CN114582192A - 一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统及使用方法，包括模拟逃生装置、VR设备以及控制器，VR设备穿戴于用户身上使用户处于模拟的工作火灾事故的场景内，模拟逃生装置包括固定场地，固定场地的内部设有多个拼接箱，多个拼接箱的四周均设有电子门，根据用户在VR设备内选取的任一训练场景促使多个拼接箱在固定场地的内部移动以及电子门的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道，本发明通过用户从出入口进入到多个拼接箱拼接成的模拟逃生通道内，利用VR设备模拟工业火灾事故场景，通过红外发射器以及红外感应器检测用户的匍匐前进姿势，从而为用户提供学习火灾发生时处理经验的环境。

Description

一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统及使用方法

技术领域

本发明涉及工业事故技术领域，具体为一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统及使用方法。

背景技术

火灾，作为工业事故中组最常见的灾难情况，对人们的安全造成的伤害也是巨大的，而应对火灾的合理逃生方法和技巧，多数情况下只能靠宣传教育和理论学习获取，而单纯的宣传教育和理论学习，往往难以让人们产生在火灾现场的紧张感，无法得到在真实火灾发生时能有熟练运用的逃生能力，因此我们提出了一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统及使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，包括模拟逃生装置、VR设备以及控制器，所述控制器内预先构建有多个用于训练用户进行工业火灾事故的训练场景，用户选取训练场景后控制器将选取的训练场景画面传输至VR设备上，所述VR设备穿戴于用户身上使用户处于模拟的工作火灾事故的场景内，所述模拟逃生装置包括固定场地，所述固定场地的侧壁上设有供用户出入的出入口，所述固定场地的内部设有多个拼接箱，多个拼接箱的四周均设有电子门，根据用户在VR设备内选取的任一训练场景促使多个拼接箱在固定场地的内部移动以及电子门的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道。

优选的，所述VR设备包括头盔，所述头盔的两侧设有用于音量提示的耳麦，所述头盔的前侧设有用于显示虚拟现实画面的眼罩。

优选的，所述固定场地的下侧面均匀排列有多个驱动单元，多个驱动单元均包括基座，所述基座的内部开有多个安装槽，所述安装槽的内部呈垂直状态安装有第一升降板与第二升降板，所述第一升降板与第二升降板通过独自的油缸驱动升降，所述第一升降板与第二升降板上分别安装有第一电机与第二电机，所述第一电机的输出轴上连接有用于驱动拼接箱纵向移动的纵向滚轮，所述第二电机的输出轴上连接有用于驱动拼接箱横向移动的横向滚轮。

优选的，所述拼接箱的底部开有井格状的滚槽，所述滚槽的内壁上设有防滑纹路，所述纵向滚轮与横向滚轮交替滚动连接在滚槽的内部。

优选的，所述拼接箱或电子门的侧壁上并排设置有多个红外发射器，所述VR设备的侧壁上设有红外感应器，所述红外感应器与多个红外发射器相配合用以检测用户匍匐前进的标准度。

一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统的使用方法，包括以下逃生步骤：

第一步：用户选取训练场景后，用户穿戴VR设备从出入口进入拼接箱的内部；

第二步：用户触发开始训练指令，控制器将训练场景画面传输至VR设备内，用户置身于虚拟现实的火灾事故场景中，控制器将逃生信息进行采集，使用户的训练过程得到全面记录；

第三步：用户根据VR设备的虚拟火灾画面信息进行逃生，多个拼接箱的移动以及电子门的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道，实现在有限的固定场地空间内对逃生通道进行无限伸展加长；

