CN116229779A - 一种基于vr的核电厂防人因失误训练系统、平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电防人因失误领域，具体涉及一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统、平台及方法。包括硬件层、数据层和应用层；所述的硬件层将形成标准化数据输出到数据层，所述的数据层将生成的指标数据输出到应用层。本发明的有益效果在于：本发明的各模块功能及界面符合核电厂培训学员的使用习惯，保证学员通过简单的操作培训便能较好的使用该平台大厅，可实现场景体验、防人因失误训练、安全风险教学、任务实操测评等全方位学员培训。VR防人因失误场景能较好的融入到各模块中，学员在培训过程中有较好的感观体验，保证培训高效性。
Description
技术领域
本发明属于核电防人因失误领域，具体涉及一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统、平台及方法。
背景技术
为提高核电厂运营安全，中国核电将“减非停、零伤亡”作为安全管理目标。但是近年来，重大工业安全事件仍时有发生。目前针对高风险作业中防人因失误相关培训主要还是通过讲课、PPT、看动画视频，知识传递效率很差，收效甚微，甚至流于形式，这给现场作业留下了严重的安全隐患。受限于核电人因实验室场地限制及部分操作的复杂程度等因素，现有的人因培训体系还无法高度还原部分核电现场任务场景及相应的人因失误陷阱。
而针对高风险作业的管控主要通过防御型人因管理来实现的，其重点就是聚焦在任务执行前，因此，有必要在执行任务前，进一步针对工作人员强化防人因失误培训，通过开展任务情景分析及推演或预演，进行基于现场实际情景的防人因失误培训，若将VR技术应用于核电厂具体的任务情境中来进行防人因失误培训，则可让学员们身临其境，提高教学效率，更熟练的掌握高风险作业中防人因失误工具的应用及相关操作技能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统及方法，通过结合大量人因和安全事件分析，开发具有针对性和实用性的人因失误陷阱库和安全风险库，能够针对防人因失误技能不足，风险识别不到位的人员配置个性化的课程进行培训，以强化其防人因失误和安全技能水平，提升其心理素质，从而减少人因失误。
本发明的技术方案如下：一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统，包括硬件层、数据层和应用层；所述的硬件层将形成标准化数据输出到数据层，所述的数据层将生成的指标数据输出到应用层。
所述的硬件层包括涵盖配套硬件及VR设备，包括可穿戴虚拟现实头盔、头盔内嵌的VR眼动仪、VR皮电传感器、VR培训台架、后台服务器、显示设备以及和外界资源平台交互的数据接口，相应的VR设备采集到行为数据、位置数据、人脸数据、心率数据、眼动数据形成标准化数据输出到数据层。
所述的数据层通过对硬件层采集到的人员行为和生理数据进行存储、汇聚、解析等异构融合处理，建立相应的数据评价模型，将其转换为可直观反映人员技能水平、情绪波动等关键指标的数据，并将指标数据输出到应用层。
所述的应用层包括前端平台大厅及后端管理系统，前端平台大厅包含用户登录、VR场景教学、考核、智能助手以及操作回放等功能模块；后端管理系统包含了单位管理、资源配置、课程管理、人员信息管理、班级管理等功能模块，将在开展防人因失误训练过程的相关指标数据和管理数据在应用层的前端和后台进行展示。
一种基于VR的核电厂防人因失误训练平台，包括VR课程资源库、后台管理系统以及VR操作平台。
所述的前端VR课程资源库结合已发生的重大人因/安全事件和高风险作业场景为基础，选取可能导致人员伤亡或人因失误的操作任务场景，分析其中的安全风险点和人因失误陷阱点，并通过现场数据采集和建模形成VR课程资源库，VR课程资源库中VR场景现实方式由后台进行控制，在VR虚拟场景训练过程中产的数据输入到后台管理系统进行数据分析和评价，通过后台反馈数据再进行评价、验证和优化。
所述的后台管理系统对前端进行功能管控，包括VR展示方式、人员生理信息、操作响应，通过建立学员能力评价模型，实现对前端VR场景课程中安全风险点和人因失误陷阱的配置，后台通过分析和评价后的数据可实时反馈到前端展示。
所述的VR操作平台为整个防人因失误训练的硬件载体，通过各种硬件的集成形成行为数据、位置数据、人脸数据、心率数据、眼动数据等数据的实时采集，并通过后台的分析和计算实时反馈的操作端，操作平台中的所有操作反馈会实时反馈到后台管理系统进行计算响应，并最终在前端进行最终结果展示。
