CN211628200U - 基于vr的压缩天然气槽车事故处置教学和辅助决策系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于VR的压缩天然气槽车事故处置教学和辅助决策系统，包括：立体封闭空间，所述立体封闭空间包括侧面和顶面；VR显示设备，佩戴于训练人员头部，用于显示虚拟的槽车；定位装置，设置于所述立体封闭空间的侧面和/或顶面，用于定位所述VR显示设备在所述立体封闭空间中的位置，生成定位信号；手部动作捕捉设备，用于捕捉手部动作并生成手部动作信号；上位机，用以接收所述手部动作信号和定位信号，并将所述手部动作信号和定位信号发送至所述VR显示设备；其中，所述VR显示设备、定位装置、手部动作捕捉设备以及上位机备通过无线方式连接。该装置解决了现有技术中无法模拟槽车事故灾情处置场景的问题。

Description

基于VR的压缩天然气槽车事故处置教学和辅助决策系统

技术领域

本实用新型涉及VR教学技术领域，具体的说是一种基于VR的压缩天然气槽车事故处置教学和辅助决策系统。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态实景和实体行为的系统仿真，可以让用户进入虚拟的环境，实时感知和操作虚拟世界内的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等感觉的结合获得身临其境的真实感受。在我国，虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，但随着计算机图形学、计算机工程学等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，研究与应用VR，建立虚拟环境、虚拟场景模型以及分布式VR系统的开发正朝深度和广度发展。

虚拟现实技术已广泛应用于培训教育领域，演变形成了多种多样的虚拟现实教学技术与产品，这些新技术新产品使得理论教学变得更加生动、直观，实验教学更加安全、方便，有利于提高学生的学习兴趣，提高教学效率和质量。尤其将虚拟现实技术应用在灾情处置或消防训练中，是虚拟现实技术得到极大的发展应用，由于灾害或事故具有危险性和突发性，因此常规训练通过场景实际搭建、实际模拟来进行，或者通过与社会配合演练进行训练，这种训练方式既缺乏真实性，训练成本较高。

中国专利文献CN208126674U公开了基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，包括教师端、学生端，以及连接教师端、学生端的网络通道，所述学生端包含VR手柄、定位器和可供学生穿戴的VR头盔；VR手柄用于与虚拟现实世界中的对象互动，内置有可被定位器追踪的感应器：定位器内置有激光发生器和光敏传感器，用来确定VR手柄的位置；所述VR头盔包括：输入模块、处理模块、存储模块、显示模块、输出模块。本实用新型所述基于VR虚拟现实技术的建筑工程教学系统，用VR设备直观地呈现建筑工程全貌，由教师操作教导学生如何正确进行实际建筑管理，带给学生真实感受，提高教学的效率和质量，该装置适用于建筑工程领域实际教学，无法模拟槽车事故下的实际灾情训练。

中国专利文献CN207781047U公开了一种基于VR技术的车工安全教学系统，包括计算机终端、VR眼镜、体感设备、控制装置、无线收发器以及显示终端；所述VR眼镜通过数据线与计算机终端连接，体感设备经无线收发器将受教者执行操作产生的各类参数传输给控制装置，计算机终端与控制装置之间通过通讯线连接，用于将计算机终端虚拟环境中VR机器人的操作参数发送给控制装置，控制装置的输出端连接显示终端的信号端。本实用新型使受教者借助相关设备以自然的方式与虚拟环境中的车床接触，改变了传统的实习环境，提高了教学效果和实习质量，但该装置同样只适用于课堂教学，无法模拟槽车事故场景下的灾情训练。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型公布了一种基于VR的压缩天然气(CNG)槽车事故处置教学和辅助决策系统，该系统解决了现有技术中无法模拟灾情处置场景的问题。

本实用新型所公开的具体的技术方案如下：一种基于VR的压缩天然气(CNG)槽车事故处置教学和辅助决策系统，包括：立体封闭空间，所述立体封闭空间包括侧面和顶面；VR显示设备，佩戴于训练人员头部，用于显示虚拟的槽车；定位装置，设置于所述立体封闭空间的侧面和/或顶面，用于定位所述VR显示设备在所述立体封闭空间中的位置，生成定位信号；手部动作捕捉设备，用于捕捉手部动作并生成手部动作信号；上位机，用以接收所述手部动作信号和定位信号，并将所述手部动作信号和定位信号发送至所述VR显示设备；其中，所述VR显示设备、定位装置、手部动作捕捉设备以及上位机备通过无线/有线方式连接。