第四步：用户沿着拼接箱拼成的逃生通道进行移动并最终从出入口出来后，完成逃生训练；

第五步：用户观看逃生模拟训练过程视频回放，找出逃生模拟过程中的不足之处进行分析，以加强用户在工业火灾事故中的逃生能力。

优选的，包括逃生时，选择逃生方向的步骤：

第一步：多个拼接箱拼接成分叉路口，用户在分叉路口中选择逃生方向，红外摄像机采集用户逃生方向并传输至控制器；

第二步：控制器通过训练场景着火位置判断用户的逃生方向信息是否正确，若不正确，向训练的用户发出选择错误提示，并且将错误信息进行存储，以便后期查阅；

第三步：用户接收错误提示调整逃跑方向，直至从模拟火灾事故中逃出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过用户从出入口进入到多个拼接箱拼接成的模拟逃生通道内，利用VR设备模拟工业火灾事故场景，通过红外发射器以及红外感应器检测用户的匍匐前进姿势，从而为用户提供学习火灾发生时处理经验的环境；

2、本发明通过多个拼接箱的拼接，以及控制器的内部存储多种训练场景，可组成多种不同的逃生路线，提高用户训练工业火灾事故的训练难度，保证用户不会遇到同样的训练环境，避免后来用户演习只是走形式的简单游戏的情况出现，且由于拼接箱在固定场地内移动拼接逃生通道，也起到节约场地的作用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图Ⅰ；

图2为本发明的整体结构示意图Ⅱ；

图3为本发明的整体结构示意图Ⅲ；

图4为本发明的拼接箱与电子门处的结构示意图；

图5为本发明的拼接箱、电子门与红外发射器处的结构示意图；

图6为本发明的固定场地与驱动单元处的结构示意图；

图7为本发明的基座、辊道与挡块处的结构示意图；

图8为本发明的拼接箱、辊道与驱动单元处的爆炸图；

图9为本发明的驱动单元处的爆炸图；

图10为本发明的基座、横向滚轮、纵向滚轮、辊道、挡块与电动推杆处的结构示意图；

图11为本发明的拼接箱、滚槽、球座与滚动球处的结构示意图；

图12为本发明的拼接箱拼接的逃生通道示意简图；

图13为本发明的拼接箱拼接的分叉路口示意简图；

图14为本发明的头盔、耳麦与眼罩处的结构示意图Ⅰ；

图15为本发明的头盔、耳麦与眼罩处的结构示意图Ⅱ。

图中：1、模拟逃生装置，101、固定场地，102、拼接箱，103、电子门，2、VR设备，201、头盔，202、耳麦，203、眼罩，3、红外发射器，4、红外感应器，5、驱动单元，501、基座，502、安装槽，503、第一升降板，504、第二升降板，505、油缸，506、第一电机，507、第二电机，508、纵向滚轮，509、横向滚轮，6、滚槽，7、球座，8、滚动球，9、辊道，10、挡块，11、电动推杆。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-15，本发明提供一种技术方案：一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，包括模拟逃生装置1、VR设备2以及控制器，所述控制器内预先构建有多个用于训练用户进行工业火灾事故的训练场景，用户选取训练场景后控制器将选取的训练场景画面传输至VR设备2上，所述VR设备2穿戴于用户身上使用户处于模拟的工作火灾事故的场景内，所述模拟逃生装置1包括固定场地101，所述固定场地101的侧壁上设有供用户出入的出入口，所述固定场地101的内部设有多个拼接箱102，多个拼接箱102的四周均设有电子门103，如图3所示，电子门103转动连接在拼接箱102的侧壁上，且两个相邻的拼接箱102对接后，电子门103打开，此时用户可在一个拼接箱102移动至另一个拼接箱102的内部，根据用户在VR设备2内选取的任一训练场景促使多个拼接箱102在固定场地101的内部移动以及电子门103的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道。

如图12、13所示，图中的a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3均表示拼接箱102，相同字母(例如a)表示同一个拼接箱102，数字表示同一拼接箱102的移动位置，且W表示用户所在位置，H表示火灾发生位置或靠近火灾发生位置。

为了使用户较好的置身于虚拟的工业火灾事故现场中，具体而言，所述VR设备2包括头盔201，所述头盔201的两侧设有用于音量提示的耳麦202，所述头盔201的前侧设有用于显示虚拟现实画面的眼罩203；