一种基于VR的核电厂防人因失误训练方法，包括如下步骤：
步骤1：通过搭建空间环境、核电现场高风险作业场景构建VR情景，贴近核电现场真实环境，在场景中配置对应风险点以及人因失误陷阱形成各课程资源，导入已经开发好的各类高风险场景的资源库到后台管理系统中，库中全面涵盖了实操任务场景、现场可能存在风险点及相关知识、操作过程中可能诱发人员失误的的人因失误陷阱；
步骤2：将课程资源库导入到后台管理系统中形成个性化课程数据；
步骤3：个性化课程数据配置完成后，同步到VR操作平台上，选择相应的课程进行体验培训后，以不同角色与场景中的人、物进行交互，通过厂房小地图或UI界面提示快速切换到各操作区域间进行操作；
步骤4：通过VR眼动仪，对VR场景中的注视、眨眼及眼跳等眼动状态进行分析，查看被试的注视点、注视射线、注视轨迹以及兴趣物体的眼动热点图等数据，以可视化形式呈现出来；
步骤5：皮电反应分析模块通过对心理活动引起的汗腺变化进行测量，分析与之相关的心理状态，作为认知努力程度的指标；
步骤6：皮电设备及眼动仪采集出来的数据同步传输到后台管理系统，对其进行分析处理，根据需求选取特定的人因相关数据片段，过滤、提取数据结果，经过相应评估模型分析后，结合实操考核的成绩反映实操技能的熟练程度。
所述的步骤5中的皮电反应分析模块针对安全训练过程中个体的情绪唤醒程度进行定量化分析，包括SC皮肤电导数据分析、SCL(Tonic)时相相关皮电信号分析、SCR事件相关皮电信号分析。
本发明的有益效果在于：本发明的各模块功能及界面符合核电厂培训学员的使用习惯，保证学员通过简单的操作培训便能较好的使用该平台大厅，可实现场景体验、防人因失误训练、安全风险教学、任务实操测评等全方位学员培训。VR防人因失误场景能较好的融入到各模块中，学员在培训过程中有较好的感观体验，保证培训高效性。具备以下几大优点：
1)防人因失误训练功能：通过分析大量人因事件，形成了较完整的人因失误陷阱库和安全风险库，VR场景贴合与现场工作实践，能够最大限度提高学员防人因失误意识和安全素养。
2)考核功能：教员在管理平台中针对学员设置相应的个性化课程内容，课程的人因失误陷阱点和安全风险点可以随机生成。学员在完成学习后，需在平台大厅完成相应的理论知识点考核，根据任务要求扮演不同的岗位角色或与其它学员在同一场景进行互动完成实操任务，考核完成后系统给出涵盖意识、行为、心理数据等全方位评价分数和评价报告，教员在后台及时查看学员成绩和能力，从而了解学员对本期课程内容掌握情况等。
3)比赛功能：利用云平台技术，通过VR技术模拟复杂环境并设置相应的比赛实操场景，参加比赛的人员在同一时间内完成同一任务的操作，系统给出成绩并进行排名，此功能可用于电厂防人因失误之类的技能比武，促进人员相应技能水平的提升。
4)综合评价功能：结合学员理论、实操、心理指标的考核结果，系统会按照设定好的权重系数和评价模型，综合计算出学员的整体水平，并给出相应的各子项得分及完成情况，形成评价报告。
基于VR的防人因失误培训装置对场地要求不高，能够解决实体人因实验室因工作任务场景不足，人因失误陷阱单一、挑战不大等存在问题，实现人因安全教学的多样性和灵活性，并与实体人因实验室相互补充，提高防人因失误培训全面性，提高防人因失误培训效率。
附图说明
图1为本发明所提供的一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统架构图；
图2为本发明实施中的防人因综合训练平台培训流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统及方法利用虚拟现实技术，开展人因安全可视化培训、体验式培训(体验触电、火灾、高坠、机械伤害等情景)，对重要任务在开工前进行推演和演练。
一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统，包括硬件层、数据层和应用层。
硬件层：涵盖配套硬件及VR设备，包括可穿戴虚拟现实头盔、头盔内嵌的VR眼动仪、VR皮电传感器、VR培训台架、后台服务器、显示设备以及和外界资源平台交互的数据接口，相应的VR设备采集到行为数据、位置数据、人脸数据、心率数据、眼动数据等形成标准化数据输出到数据层。
数据层：通过对硬件层采集到的人员行为和生理数据进行存储、汇聚、解析等异构融合处理，建立相应的数据评价模型，将其转换为可直观反映人员技能水平、情绪波动等关键指标的数据，并将指标数据输出到应用层。
应用层：主要包括前端平台大厅及后端管理系统，平台大厅包含用户登录、VR场景教学、考核、智能助手以及操作回放等功能模块，供教员使用；后台管理系统则主要供教员使用，包含了单位管理、资源配置、课程管理、人员信息管理、班级管理等功能模块。结合数据层的数据分析，将学员在开展防人因失误训练过程的相关指标数据和管理数据在应用层的前端和后台进行展示，实现实时监测、反馈和评价的目的。