可选的，所述侧面和顶面为弧形表面，所述定位装置沿所述弧形表面均匀设置。

可选的，所述VR显示设备采用头盔式显示器或双目全方位显示器。

可选的，所述定位装置采用激光雷达、红外摄像头或体感摄像头中一种或多种。

可选的，所述手部动作捕捉设备包括动作捕捉手套、动作捕捉手环或动作捕捉手柄。

可选的，所述定位装置包括多个，设置于所述立体封闭空间的侧面和顶面。

本实用新型具有的有益效果为：

1.该装置内布置有多组体感设备，且通过上位机系统实时连接，并计算每个体感设备工作的数据，综合汇总后在模拟空间内进行体现。

2.该装置内工作空间可采用弧形表面结构，使受教人员的工作空间得到最大利用。

3.该装置通过上位机系统搭建真实的灾害场景，并通过体感设备使受教人员沉浸在模拟环境中，使受教人员能得到与真实环境一致的训练效果。

该装置上位机系统可实时模拟，实时推演，可模拟真实场景下各种突发意外情况，真实模拟灾害场景，极大锻炼受教人员的意外情况处置能力。

附图说明

为了更清楚地说明本新型实施例的技术方案，下面将对本新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本实用新型中一种基于VR的槽车事故处置教学系统的结构示意图；

图2是本实用新型中上位机系统的内部结构图；

附图中附图标记的具体含义：

1-定位装置、2-VR显示设备、3-手部动作捕捉设备、4-上位机系统、5-槽车模型、6-工作空间。

具体实施方式

为了使本新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本新型，并不用于限定本新型。此外，下面所描述的本新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

结合图1-2所示，本实用新型所公开实施例的技术方案如下：一种基于VR的压缩天然气(CNG)槽车事故处置教学和辅助决策装置，包括用于追踪和定位VR设备在空间中准确位置的定位装置1、用于把物体立体的显示在眼前的VR显示设备2、用于定位手部动作实现动作捕捉功能的手部动作捕捉设备3、用以接收定位信号和渲染模型并响应动作的实时变化的上位机系统4和用于容纳槽车模型5以及所有设备的工作空间6；多组定位装置1均匀分布在所述工作空间6的内表面，所述VR显示设备、定位装置、手部动作捕捉设备以及上位机备通过无线方式连接。

所述工作空间6为全封闭的立体空间，其侧面和顶面为弧形表面，所述定位装置1沿所述弧形表面均匀设置，该结构可保障传感器探测死角较少或基本无死角，使受教人员可在工作空间的最大范围内进行模拟训练。

所述VR显示设备2采用头盔式显示器或双目全方位显示器，通过3D渲染技术可以逼真的把物体立体的显示在眼前，从而实现虚拟现实功能。所述VR显示设备2具体的型号不做具体介绍，任何能够进行虚拟显示的VR显示设备都可以应用于本申请。

所述定位装置1采用激光雷达、红外摄像头或体感摄像头中一种或多种，定位装置是实现现实空间定位到虚拟现实空间映射的基础，根据空间大小部署定位基站数量，以实现对受训者各部位精准定位。其中激光雷达、红外摄像头或体感摄像头可以采用任何一种型号应用于本申请，对具体的型号不做介绍。

所述手部动作捕捉设备3包括有动作捕捉手套、动作捕捉手环或动作捕捉手柄。动作捕捉手柄类似于游戏手柄或摇杆之类的采集设备，通过动作捕捉手柄可以获取训练人员的手部动作，例如左、右、前、后、确定等。具体的，例如VR手柄，VR手柄用于与虚拟现实世界中的对象互动，内置有可被定位器追踪的感应器；定位器内置有激光发生器和光敏传感器，用来确定VR手柄的位置。对于手部动作捕捉设备具体的型号、结构不做限定，能够具有上述功能的所有手部动作捕捉设备都能满足本申请的需要。手部动作捕捉设备将训练人员的手部动作生成对应的手部动作信号，将其传输至上位机系统4。

所述上位机系统4可以是一种计算机系统，计算机系统通过如下方式实现训练内容，包括：

模型展现模块，用于创建具有强烈沉浸感的虚拟仿真环境，并提供逼真、安全、可重复、低消耗的训练手段；

实训推演模块，用于创建事故场景，实时推理解算模拟真实任务环境；

训练模块，用于在随机或指定环境下完成整体事故排查及战术；

教学模块，用于提供基本常识教学、结构教学和技能教学；

计算模块，用于担负从真实世界把数据映射进虚拟现实的高精度计算任务和模型渲染任务。

所述计算模块包括位置追踪单元、CPU业务逻辑计算单元和GPU模型渲染单元，该模块担负从真实世界把数据映射进虚拟现实的高精度计算任务和模型渲染任务，实时处理并生成操作任务及后续可能发生的操作。