VR设备2戴在用户头部后，耳麦202处于用户的两耳上，使用户能够听到虚拟场景的声音(火灾爆炸声、建筑坍塌等虚拟声音)，且眼罩203罩在用户的眼部，从而使用户能够观看到虚拟场景画面(着火画面、建筑画面等虚拟画面)，使用户感觉处于工业火灾事故现场，另外，VR设备2的内部还设有无线传感设备以及电源设备，电源设备为无线传感设备、耳麦202以及眼罩203提供电能，无线传感设备与控制器无线连接，从而实现VR设备2与控制器的信号传输。

为了能够驱使拼接箱102在固定产地101内进行横向或纵向移动，具体而言，所述固定场地101的下侧面均匀排列有多个驱动单元5，多个驱动单元5均包括基座501，所述基座501的内部开有多个安装槽502，所述安装槽502的内部呈垂直状态安装有第一升降板503与第二升降板504，所述第一升降板503与第二升降板504通过独自的油缸505驱动升降，所述第一升降板503与第二升降板504上分别安装有第一电机506与第二电机507，所述第一电机506的输出轴上连接有用于驱动拼接箱102纵向移动的纵向滚轮508，所述第二电机507的输出轴上连接有用于驱动拼接箱102横向移动的横向滚轮509。

为了使拼接箱102稳定的在固定场地101的内部横向或纵向移动，具体而言，所述拼接箱102的底部开有井格状的滚槽6，所述滚槽6的内壁上设有防滑纹路，所述纵向滚轮508与横向滚轮509交替滚动连接在滚槽6的内部。

拼接箱102的底部固定连接有多个球座7，每个球座7的内部均转动连接有滚动球8，且驱动单元5的上方铺设有井格状的辊道9，且滚动球8在辊道9的内部滚动实现拼接箱102在固定场地101内部的移动，并且辊道9的交叉位置的下方设有挡块10，挡块10通过电动推杆11驱动向上滑动(电动推杆11固定在基座501的侧壁上)，当滚动球8滚动至辊道9的交叉位置时，电动推杆11启动，致使电动推杆11的输出轴推着挡块10向上滑动，致使挡块10的上端贯穿辊道9的侧壁并插接至辊道9的内部，且挡块10挡在滚动球8的四周，从而可实现将滚动球8限定在辊道9的交叉处，实现对拼接箱102位置的固定。

需要移动拼接箱102时，启动电动推杆11，致使电动推杆11驱动挡块10向下滑动，此时滚动球8可在辊道9的内部滑动，此时控制器计算拼接箱102的移动轨迹，并且控制移动轨迹上的驱动单元5内的油缸505，使第一升降板503或第二升降板504向上移动，致使纵向滚轮508或横向滚轮509向上滑动后贴合在滚槽6的侧壁上，这样再启动第一电机506或第二电机507，使纵向滚轮508或横向滚轮509滚动，这样拼接箱102既可沿着移动轨迹进行移动，位置移动完成后，控制器控制现在拼接箱下方的电动推杆11启动，致使电动推杆11的输出轴推着挡块10向上滑动，从而使挡块10挡在滚动球8的四周，实现对拼接箱102位置的固定，并且，控制器通过上述步骤，可同时驱动多个拼接箱102在固定场地101内同步移动(将多个拼接箱102同步移动至固定场地101的中心位置)，这样避免拼接位置处于固定场地101以外的区域，保证了拼接箱102能正常移动拼接。

在火灾事故中，为了校正用户匍匐前进的姿态，具体而言，所述拼接箱102或电子门103的侧壁上并排设置有多个红外发射器3，所述VR设备2的侧壁上设有红外感应器4，所述红外感应器4与多个红外发射器3相配合用以检测用户匍匐前进的标准度，如图5所示，多个红外发射器3发射出的红外线位于同一高度，此高度为虚拟工业火灾的烟雾漂浮高度，用户在进行火灾逃生训练时，头部不能高于该高度，避免在实际火灾中用户吸入烟尘，因此，用户在匍匐前进时，若用户的头部较高时，红外感应器4会感应到红外发射器3发出的红外线而进行报警，从而提示用户头部较高，这样起到警示作用，从而能够较好的校正用户匍匐前进的姿态。