培训实施过程中，VR平台大厅主要用于学员培训，培训完后产生的考核数据的指标会同步到后台管理系统之中；后台管理系统主要由教员使用，依据资源库中的内容，基于人因事件分析形成人因失误陷阱及安全风险库配置，针对培训人员个性化的设置相应的课程，并形成学员的综合评价报告，从而保证教员对学员能力水平和素质水平最大限度的掌控。
如图2所示，一种基于VR的核电厂防人因失误训练平台包括VR课程资源库、后台管理系统以及VR操作平台三部分。
前端VR课程资源库。主要结合已发生的重大人因/安全事件和高风险作业场景为基础，选取可能导致人员伤亡或人因失误的操作任务场景，分析其中的安全风险点和人因失误陷阱点，并通过现场数据采集和建模形成VR课程资源库。VR课程资源库中VR场景现实方式由后台进行控制，学员在VR虚拟场景训练过程中产的数据输入到后台管理系统进行数据分析和评价，通过后台反馈数据再进行评价、验证和优化。
后台管理系统。主要对前端进行功能管控，包括VR展示方式、人员生理信息、操作响应等。同时，通过建立学员能力评价模型，实现对前端VR场景课程中安全风险点和人因失误陷阱的配置。后台通过分析和评价后的数据可实时反馈到前端展示。
VR操作平台。VR操作平台主要是整个防人因失误训练的硬件载体，通过各种硬件的集成形成行为数据、位置数据、人脸数据、心率数据、眼动数据等数据的实时采集，并通过后台的分析和计算实时反馈的操作端。同时，操作平台中的所有操作反馈会实时反馈到后台管理系统进行计算响应，并最终在前端进行最终结果展示。
一种基于VR的核电厂防人因失误训练方法，包括
步骤1：通过搭建空间环境、核电现场高风险作业场景构建逼真的VR情景，贴近核电现场真实环境。在场景中配置对应风险点以及人因失误陷阱形成各课程资源，导入已经开发好的各类高风险场景的资源库到后台管理系统中，库中全面涵盖了实操任务场景、现场可能存在风险点及相关知识、操作过程中可能诱发人员失误的的人因失误陷阱。
步骤2：在课程资源库导入到后台管理系统中后，教员在编制课程时可有针对性的从人因失误陷阱库和安全风险库进行配置，形成个性化的课程。构建的高风险作业场景和所设置的人因失误陷阱能够给学员提供行动目标、行动反馈和行为评价。
步骤3：个性化课程数据配置完成后，会同步到VR操作平台上，在选择相应的课程进行体验培训后，通过VR技术以不同角色与场景中的人、物进行交互，通过厂房小地图或UI界面提示快速切换到各操作区域间进行操作。
步骤4：操作过程中，通过VR眼动仪，可对VR场景中的注视、眨眼及眼跳等眼动状态进行分析，查看被试的注视点、注视射线、注视轨迹以及兴趣物体的眼动热点图等数据，以可视化形式呈现出来。
步骤5：皮电反应分析模块通过对心理活动引起的汗腺变化进行测量，分析与之相关的心理状态，作为认知努力程度的指标。皮电反应分析模块可针对安全训练过程中个体的情绪唤醒程度进行定量化分析，包括SC皮肤电导数据分析、SCL(Tonic)时相相关皮电信号分析、SCR事件相关皮电信号分析。
步骤6：皮电设备及眼动仪采集出来的数据同步传输到后台管理系统，对其进行分析处理，根据需求选取特定的人因相关数据片段，过滤、提取有意义的数据结果，这些数据经过相应评估模型分析后，结合实操考核的成绩，在一定程度上可以反映实操技能的熟练程度，并通过多次培训验证课程设置的合理性。
本发明提出了一套完整的核电厂VR人因作业安全训练平台，包括硬件台架和后台管理系统，并结合核电厂运维人员实操作业场景课程资源，模拟核电现场作业的虚拟交互场景，从而实现“平台+资源”型的虚实结合全新防人因失误训练模式和方法。
Claims (10)
1.一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统，其特征在于：包括硬件层、数据层和应用层；所述的硬件层将形成标准化数据输出到数据层，所述的数据层将生成的指标数据输出到应用层。
2.如权利要求1所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统，其特征在于：所述的硬件层包括涵盖配套硬件及VR设备，包括可穿戴虚拟现实头盔、头盔内嵌的VR眼动仪、VR皮电传感器、VR培训台架、后台服务器、显示设备以及和外界资源平台交互的数据接口，相应的VR设备采集到行为数据、位置数据、人脸数据、心率数据、眼动数据形成标准化数据输出到数据层。
3.如权利要求1所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统，其特征在于：所述的数据层通过对硬件层采集到的人员行为和生理数据进行存储、汇聚、解析等异构融合处理，建立相应的数据评价模型，将其转换为可直观反映人员技能水平、情绪波动等关键指标的数据，并将指标数据输出到应用层。
