CN114023138A - 一种应急演练仿真系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种应急演练仿真系统，包括：服务端及与所述服务端联动的混合现实终端；所述服务端包括应急演练知识库单元、应急演练考评单元以及应急实时通信服务单元；所述混合现实终端包括应急演练场景生成单元、应急演练实操引导单元、应急演练实操记录单元、应急行为评判单元以及多人协同演练单元；所述应急演练知识库单元与所述演练场景生成单元电连接，所述应急演练考评单元与所述应急演练实操记录单元电连接，所述应急实时通信服务单元与所述多人协同演练单元电连接。本发明中的应急演练仿真系统构建了体系化的虚实融合的应急演练仿真应用平台，并且通过该仿真应用平台能够对受训人员进行评分考核，提高应急人员的应急处理能力。

Description

一种应急演练仿真系统

技术领域

本申请涉及仿真培训技术领域，具体而言，涉及一种应急演练仿真系统。

背景技术

电力突发事件，是指突然发生，造成或者可能造成人员伤亡、电力设备损坏、电网大面积停电、环境破坏等危及电力企业、社会公共安全稳定，需要采取应急处置措施予以应对的紧急事件。

为了防止突发事件，针对突发事件风险和应急保障工作要求，由相关应急人员在预设条件下，按照应急预案规定的职责和程序，对应急预案的启动、预测与预警、应急响应和应急保障等内容进行应对训练，通过对电力突发事件应急演练的形式，将造成的风险降到最低，这就需要加强日常应急处置培训。

然而，传统应急处置培训均为脱离真实生产现场的虚拟培训，无法掌握真实环境下基于实操行为的应急处置技能。

发明内容

本申请的目的是提供一种应急演练仿真系统，能够基于混合现实技术，结合真实的生产现场环境，构建体系化的虚实融合的应急演练仿真应用平台，并且通过该仿真应用平台能够对受训人员进行评分考核，提高应急人员的应急处理能力。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应急演练仿真系统，包括：服务端及与所述服务端联动的混合现实终端；

所述服务端包括应急演练知识库单元、应急演练考评单元以及应急实时通信服务单元；

所述混合现实终端包括应急演练场景生成单元、应急演练实操引导单元、应急演练实操记录单元、应急行为评判单元以及多人协同演练单元；

所述应急演练知识库单元与所述演练场景生成单元电连接，所述应急演练考评单元与所述应急演练实操记录单元电连接，所述应急实时通信服务单元与所述多人协同演练单元电连接。

在可选的实施方式中，所述应急演练知识库单元用于存储、管理、浏览应急演练三维要素内容，并且向所述混合现实终端提供内容服务；

所述应急演练考评单元用于设置应急考核指标、正确的应急行为、错误应急行为以及分值；

所述应急实时通信服务单元用于监听、接收、控制、发送多个所述混合现实终端之间的实时通信消息，使多个所述混合现实终端状态同步。

在可选的实施方式中，所述应急演练场景生成单元用于生产现场与虚实环境的融合，实现虚实融合的应急演练场景；

所述应急演练实操引导单元用于在虚实融合的应急演练场景中，给予及时的虚拟引导；

所述应急演练实操记录单元用于实时记录所述混合现实终端的所有操作行为；

所述应急行为评判单元根据实时记录的操作行为，与所述应急演练考评单元中的正确或者错误的应急行为进行关联匹配，计算分值；

所述多人协同演练单元在所述应急实时通信服务单元的同一协调下，与其他所述混合现实终端进行互动，形成多人协同演练。

在可选的实施方式中，所述应急演练知识库单元能够导入三维数据知识内容以及边坡垮塌知识内容。

在可选的实施方式中，所述应急演练考评单元中包括考评指标项、每个所述考评指标项对应的实操行为、正确选项的实操行为、错误选项的实操行为以及每个实操行为的分值设定；

所述应急演练考评单元与所述应急演练实操记录单元及所述应急行为评判单元相配合，进行真实发生的行为对比，生成最终的考核成绩。

在可选的实施方式中，所述应急实时通信服务单元采用UDP作为基础传输协议。

在可选的实施方式中，所述应急演练场景生成单元能够实时感知、勘测、识别、构建真实的生产环境的空间模型，调用所述应急演练知识库单元中的基础环境模型，通过即时虚实融合渲染服务，将虚拟环境内容与真实生产环境空间模型进行结合，通过底层即时成像服务，生成当前应急演练基础环境场景。