一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统的使用方法，其特征在于：包括以下逃生步骤：

第一步：用户选取训练场景后，用户穿戴VR设备2从出入口进入拼接箱102的内部；

第二步：用户触发开始训练指令，控制器将训练场景画面传输至VR设备2内，用户置身于虚拟现实的火灾事故场景中，控制器将逃生信息进行采集每个拼接箱102的内部可设有红外摄像机，红外摄像机与控制器电连接，红外摄像机采集用户在拼接箱102内部的行动画面后，红外摄像机将采集的画面传输至控制器，控制器将接收的画面信息与训练场景画面信息整合后存储至数据库内，使用户的训练过程得到全面记录；

第三步：用户根据VR设备2的虚拟火灾画面信息进行逃生，多个拼接箱102的移动以及电子门103的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道，实现在有限的固定场地101空间内对逃生通道进行无限伸展加长；

第四步：用户沿着拼接箱102拼成的逃生通道进行移动并最终从出入口出来后，完成逃生训练；

第五步：用户观看逃生模拟训练过程视频回放，找出逃生模拟过程中的不足之处进行分析，以加强用户在工业火灾事故中的逃生能力。

用户观看模拟训练过程视频回放时，有专业的人员进行陪同，通过专业人员指出逃生模拟过程中的不足之处，并进行详细讲解，另外，控制器也可存储相同模拟场景的标准逃生训练视频，通过播放用户自身的逃生模拟训练视频与标准逃生训练视频，用户对比两者的逃生视频分析出自己的不足之处，从而提升火灾逃生技巧并强化逃生能力。

具体而言，包括逃生时，选择逃生方向的步骤：

第一步：多个拼接箱102拼接成分叉路口，用户在分叉路口中选择逃生方向，红外摄像机采集用户逃生方向并传输至控制器；

第二步：控制器通过训练场景着火位置判断用户的逃生方向信息是否正确，若不正确，向训练的用户发出选择错误提示，并且将错误信息进行存储，以便后期查阅；

第三步：用户接收错误提示调整逃跑方向，直至从模拟火灾事故中逃出。

例如，标号为a1、b1、c1与d1的四个拼接箱102拼成一个逃生通道的分叉路口，如图13所示，c1拼接箱102中的H处为火灾发生位置或靠近火灾发生位置，b1拼接箱102中的w为用户所处位置，此时，用户在逃生过程中，若用户从b1拼接箱102处朝着c1拼接箱102的方向逃生时，此时用户会朝着接近火灾发生位置移动，此时，控制器发出错误提示以便让用户进行纠正逃生路线(也可使c1拼接箱102上的电子门103除靠近b1拼接箱102的一侧全部关闭，迫使用户从c1拼接箱102返回b1拼接箱102以纠正逃生方向)，用户从b1拼接箱102朝着d1拼接箱102的方向逃生时，控制器默认用户逃生路线正确后，促使a1拼接箱102移动至与d1拼接箱102连接后后变为a2拼接箱102，以实现延伸逃生通道，供用户从模拟火灾事故中逃出。

