CN111681519A - 一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法。一种用于虚拟消防演练中的热感反馈装置,首先,通过VR头盔实时观看虚拟影像并通过按键和肢体动作实时与虚拟场景进行交互,在真实场景中,用户处于热感反馈的装置作用范围中。其次,虚拟场景中的虚拟火焰、烟等产生的热量及角度等数据实时传送到装置的控制单元,控制单元通过数据转换,驱动热感反馈装置进行位置、角度和热量强度的调整,把热、风等感觉作用到真实场景中的人。该方法弥补了虚拟消防演练中反馈形式单一问题,有效对用户进行热感反馈。装置可以通过数据准确控制装置的各个部分,实现灵活的热反馈形式,为虚拟仿真场景中的热反馈提供了一种新的装置及方法。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟消防演练器械,尤其是一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法。
背景技术
根据国际报告,在国内外,在火灾中,由于烟尘及热波造成的死亡人数高达总死亡人数的2 /3,在火灾事故中,烟雾产生的热波危害水平严重制约着受困者寻找安全的撤离或救援路径,因此将虚拟环境中的热波以及热流量测试可视化是有效减少火灾伤亡的关键问题。传统的消防演练在实践层次培训消防演练知识获取经验,但会产生高额的社会和经济成本,甚至存在导致人员伤亡的风险。与这种潜在风险的演练相反的是低成本、高安全、高仿真、可重复的虚拟现实(Virtual Reality,VR)演练系统,通过它人们可在虚拟场景中进行疏散或救援培训,已有研究已经被开发了一些基于虚拟现实的火灾培训系统。
现阶段,用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法主要以机械式被动采集、反馈为主,科研人员研发了大量热感采集装置,热感反馈装置,大多结构复杂、设备体积较大、费用较高,用户体验不好,导致效果不佳,不能得到好的智能反馈。另一类反馈设备以机械式采集信息为主,针对采集空气中混杂气体和空气水分进行分析,但是对采集热气体不准确、结构复杂,不能够有效起到热感反馈作用。
通过多个数据传递单元对热风机传输数据,及时产生对应的热量,通过改变升降杆及固定转轴的位置,该方式可以有效地出各个方向的热流量,确保三维空间中的热量信息均衡,通过该方法可以用于虚拟消防演练、虚拟火灾演练等各个应用中,同时可以分析出虚拟环境中气流热量信息、实时分析和快速有效地进行显示和反馈,智能化地给出相应的提示和调整,协调内外平衡。本装置计划采用升降杆和热风机位置变换来营造出一种沉浸式的热反馈环境,控制单元模块接收到虚拟环境中的热、风信息,通过控制单元中的数据转换,用数据驱动装置来控制风、热量真实反馈到使用者身上,让虚拟消防演练通过这种装置更具有沉浸感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法。所述用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,操作简单,结构小巧,适合各种复杂的虚拟消防训练环境,高效率提取虚拟环境中的信息并实时反馈热量至整个真实环境中,能够有效的模拟出虚拟环境体现出的热量,给人们带来身临其境的虚拟消防的环境,有效提高了消防的训练效果,增强了体验者的一种沉浸感,具有一定的应用推广前景。为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,包括固定转轴、升降杆、热风机、控制单元、动力输出单元,所述的控制单元为长方形控制器,与升降杆和固定转轴相连接,起到连接内部各个器件的作用。
所述固定转轴,自带凹槽的半椭圆行装置,可以让升降杆在其中自由移动,确保热量发散的位置和方向,在升降杆与固定转轴接触的地方有动力输出单元,通过控制单元分析的数据,为升降杆提供动力。
所述升降杆,可以通过下方的动力输出单元可以在固定转轴上移动,在升降杆中放置热风机,同理,热风机可以根据分析数据和下方的动力输出单元调整热风机高度。
所述热风机,是一个可调整热挡板的热风发生机器,根据数据驱动转变热挡板的角度以此来调整热风散发方向,同时也可根据动力输出单元对热风机上下位置进行调整,实现热风机在上下10cm至150cm空间移动,前后0至200cm空间移动,角度在0至120度之间调节。
所述控制单元是多控制单元组成的综合控制单元,其中包括了数据驱动单元、数据分析单元、数据传递单元,对虚拟环境中的数据进行提取、采集和分类预处理,将分类好的数据分别传输给对应的动力输出单元,驱动升降机和热风机的到达准确位置、定量发出风和热。
所述动力输出单元是一个根据对应的数据能产生对应大小的动力,并将动力传输给相应的硬件,操控硬件的左右升降,其中有升降杆和热风机。