在可选的实施方式中，所述应急演练实操引导单元与所述应急演练场景生成单元电连接，所述应急演练实操引导单元能够与所述应急演练知识库单元中的实操引导内容结合，根据传感器感知到的场景变化，识别、关联、匹配、呈现不同的虚拟引导内容。

在可选的实施方式中，所述应急演练实操记录单元能够实时采集、记录受训人员的实操行为动作、行为过程以及行为结果，最终以视频流的方式存储到所述应急演练知识库单元中的实操行为单。

在可选的实施方式中，所述应急行为评判单元与所述应急演练实操记录单元电连接，能够根据即时识别的实操行为与所述应急演练考评单元中设定的考评指标及正确行为标准进行匹配，且根据匹配情况关联所述应急演练考评单元中设定的相应分值进行打分，最终给出受训人员的考核分数。

本发明中的应急演练仿真系统，通过基于混合现实技术，结合真实的生产现场环境，构建体系化的虚实融合的应急演练仿真应用平台，该平台不仅创建虚实融合的应急演练环境，而且能够实时引导受训人员的应急处置过程，记录、识别应急操作行为，根据考评标准及时评判实操行为，同时联合所有受训人员开展协同演练工作。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的应急演练仿真系统的组织架构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1，本发明提供的应急演练仿真系统，包括：服务端及与所述服务端联动的混合现实终端；

所述服务端包括应急演练知识库单元、应急演练考评单元以及应急实时通信服务单元；

所述混合现实终端包括应急演练场景生成单元、应急演练实操引导单元、应急演练实操记录单元、应急行为评判单元以及多人协同演练单元；

所述应急演练知识库单元与所述演练场景生成单元电连接，所述应急演练考评单元与所述应急演练实操记录单元电连接，所述应急实时通信服务单元与所述多人协同演练单元电连接。

本发明中的应急演练仿真系统主要用于电力突发事件中的虚拟仿真模拟培训，通过服务端和与服务端联动的混合现实终端，结合服务端与虚实融合的混合现实终端相连，能够整合真实的生产现场、虚拟应急演练内容、应急演练人员，实现空间、场景、人、实操行为及考评等深度融合，可以提升应急实操处置能力，极大保障人员和设备的安全。

通过虚拟现实相融合的形式，能够使操作人员投入到贴近于现实的仿真环境中，在最大程度上掌握真实环境下基于实操行为的应急处置技能。

本发明中的应急演练仿真系统具体为一种基于混合现实的电力应急演练仿真应用系统，包括服务端和与服务端联动的混合现实终端，服务端与虚实融合的混合现实终端相连。

所述服务端包括：应急演练知识库单元，用于存储、管理、浏览应急演练三维要素内容，并且向虚实融合的混合现实终端提供内容服务；应急实时通信服务单元，用于监听、接收、控制、发送多个混合现实终端之间的实时通信消息，使多个混合现实终端状态始终同步；应急演练考评单元，用于设置应急考核指标、正确的应急行为、错误应急行为、以及分值。

虚实融合的混合现实终端包括：虚实融合的应急演练场景生成单元，用于生产现场与虚实环境深度融合，实现虚实融合的应急演练场景；应急演练实操引导单元，用于在虚实融合应急演练场景中，给予及时的虚拟引导；应急演练实操记录单元，用于实时记录虚实融合混合现实终端的所有操作行为，便于行为考评；应急行为评判单元，根据实时记录的应急行为操作，与服务端应急演练考评单元中正确或者错误的应急行为进行关联匹配，智能计算分值；多人协同演练单元，在服务端应急实时通信服务单元服务统一管控下，与其他混合现实终端进行及时互动，形成多人协同演练。

