景中学习、辨识冶金行业高温熔融金属作业隐患信息，并且学习、了解到哪些隐患会触发哪类事故，哪些因素耦合作用会对最终事故灾害的规模、大小产生影响，让用户感知事故发生的多路径性，有助于帮助用户理解冶金安全原理，进而提高用户的作业安全意识。

第二实施例

请参阅图2，本实施例提供一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统，该基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统包括：

虚拟场景构建模块，用于基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；

事故预演实现模块，用于在虚拟场景构建模块所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知。

进一步地，上述事故预演实现模块，包括：

隐患辨识单元，用于基于预设的辨识标准，对熔融金属生产作业中的隐患进行辨识；

隐患标识单元，用于基于所述隐患辨识单元的隐患辨识结果，在所述虚拟场景中设置隐患标识，以显示相应隐患；

事故分级单元，用于基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别；

事故灾害场景预演单元，用于基于用户输入的预设类型的工作参数，从预设的事故灾害场景库中调出与用户输入的预设类型的工作参数相对应的事故灾害场景并显示给用户。

本实施例的基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统与上述第一实施例的基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法相对应；其中，该基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统中的各功能模块所实现的功能与上述基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法中各流程步骤对应，故，在此，不再赘述。

此外，需要说明的是，本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明的优选实施例，但对于本领域普通技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法，其特征在于，包括：

基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；

在所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知；

所述在所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，包括：

基于预设的辨识标准，对熔融金属生产作业中的隐患进行辨识；

基于隐患辨识结果，在所述虚拟场景中设置隐患标识，以显示相应隐患；

基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别；

基于用户输入的预设类型的工作参数，从预设的事故灾害场景库中调出与用户输入的预设类型的工作参数相对应的事故灾害场景并显示给用户；

所述基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别，包括：

接收用户输入的能量意外释放强度参数以及受体的暴露程度参数；

基于能量意外释放强度参数，通过下式进行能量意外释放强度表征：

S＝S₁×S₂×I

其中，S代表事故释放能量的表征值，S₁表示熔融金属的单位能量指数，S₂表示熔融金属的质量指数，I表示事故中熔融金属能量释放形式的表征值；

S₁的评价赋值标准为：当熔融金属温度为1400～1500℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[1,2]、[2,3]、[3,4]、[4,5]和[5,6]；当熔融金属温度为1500～1600℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[2,3]、[3,4]、[4,5]、[5,6]和[6,7]；当熔融金属温度为1600～1700℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[3,4]、[4,5]、[5,6]、[6,7]和[7,8]；当熔融金属温度为1700～1800℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[4,5]、[5,6]、[6,7]、[7,8]和[8,9]；当熔融金属温度为1800℃以上时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[5,6]、[6,7]、[7,8]、[8,9]和[9,10]；

S₂的评价赋值标准为：将50t的熔融金属质量指数设置为1，则不同质量熔融金属的质量指数计算由下式得到：

其中，S₂为熔融钢铁质量指数，m为熔融金属质量；

I的评价赋值标准为：熔融金属能量释放形式的等级为Ⅰ级时，I的表征值区间为[0,0.2)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅱ级时，I的表征值区间为[0.2,0.4)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅲ级时，I的表征值区间为[0.4，0.6)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅳ级时，I的表征值区间为[0.6，0.8)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅴ级时，I的表征值区间为[0.8，1]；

基于受体的暴露程度参数，通过下式进行受体暴露程度表征；

其中，E为受体暴露程度的表征值，E₁为作业组织暴露的评价值，E₂为工段空间布局的评价值，E₃为监测预警建设的评价值，E₄为应急响应机制的评价值，E₅为个体防护水平的评价值，E₆为安全防护机制的评价值；E₁、E₂、E₃、E₄、E₅和E₆的取值范围均为[0,5]；

基于能量意外释放强度表征和受体暴露程度表征，通过下式对当前事故的严重程度进行表征：

A＝S×E

其中，A为事故严重程度的表征值，S为能量意外释放强度的表征值，E为受体暴露程度的表征值；S的取值范围是[0,80]，E的取值范围是[0,1]；

基于事故的严重程度的表征值A，将事故严重性分为四个级别，分别为：A的值为[0,20)时对应级别为Ⅰ级，A的值为[20,40)时对应级别为Ⅱ级，A的值为[40,60)时对应级别为Ⅲ级，A的值为[60,80]时对应级别为Ⅳ级。

2.如权利要求1所述的基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法，其特征在于，所述基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景，包括：

对熔融金属生产作业的实际环境信息进行采集；

基于采集的实际环境信息，构建熔融金属生产作业的实际环境的实体模型；

参照熔融金属生产作业的实际环境，布置所构建好的各实体模型，并创建周围物理环境，生成熔融金属作业的虚拟场景。

3.如权利要求1所述的基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法，其特征在于，所述在所述虚拟场景中设置隐患标识，包括：

根据冶金行业高温熔融金属作业工艺环节，划分不同的虚拟作业场景；

在划分的虚拟作业场景中有可能出现隐患的主体旁设置隐患标识。

4.如权利要求1所述的基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演方法，其特征在于，所述事故灾害场景库的构建过程，包括：