上述用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,模块化设计,整体结构简单,适合虚拟消防中各个场景的应用,有效提高虚拟消防演练中虚拟信息反馈到用户的能力,且装置使用简单方便,具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法的结构示意图(1-固定转轴 2-升降杆 3-热风机 4-动力输出单元 5-控制单元 );
图2是本发明所述5控制单元的结构示意图(6-定时筛选控制器 7-自适应预测控制器8-散热片 9-复位电路 10-逻辑电路 );
图3是本发明的整体控制系统模块图;
图4是本发明整体模块分布说明图;
图5是本发明整体装置中信号的转变图;
图6是本发明的整体应用系统模块图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的说明。
请参见图1,本发明所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,包括:
固定转轴装置1是硬质塑料材质,是装置的固定器,根据半椭圆形的形状来对装置进行固定的作用。
升降杆2是由具有齿轮凹槽的木制材质,是放置热风机3和动力输出单元5的装置,并且与固定转轴1自动连接。
热风机3是由多控制单元组成的综合控制单元,是整个装置的热量感应发射器,位于整个装置的升降杆上,通过动力输出装置5进行自由升降,同时热风机3中有自身带的热挡板,对产生的热量进行控制热气方向。
控制单元4是整个装置的数据处理和控制单元,先在虚拟环境中提取对应的信息,对数据进行分类及分析,通过数据传递单元传入到不同的动力输出单元,以此来进行数据的驱动。控制单元4其中最主要包括数据采集装置,包括装置上的传感器,用于获取的动态响应数据;计算机分析装置,与所述数据采集装置通信,用于间隔获取的动态响应数据,更新在线物理虚拟模型,并进行温度预测;所述动态响应数据的最小数据采样间隔Ts通过以下公式计算:
式中T1为数据采集滞后时间,T2为计算机分析装置更新模型及进行温度预测的时间;所述动态响应数据包括温度数据、位置数据等;所述计算机分析装置通过初始条件和迭代关系,利用以下公式计算得到基尔霍夫变换参数U在时间和位置上的分布:
其中,U的上标p表示时间节点,下标m表示位置节点;,,... ..., 分别表示P+1时间节点时0-M位置节点的温度场的基尔霍夫变换参数;分别表示P时间节点时0至M-1位置节点的温度场的基尔霍夫变换参数;qnet为材料表面吸收的净热流,k(T)为材料随温度变化的热导率,k0为温度为T0时k(T)的值,Tl=T(l ,0),为在本轮状态预报开始时刻获取的试验件位置l的温度数据;T0=T(x ,0),为在本轮状态预报开始时刻获取的试验件位置x的温度数据;
其中cp(T)为材料随温度变化的比热容;ρ为材料密度;F0表示P+1时间节点的温度场的基尔霍夫变换参数的向量,通过基尔霍夫变换参数U与温度T的以下对应关系,得到温度分布的计算值;所述计算机分析装置还用于根据温度预报的结果判断是否超过安全阈值,若超过,则调整施加给试验测试装置的载荷。
动力输出单元5主要分为两部分,分别连接到热风机3和升降杆2中,用该两个动力输出单元来进行控制热风机2和升降杆2的位置,通过控制单元4所传递来的不同数据进行驱动,根据数据大小来智能的控制动力输出的大小。
如图2所示,一种用于进行数据驱动的控制单元5反馈装置,包括定时筛选控制器6,自适应预测控制器7,散热片8,复位电路9,逻辑电路10,定时筛选控制器6是控制单元5的输入控制器,配置为在每个预设周期中传输数据信号,其中,所述定时控制器通过专用传输线彼此连接以传输所述数据复位信号,在输入信息中包括锁定有效、失败的数据。自适应预测控制器7包括自适应预测控制器,为响应于由相邻的驱动器提供的锁定信号Lock In,将锁定信号Lock Out传输至定时控制器,在这个周期内进行数据分析,基于数据驱动控制理论,采用自适应控制,并结合预测控制在线优化、反馈校正的优点,由数据信号转至热量信号,并将对应的信号传至散热片8。散热片8是由数据控制热量产生的工具,是控制单元5最为关键的热量发射器,位于控制单元5的中央位置,通过自适应预测控制器7传输的数据产生定量的热量。复位电路9是配置为恢复热量图像数据、 控制数据和时钟信号中的一个或多个。逻辑电路10是配置为处理所恢复的数字热量数据。
综上所述,本发明所提供的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,在虚拟消防演练的训练系统,用于分析虚拟环境中的数据,根据外部环境的变化来驱动热风机、升降杆的位置和热风机产热大小及方向,为体验者提供一种身临其境的环境来用于虚拟消防演练。