以下分别结合服务端以及混合现实终端中各个不同组成的功能进行展开说明：

服务端包括的应急演练知识库单元，是整个系统的内容支撑服务平台，主要提供应急演练知识要素内容的统一存储，管理，内容发布服务。知识库单元所管理的所有内容均是通过专业生产、处理、优化后的内容，适配于PC、混合现实终端设备载体使用的特殊格式。

本实施例中的应急演练知识库单元支持按应急预案灾害分级标准，结构化分级要素，进行情景构建仿真要素知识库建设。支持FBX、Unity3DBundle三维数据知识内容导入；边坡垮塌知识内容，可以与其他软件模块进行交换，并完成底层数据框架支持，保证相关知识数据可接入虚实融合的混合现实终端其他单元应用。

同时，应急演练知识库单元支持分类管理、设置标签、快速查看、设置缩略图，支持在线播放、浏览素材，尤其是三维模型文件、场景模型文件，并且查看三维模型文件的基础属性，不同视图之间的浏览；支持点、线、面箭头标绘；标志库支持标准分类，支持标志模型导入。

应急演练知识库单元支持按三维模型、视音频、文档、图片、其他工程包等知识内容进行统一文件化管理，也可以根据业务类别管理，场地类、NPC类、人物类、车辆类、建筑类、工具类等。

基于实操行为的应急演练仿真系统中，目前缺少智能化考核的技术手段和方法体系。本发明应急演练考评单元提出在混合现实实操体系下的智能考核方式，即在服务端应急演练考评单元中设定考评指标项，每个指标项对应的实操行为，正确选项的实操行为，错误选项的实操行为，以及每个实操行为的分值设定。

配合混合现实终端中应急演练实操记录单元的实操行为库、应急行为评判单元中的对实操行为评判进行真实发生的行为比对，生成最终的考核成绩。

服务端应急演练考评单元包括考核控件库，例如虚实融合空间控件、文本提问器控件、场景选择器控件，以及正确行为集合器、错误行为集合器、行为记录单等，分别适用于虚实融合场景下多项考核需求。

本发明中的应急演练仿真系统为MR应急演练仿真系统，采用了局域网+无线网相结合的网络架构，保证所有的设备和服务器系统、业务系统都在一个局域网里，再利用多媒体和相关网络技术进行实时处理，能够实现点到点的视频和语音通信功能。不在网络内的通信，通过TCP协议，再结合H.264编解码技术处理，也达到低延时的通信效果。

应急实时通信服务单元采用UDP作为基础传输协议，集本地媒体音视频信号采集、音视频编解码、信号处理、实时传输控制、拥塞控制、播放渲染为一体，对客户端的接入、离开、发送数据、请求数据的控制和响应，满足语音、视频电话、网络电话的应用场景。应急实时通信服务单元保障低延时、高接通率。

通过应急实时通信服务单元，能够提供20个混合现实终端设备的接入、应急演练实操行为的监听和内容的同步，高性能支撑多人协同演练的场景需求。

在混合现实终端中，应急演练场景生成单元运用混合现实应急演练仿真系统的实时空间定位技术，构建出的空间模型能与实际空间中的设备、墙面、地面等真实物件进行虚实结合体验。应急演练场景生成单元包括光学传感器，通过光学传感器提供融合三维全息图在用户所在的真实环境，将计算机生成的虚拟物体和信息叠加到真实的物理环境中，同时与用户所在的真实环境之间的无缝结合，并且不借助任何外部互动设备就能进行有效的互动，以第一视角进行沉浸式增强受训人员的培训体验。