工作原理：用户进行虚拟现实的工业火灾事故时，用户选取控制器内的训练场景(控制器自带的人机交互界面)，固定场地101内部的拼接箱102自动拼接成初始逃生路线(如图12所示的a1、b1、c1以及d1拼接箱102组成的初始逃生路线，a1拼接箱102与出入口连通)，用户穿戴VR设备2从出入口进入拼接箱102的内部，如图12所示，用户从出入口进入a1拼接箱102的内部时，用户触发开始训练指令(触发指令的开关可设置在VR设备上)，此时用户进行工业火灾事故模拟，用户从a1拼接箱102移动至b1后，a1拼接箱102通过驱动单元5的驱动移动至与d1拼接箱102连接后变成a2拼接箱102，用户从b1拼接箱102移动至c1后，b1拼接箱102通过驱动单元5的驱动移动至与a2拼接箱102连接变成b2拼接箱102，以此类推，实现驱动拼接箱102移动，从而可使用户沿着拼接箱102拼接的a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3路线逃生移动，以增加逃生路线的长度，实现在有限的固定场地101空间内对逃生通道进行无限伸展加长，并且拼接箱102的拼接，以及控制器的内部存储多种训练场景，可组成多种不同的逃生路线，提高用户训练工业火灾事故的训练难度，保证用户不会遇到同样的训练环境，避免后来用户演习只是走形式的简单游戏的情况出现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，包括模拟逃生装置(1)、VR设备(2)以及控制器，其特征在于：所述控制器内预先构建有多个用于训练用户进行工业火灾事故的训练场景，用户选取训练场景后控制器将选取的训练场景画面传输至VR设备(2)上，所述VR设备(2)穿戴于用户身上使用户处于模拟的工作火灾事故的场景内，所述模拟逃生装置(1)包括固定场地(101)，所述固定场地(101)的侧壁上设有供用户出入的出入口，所述固定场地(101)的内部设有多个拼接箱(102)，多个拼接箱(102)的四周均设有电子门(103)，根据用户在VR设备(2)内选取的任一训练场景促使多个拼接箱(102)在固定场地(101)的内部移动以及电子门(103)的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，其特征在于：所述VR设备(2)包括头盔(201)，所述头盔(201)的两侧设有用于音量提示的耳麦(202)，所述头盔(201)的前侧设有用于显示虚拟现实画面的眼罩(203)。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，其特征在于：所述固定场地(101)的下侧面均匀排列有多个驱动单元(5)，多个驱动单元(5)均包括基座(501)，所述基座(501)的内部开有多个安装槽(502)，所述安装槽(502)的内部呈垂直状态安装有第一升降板(503)与第二升降板(504)，所述第一升降板(503)与第二升降板(504)通过独自的油缸(505)驱动升降，所述第一升降板(503)与第二升降板(504)上分别安装有第一电机(506)与第二电机(507)，所述第一电机(506)的输出轴上连接有用于驱动拼接箱(102)纵向移动的纵向滚轮(508)，所述第二电机(507)的输出轴上连接有用于驱动拼接箱(102)横向移动的横向滚轮(509)。

4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，其特征在于：所述拼接箱(102)的底部开有井格状的滚槽(6)，所述滚槽(6)的内壁上设有防滑纹路，所述纵向滚轮(508)与横向滚轮(509)交替滚动连接在滚槽(6)的内部。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统，其特征在于：所述拼接箱(102)或电子门(103)的侧壁上并排设置有多个红外发射器(3)，所述VR设备(2)的侧壁上设有红外感应器(4)，所述红外感应器(4)与多个红外发射器(3)相配合用以检测用户匍匐前进的标准度。

6.一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统的使用方法，其特征在于：包括以下逃生步骤：

第一步：用户选取训练场景后，用户穿戴VR设备(2)从出入口进入拼接箱(102)的内部；

第二步：用户触发开始训练指令，控制器将训练场景画面传输至VR设备(2)内，用户置身于虚拟现实的火灾事故场景中，控制器将逃生信息进行采集，使用户的训练过程得到全面记录；

第三步：用户根据VR设备(2)的虚拟火灾画面信息进行逃生，多个拼接箱(102)的移动以及电子门(103)的开闭构建与选取的训练场景相匹配的逃生通道，实现在有限的固定场地(101)空间内对逃生通道进行无限伸展加长；

第四步：用户沿着拼接箱(102)拼成的逃生通道进行移动并最终从出入口出来后，完成逃生训练；

第五步：用户观看逃生模拟训练过程视频回放，找出逃生模拟过程中的不足之处进行分析，以加强用户在工业火灾事故中的逃生能力。

7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟现实的工业火灾事故模拟系统的使用方法，其特征在于：包括逃生时，选择逃生方向的步骤：

第一步：多个拼接箱(102)拼接成分叉路口，用户在分叉路口中选择逃生方向，红外摄像机采集用户逃生方向并传输至控制器；

第二步：控制器通过训练场景着火位置判断用户的逃生方向信息是否正确，若不正确，向训练的用户发出选择错误提示，并且将错误信息进行存储，以便后期查阅；

第三步：用户接收错误提示调整逃跑方向，直至从模拟火灾事故中逃出。

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