4.如权利要求1所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练系统，其特征在于：所述的应用层包括前端平台大厅及后端管理系统，前端平台大厅包含用户登录、VR场景教学、考核、智能助手以及操作回放等功能模块；后端管理系统包含了单位管理、资源配置、课程管理、人员信息管理、班级管理等功能模块，将在开展防人因失误训练过程的相关指标数据和管理数据在应用层的前端和后台进行展示。
5.一种基于VR的核电厂防人因失误训练平台，其特征在于：包括VR课程资源库、后台管理系统以及VR操作平台。
6.如权利要求5所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练平台，其特征在于：所述的前端VR课程资源库结合已发生的重大人因/安全事件和高风险作业场景为基础，选取可能导致人员伤亡或人因失误的操作任务场景，分析其中的安全风险点和人因失误陷阱点，并通过现场数据采集和建模形成VR课程资源库，VR课程资源库中VR场景现实方式由后台进行控制，在VR虚拟场景训练过程中产的数据输入到后台管理系统进行数据分析和评价，通过后台反馈数据再进行评价、验证和优化。
7.如权利要求5所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练平台，其特征在于：所述的后台管理系统对前端进行功能管控，包括VR展示方式、人员生理信息、操作响应，通过建立学员能力评价模型，实现对前端VR场景课程中安全风险点和人因失误陷阱的配置，后台通过分析和评价后的数据可实时反馈到前端展示。
8.如权利要求5所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练平台，其特征在于：所述的VR操作平台为整个防人因失误训练的硬件载体，通过各种硬件的集成形成行为数据、位置数据、人脸数据、心率数据、眼动数据等数据的实时采集，并通过后台的分析和计算实时反馈的操作端，操作平台中的所有操作反馈会实时反馈到后台管理系统进行计算响应，并最终在前端进行最终结果展示。
9.一种基于VR的核电厂防人因失误训练方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过搭建空间环境、核电现场高风险作业场景构建VR情景，贴近核电现场真实环境，在场景中配置对应风险点以及人因失误陷阱形成各课程资源，导入已经开发好的各类高风险场景的资源库到后台管理系统中，库中全面涵盖了实操任务场景、现场可能存在风险点及相关知识、操作过程中可能诱发人员失误的的人因失误陷阱；
步骤2：将课程资源库导入到后台管理系统中形成个性化课程数据；
步骤3：个性化课程数据配置完成后，同步到VR操作平台上，选择相应的课程进行体验培训后，以不同角色与场景中的人、物进行交互，通过厂房小地图或UI界面提示快速切换到各操作区域间进行操作；
步骤4：通过VR眼动仪，对VR场景中的注视、眨眼及眼跳等眼动状态进行分析，查看被试的注视点、注视射线、注视轨迹以及兴趣物体的眼动热点图等数据，以可视化形式呈现出来；
步骤5：皮电反应分析模块通过对心理活动引起的汗腺变化进行测量，分析与之相关的心理状态，作为认知努力程度的指标；
步骤6：皮电设备及眼动仪采集出来的数据同步传输到后台管理系统，对其进行分析处理，根据需求选取特定的人因相关数据片段，过滤、提取数据结果，经过相应评估模型分析后，结合实操考核的成绩反映实操技能的熟练程度。
10.如权利要求9所述的一种基于VR的核电厂防人因失误训练方法，其特征在于：所述的步骤5中的皮电反应分析模块针对安全训练过程中个体的情绪唤醒程度进行定量化分析，包括SC皮肤电导数据分析、SCL(Tonic)时相相关皮电信号分析、SCR事件相关皮电信号分析。
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| CN116501437A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-07-28 | 之江实验室 | 一种基于人因工程的人机交互认知模型构建方法和装置 |
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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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