在应急演练场景中，通过应急演练场景生成单元能够实时感知、勘测、识别、构建真实的生产环境的空间模型，调用应急演练知识库单元中所包括的基础环境模型，通过即时虚实融合渲染服务，将虚拟环境内容与真实生产环境空间模型进行结合，通过底层即时成像服务，生成当前应急演练基础环境场景。

本实施例中的混合现实终端为MR头盔，MR头盔包括空间映射和网格划分功能模块、环境传感器、本地锚定和持久化功能模块、姿态追踪传感器、平面检测、图像识别和追踪、物体识别以及追踪、遮挡、场景理解等功能模块。

应急演练实操引导单元运用混合现实终端上的空间映射和网格划分功能模块，通过环境传感器，实时扫描和构建真实的三维空间；通过本地锚定和持久化功能模块，将虚拟场景与真实空间进行深度融合，形成基础的应急实操演练场景。通过姿态追踪传感器，结合平面检测、图像识别和追踪、物体识别和追踪、遮挡、场景理解等功能模块，实时感知应急演练环境的变化，根据实时演练环境变化，获取不同的虚拟场景内容，构建不同的应急演练场景，为受训人员呈现不同的应急演练引导内容。应急演练实操引导单元与应急演练场景生成单元电连接，通过应急演练实操引导单元，结合应急演练知识库单元的实操引导内容，流程化地设定不同应急演练场景，MR头盔还具有图像识别和物体识别功能模块，结合图像识别和物体识别功能模块，智能识别、关联、匹配、呈现不同的应急考核内容。

本实施例中的应急演练实操引导单元具体为MR演练实操引导单元，通过传感器数据驱动事故报警，当检测到事故时，通过全息的方式进行提示，如告警音、事故部件闪烁提醒。通过混合现实终端设备，通过报警音效、可视化定位报警，确定事故源，通过MR系统全息指引方式，在空间中展示报警位置，并规划好路径，确保演练人员能尽快到达事故源。

通过MR全息方式对事故处理过程进行全程诱导操作，将标准化的操作流程全息化展现，通过空间定位感知和虚实结合，精确指引演练人员对出事故部位进行故障定位，并通过标准化的电子手册全息进行诱导操作，每一步操作都有相应的动画指引，并配有相应的语音提示，演练人员只需要按照全息动画指引一步步操作即可完成故障的处理，即使是新手也很容易上手操作，极大提高了培训效率。当演练过程中有错误操作时，系统会给出相应的判断，通过报警音效、画面频闪等方式进行警示，实时警示。

对于应急事故，确定事故原因以后，采取标准化的处置动作流程，通过全息化方式立体展现诱导演练人员进行事故处置，演练人员只需跟着系统指引，点击下一步操作即可完成事故处置的整个过程。

根据知识库中事件级别仿真要素，组合事件情景构建仿真，响应相关级别的应急响应处置方案。包括导入前期仿真处置，响应行动仿真(按级别区分仿真行动方案)，响应调整(根据动态事件要素变化，即时调整响应方案)，响应结束。

在进行考评的仿真训练中，应急行为评判单元与应急演练实操记录单元电连接，运用手势识别、姿态跟踪传感器，识别手势、头部、眼动等变化，根据与被考核内容互动，自动记录被考核者的实操行为。通过应急演练实操记录单元及应急行为评判单元与应急演练考评单元之间的配合，完成对受训人员实操行为的记录，对比以及评分。

具体地，应急演练实操记录单元实时采集、记录受训人员的实操行为动作、行为过程以及行为结果，最终以视频流的方式存储到服务端应急演练知识库单元中的实操行为单。通过图像识别技术，与考核指标正确行为比对，进行实时的考核评判。

应急行为评判单元通过人机行为识别服务，根据即时识别的实操行为与服务端应急演练考评单元中设定的考评指标、正确行为标准进行匹配，且根据匹配情况，关联服务端考评单元中设定的相应分值进行打分，智能给出受训人员的考核分数。