建立熔融金属作业预设类型装备的几何模型；

建立爆炸事故、喷溅事故、倾翻事故和泄漏事故四类事故的数学模型；

模拟分析四类事故在熔融金属不同温度、吊运高度、质量、事故触发类型以及暴露程度下事故能量影响范围、人员伤亡状态以及装备破坏变形状态；

根据模拟分析结果，建立人员伤亡状态库和装备破坏变形状态库；其中，所述装备破坏变形状态库中的装备包括触发事故的装备和周围受影响的装备；

基于所述人员伤亡状态库和装备破坏变形状态库，利用粒子系统构建四类事故不同参数下的灾害场景，形成事故灾害场景库。

5.一种基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统，其特征在于，包括：

虚拟场景构建模块，用于基于熔融金属生产作业的实际环境信息，构建熔融金属作业的虚拟场景；

事故预演实现模块，用于在所述虚拟场景构建模块所构建的虚拟场景中设置隐患标识，根据用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，输出事故灾害场景，供用户进行观察和感知；

所述事故预演实现模块，包括：

隐患辨识单元，用于基于预设的辨识标准，对熔融金属生产作业中的隐患进行辨识；

隐患标识单元，用于基于所述隐患辨识单元的隐患辨识结果，在所述虚拟场景中设置隐患标识，以显示相应隐患；

事故分级单元，用于基于用户在相应的隐患标识处输入的预设类型的工作参数，对当前事故的严重程度进行计算及分级，确定当前事故的严重性级别；

事故灾害场景预演单元，用于基于用户输入的预设类型的工作参数，从预设的事故灾害场景库中调出与用户输入的预设类型的工作参数相对应的事故灾害场景并显示给用户；

所述事故分级单元具体用于：

接收用户输入的能量意外释放强度参数以及受体的暴露程度参数；

基于能量意外释放强度参数，通过下式进行能量意外释放强度表征：

S＝S₁×S₂×I

其中，S代表事故释放能量的表征值，S₁表示熔融金属的单位能量指数，S₂表示熔融金属的质量指数，I表示事故中熔融金属能量释放形式的表征值；

S₁的评价赋值标准为：当熔融金属温度为1400～1500℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[1,2]、[2,3]、[3,4]、[4,5]和[5,6]；当熔融金属温度为1500～1600℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[2,3]、[3,4]、[4,5]、[5,6]和[6,7]；当熔融金属温度为1600～1700℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[3,4]、[4,5]、[5,6]、[6,7]和[7,8]；当熔融金属温度为1700～1800℃时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[4,5]、[5,6]、[6,7]、[7,8]和[8,9]；当熔融金属温度为1800℃以上时，吊运转运高度0～4m、4～8m、8～12m、12～16m和16～20m对应的S₁赋值区间分别为[5,6]、[6,7]、[7,8]、[8,9]和[9,10]；

S₂的评价赋值标准为：将50t的熔融金属质量指数设置为1，则不同质量熔融金属的质量指数计算由下式得到：

其中，S₂为熔融钢铁质量指数，m为熔融金属质量；

I的评价赋值标准为：熔融金属能量释放形式的等级为Ⅰ级时，I的表征值区间为[0,0.2)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅱ级时，I的表征值区间为[0.2,0.4)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅲ级时，I的表征值区间为[0.4，0.6)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅳ级时，I的表征值区间为[0.6，0.8)，熔融金属能量释放形式的等级为Ⅴ级时，I的表征值区间为[0.8，1]；

基于受体的暴露程度参数，通过下式进行受体暴露程度表征；

其中，E为受体暴露程度的表征值，E₁为作业组织暴露的评价值，E₂为工段空间布局的评价值，E₃为监测预警建设的评价值，E₄为应急响应机制的评价值，E₅为个体防护水平的评价值，E₆为安全防护机制的评价值；E₁、E₂、E₃、E₄、E₅和E₆的取值范围均为[0,5]；

基于能量意外释放强度表征和受体暴露程度表征，通过下式对当前事故的严重程度进行表征：

A＝S×E

其中，A为事故严重程度的表征值，S为能量意外释放强度的表征值，E为受体暴露程度的表征值；S的取值范围是[0,80]，E的取值范围是[0,1]；

基于事故的严重程度的表征值A，将事故严重性分为四个级别，分别为：A的值为[0,20)时对应级别为Ⅰ级，A的值为[20,40)时对应级别为Ⅱ级，A的值为[40,60)时对应级别为Ⅲ级，A的值为[60,80]时对应级别为Ⅳ级。

6.如权利要求5所述的基于虚拟现实的熔融金属作业事故预演系统，其特征在于，所述虚拟场景构建模块具体用于：

对熔融金属生产作业的实际环境信息进行采集；

基于采集的实际环境信息，构建熔融金属生产作业的实际环境的实体模型；

参照熔融金属生产作业的实际环境，布置所构建好的各实体模型，并创建周围物理环境，生成熔融金属作业的虚拟场景。

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