所述教学模块包括气相液教学单元、槽车结构教学单元和技能教学单元，气液相教学主要学习气液相基本常识，主要成分、理化性质、密度、沸点、爆炸极限等性质；槽车结构教学涵盖半挂车、框架、大容积钢瓶结构、前段安全舱、后端操作舱、罐集管束、燃料箱、操作箱，管束结构参数，制造过程，爆破位置、爆破效果及破坏范围；压力表位置及读数压力；平头阀(各个管束的分控制阀)的作用教学；事故处置技能教学主要模拟力量调集、警戒、侦查、防护、稀释、关阀、堵漏、起吊等关键技能战术教学。

所述训练模块包括力量调集单元、灾情侦察单元、关阀堵漏单元和泄压放空单元，在随机或指定环境下完成整体事故排查技战术，包括：完成力量调集、警戒、侦察、防护、稀释、关阀、堵漏、泄压、放空、起吊等技战术演练。

所述实训推演模块包括场景生成单元、事故处置单元和多人协助单元，以真实环境和灾情为背景，构建三维隧道、高速、城市位置的泄露、着火、碰撞等类型事故场景，适合多人配合完成处置任务，实时推理解算，以提高大型火场联合作战的指挥、协同作战能力，大幅提升消防作战水平。

教学实施过程如下：训练人员进入封闭的工作空间，来到训练位置，佩戴好VR设备，开启上位机，此时，上位机根据内置的训练模块提供不同的训练场景，例如提供压缩天然气(CNG)槽车气体泄漏的事故场景，事故场景通过VR显示于训练人员的眼前，显示方式是一种立体虚拟影像。此时操作人员根据事故场景开始处理槽车事故，例如通过面前的操作手柄左右移动来关闭槽车的气体泄漏阀门，或者通过手柄来拖动虚拟场景中提供的各种训练模块，例如警戒模块、消防模块等等，直到完成槽车事故的处理。训练人员也可以通过晃动头部来操控虚拟场景中的训练模块，训练人员在晃动时，定位装置会实时监测定位VR设备的位置，并通过上位机反馈至VR设备，根据晃动方向的不同对虚拟场景的操作模块进行相应的操作，直到完成槽车事故的处理。

作为一种更为复杂的推演过程包括：压缩天然气(CNG)槽车参数设定如运行压力20MPa，爆破片爆破压力25-26MPa，超过30MPa，管束嘴由于超压爆破，泄漏气体(火焰)喷射距离大于40米。温度和压力曲线关系参考单质甲烷，轮胎着火，烘烤温度设定600摄氏度，从放空管泄漏天然气着火不会使其他管束发生爆破；由于追尾等原因导致平头阀损坏，向外喷射气体燃烧，设置温度800摄氏度，其他管束受到烘烤温度压力上升，压力上升1MPa每分钟。超过爆破片耐压区间即可发生相邻至少2个管束在放空阀发生泄漏并着火。打水冷却时，管束温度下降10摄氏度每分钟。设置管束平头阀泄漏时，十分钟完全放空完毕，火焰随压力变小而变短，最终，火焰较小时，要及时打灭火焰，如果不打火焰被管束负压吸回罐体内部发生回火爆炸。

需要说明的是，在本文中，关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上，仅为本新型的具体实施方式，但本新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本新型的保护范围之内。因此，本新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于VR的压缩天然气槽车事故处置教学和辅助决策系统，其特征在于包括：

立体封闭空间，所述立体封闭空间包括侧面和顶面；

VR显示设备，佩戴于训练人员头部，用于显示虚拟的槽车；

定位装置，设置于所述立体封闭空间的侧面和/或顶面，用于定位所述VR显示设备在所述立体封闭空间中的位置，生成定位信号；

手部动作捕捉设备，用于捕捉手部动作并生成手部动作信号；

上位机，用以接收所述手部动作信号和定位信号，并将所述手部动作信号和定位信号发送至所述VR显示设备；

其中，所述VR显示设备、定位装置、手部动作捕捉设备以及上位机设备通过有线/无线方式连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征为：所述侧面和顶面为弧形表面，所述定位装置沿所述弧形表面均匀设置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征为：所述VR显示设备采用头盔式显示器或双目全方位显示器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征为：所述定位装置采用激光雷达、红外摄像头或体感摄像头中一种或多种。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征为：所述手部动作捕捉设备包括动作捕捉手套、动作捕捉手环或动作捕捉手柄。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征为：所述定位装置包括多个，设置于所述立体封闭空间的侧面和顶面。

Images