多人协同演练单元是在服务端应急实时通信服务单元的支撑服务下，作为客户端进行使用。受训人员佩戴不同的MR混合现实终端设备，通过人机交互动作感知、识别进行行为转换，通过服务端应急实时通信服务单元接收相应的命令，调用且处理相关联的虚拟内容，且将动作消息、处理结果内容再次发送到其他混合现实终端设备中进行应用。通过多人协同演练单元，实现多人实时协同的目标。

通过改善传统的脱离真实生产现场的虚拟应急处置培训的场景，本发明中的虚实融合的应急演练仿真系统能够使受训人员以更加真实的体验进入到应急演练培训中，有助于掌握真实环境下基于实操行为的应急处置技能，提高整体应急队伍的处理能力。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应急演练仿真系统，其特征在于，包括：服务端及与所述服务端联动的混合现实终端；

所述服务端包括应急演练知识库单元、应急演练考评单元以及应急实时通信服务单元；

所述混合现实终端包括应急演练场景生成单元、应急演练实操引导单元、应急演练实操记录单元、应急行为评判单元以及多人协同演练单元；

所述应急演练知识库单元与所述演练场景生成单元电连接，所述应急演练考评单元与所述应急演练实操记录单元电连接，所述应急实时通信服务单元与所述多人协同演练单元电连接。

2.根据权利要求1所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练知识库单元用于存储、管理、浏览应急演练三维要素内容，并且向所述混合现实终端提供内容服务；

所述应急演练考评单元用于设置应急考核指标、正确的应急行为、错误应急行为以及分值；

所述应急实时通信服务单元用于监听、接收、控制、发送多个所述混合现实终端之间的实时通信消息，使多个所述混合现实终端状态同步。

3.根据权利要求1所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练场景生成单元用于生产现场与虚实环境的融合，实现虚实融合的应急演练场景；

所述应急演练实操引导单元用于在虚实融合的应急演练场景中，给予及时的虚拟引导；

所述应急演练实操记录单元用于实时记录所述混合现实终端的所有操作行为；

所述应急行为评判单元根据实时记录的操作行为，与所述应急演练考评单元中的正确或者错误的应急行为进行关联匹配，计算分值；

所述多人协同演练单元在所述应急实时通信服务单元的同一协调下，与其他所述混合现实终端进行互动，形成多人协同演练。

4.根据权利要求2所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练知识库单元能够导入三维数据知识内容以及边坡垮塌知识内容。

5.根据权利要求2所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练考评单元中包括考评指标项、每个所述考评指标项对应的实操行为、正确选项的实操行为、错误选项的实操行为以及每个实操行为的分值设定；

所述应急演练考评单元与所述应急演练实操记录单元及所述应急行为评判单元相配合，进行真实发生的行为对比，生成最终的考核成绩。

6.根据权利要求2所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急实时通信服务单元采用UDP作为基础传输协议。

7.根据权利要求3所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练场景生成单元能够实时感知、勘测、识别、构建真实的生产环境的空间模型，调用所述应急演练知识库单元中的基础环境模型，通过即时虚实融合渲染服务，将虚拟环境内容与真实生产环境空间模型进行结合，通过底层即时成像服务，生成当前应急演练基础环境场景。

8.根据权利要求7所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练实操引导单元与所述应急演练场景生成单元电连接，所述应急演练实操引导单元能够与所述应急演练知识库单元中的实操引导内容结合，根据传感器感知到的场景变化，识别、关联、匹配、呈现不同的虚拟引导内容。

9.根据权利要求3所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急演练实操记录单元能够实时采集、记录受训人员的实操行为动作、行为过程以及行为结果，最终以视频流的方式存储到所述应急演练知识库单元中的实操行为单。

10.根据权利要求9所述的应急演练仿真系统，其特征在于，所述应急行为评判单元与所述应急演练实操记录单元电连接，能够根据即时识别的实操行为与所述应急演练考评单元中设定的考评指标及正确行为标准进行匹配，且根据匹配情况关联所述应急演练考评单元中设定的相应分值进行打分，最终给出受训人员的考核分数。

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