所述的虚拟消防训练系统包括固定转轴、升降杆、热风机、控制单元、动力输出单元。控制单元,在用户使用虚拟消防训练系统的过程中,可以根据虚拟环境中的数据控制动力输出单元,用提取到的数据来驱动热风机散热强度和热风机及固定转轴的方向大小等,以此来将热感气流传至用于消防演练的环境中,主要用与虚拟消防演练的训练系统,用于提取并分析出虚拟消防过程中各种信息及对信息及时做出对应的热反馈。
上述参照实施例对该用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法进行的详细描述,是说明性的而不是限定性的,可按照所限定范围列举出若干个实施例,因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改,应属本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,其特征在于:包括固定转轴、升降杆、热风机、控制单元模块、动力输出单元模块;
所述的固定转轴主要能够多方位的、自动化的进行热量的发散,与虚拟环境中的对象进行交互,增强了虚拟环境的趣味性和真实感;
所述的升降杆用来调整热风机上下高度,根据控制单元采集的数据来自动化移动,通过虚拟环境场景和数据来确定热感装置的发热位置,即热风机在升降杆上的竖直位置;
所述的热风机,主要通过控制单元中数据对环境进行热量发射,通过数据大小自动调节输出热量的多少;
所述的控制单元主要包括数据驱动单元等三大单元,根据虚拟场景中的数据对热风机及动力输出单元进行驱动,即先对虚拟场景中的数据进行分析,并将数据分出了的两种数据,其中分别是热量大小数据、位置数据分别传给热风机和各个动力输出单元,将两部分结合以此来控制热量的大小和方向;
所述的动力输出单元模块,主要用于对热风机以及升降杆位置的控制,确保虚拟环境中热量的发散面积及位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法其特征在于控制单元模块、动力输出单元模块、同步处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,其特征在于,所述的升降杆是用来调整热风机上下高度,根据控制单元采集的数据来自动化移动,通过虚拟环境场景和数据来确定热感装置的发热位置,即热风机在升降杆上的竖直位置。
4.根据权利要求1所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,其特征在于,热风机包括多个能自动产热的热传感器,有多个传感器及单片机综合组成并嵌入在热风机内部,可以通过控制单元提取的数据来产生热量,并且热风机中包括自带的热风机挡板,可以有效的控制所产生热气的方向,更加增强的体验者的沉浸感。
5.根据权利要求1所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,其特征在于,所述的固定转轴装置为半椭圆形,中间有凹槽来方便升降杆的移动,能够多方位的、自动化的进行热量的发散,与虚拟环境中的对象进行交互,增强了虚拟环境的趣味性和真实感。
6.根据权利要求4所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,其特征在于,控制单元具有数据信息采集、数据分析以及驱动等基本的功能,其中关键部分由数据驱动单元、数据分析单元、数据传递单元三个基本单元组成,首先从虚拟场景中获取相关对应数据,对数据进行分类、数据转换和数据调整等,将处理好的数据传递给动力输出单元和热风机,通过传输来的数据,让驱动热感反馈装置进行一定程度的位置、角度和热量的调整,热风机直接把热、风感等感觉作用到真实场景中,热风机主要通过控制单元中数据对环境进行热量发射,通过数据大小自动调节输出热量的多少,其中动力输出单元主要对热风机以及升降杆位置的控制,确保虚拟环境中热量的发散面积及位置,以此通过数据的传递和交互来进行对真实环境的热量监控,其中传递的数据包括虚拟场景中的虚拟火焰、烟雾等产生的热量、和热量释放角度等基本数据。
7.根据权利要求5所述的一种用于虚拟消防演练的热感反馈装置及方法,其特征在于,动力输出单元有两个,分别放置热风机正下方和升降杆与固定转轴交点处,主要接受由控制单元传输的数据,确保通过动力输出单元能够使热风机和升降杆能在各个凹槽中自由移动,热风机能在升降杆的凹槽中自由移动,升降杆能在固定转轴上的凹槽自由移动,确保整个装置的能动准确性。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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