RU2816401C1 - Многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам обучения, а именно к тренажерам с использованием виртуальной реальности, позволяющим пользователям тренироваться в виртуальной среде, которая имитирует реальные условия чрезвычайной ситуации и обеспечивает безопасность обучаемых во время тренировок. Многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, содержащий модуль руководителя занятием, учебный модуль, содержащий учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц, и XR-учебно-тренировочный модуль. При этом все модули взаимодействуют по локально-вычислительной сети с вычислительным центром, включающим моделирующий сервер, сервер системы визуализации и сервер системы хранения данных, в которые интегрировано разработанное общесистемное программное обеспечение (ПО) и загружены созданные базы данных (БД). Повышается уровень подготовки обучаемых при эксплуатации. 6 ил.

Description

Изобретение относится к средствам обучения, а именно к тренажерам с использованием виртуальной реальности, позволяющим пользователям тренироваться в виртуальной среде, которая имитирует реальные условия чрезвычайной ситуации и обеспечат безопасность обучаемых во время тренировок.

Известен «Коммутационный vr-тренажер и способ тренировки и оценки профпригодности кассиров-контролеров с его помощью» (патент на изобретение RU 2715148, МПК G09B 19/00, 2020 г.), включающий ПК с машиночитаемым носителем, содержащим логическую часть тренажера и графическую трехмерную оболочку, подключенные к ПК периферийные устройства для навигации в виртуальной среде, включающие шлем виртуальной реальности, инфракрасную камеру, джойстик, треккеры мелкой моторики и всенаправленную беговую дорожку, при этом логическая часть тренажера включает связанные между собой посредством локального программного транспортного интерфейса коммутационный модуль, выполненный с возможностью хранения информации о топологии электрической схемы энергообъекта, текущем состоянии элементов схемы, их расчетных характеристиках, анализа схемы с точки зрения правильности топологии при ее построении и отладке, модуль защиты, выполненный с возможностью анализа схемы сети на наличие неисправностей, модуль расчета режима, выполненный с возможностью расчета установившегося режима сети переменного тока моделируемого объекта, модуль оценки, выполненный с возможностью оценки сравнения выполняемых пользователем действий с последовательностью действий, содержащейся в бланке по оперативным переключениям.

Недостатком указанного тренажера является низкая степень моделирования условий, имеющих место в реальной обстановке, отсутствие возможности проведения группового обучения, а так же отсутствие возможности осуществлять отработку навыков проведения аварийно-спасательных работ в области пожарной безопасности, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС).

Известен «Тренажер оперативного и эксплуатационного персонала на основе моделей виртуальной реальности трансформаторной подстанции» (патент на изобретение RU 2617972, МПК G09B 19/00, 2017 г.), принятый за прототип, включающий ПК с машиночитаемым носителем, содержащим логическую часть тренажера и графическую трехмерную оболочку, подключенные к ПК периферийные устройства для навигации в виртуальной среде, включающие шлем виртуальной реальности, инфракрасную камеру, джойстик, треккеры мелкой моторики и всенаправленную беговую дорожку, при этом логическая часть тренажера включает связанные между собой посредством локального программного транспортного интерфейса коммутационный модуль, выполненный с возможностью хранения информации о топологии электрической схемы энергообъекта, текущем состоянии элементов схемы, их расчетных характеристиках, анализа схемы с точки зрения правильности топологии при ее построении и отладке, модуль защиты, выполненный с возможностью анализа схемы сети на наличие неисправностей, модуль расчета режима, выполненный с возможностью расчета установившегося режима сети переменного тока моделируемого объекта, модуль оценки, выполненный с возможностью оценки сравнения выполняемых пользователем действий с последовательностью действий, содержащейся в бланке по оперативным переключениям.

Недостатком указанного тренажера является низкая степень моделирования условий, имеющих место в реальной обстановке, отсутствие возможности проведения группового обучения, а так же отсутствие возможности осуществлять отработку навыков проведения аварийно-спасательных работ в области пожарной безопасности, защиты населения и территорий от ЧС.

Техническим результатом является создание многофункционального виртуального тренажерного комплекса подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций с высокой степенью моделирования условий, имеющих место в реальной обстановке, и с возможностью отработки слаженности действий при работе в команде в едином виртуальном пространстве групп пожаротушения, групп связи и групп предупреждения пожаров, а так же должностных лиц.

Технический результат достигается тем, что многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, содержащий модуль руководителя занятия, учебный модуль, содержит учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц и XR-учебно-тренировочный модуль, при этом все модули взаимодействуют по локально-вычислительной сети с вычислительным центром, включающим моделирующий сервер, сервер системы визуализации и сервер системы хранения данных, в которые интегрировано специально разработанное общесистемное программное обеспечение (ПО) и загружены специально созданные базы данных (БД), при этом модуль руководителя занятия включает автоматизированное рабочее место (АРМ) руководителя занятия с интегрированным специально разработанным ПО; учебный модуль оснащен экраном коллективного пользования и акустической системой; учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц содержит комплект АРМ обучающихся снабженных аудио гарнитурой, включающий, по меньшей мере, одно АРМ руководителя центра управления в кризисных ситуациях, по меньшей мере, одно АРМ оператора центра управления в кризисных ситуациях и, по меньшей мере, одно АРМ оператора оперативного штаба тушения пожара, причем каждое указанное АРМ включает интегрированное специально разработанное ПО и загруженные специально созданные БД; XR-учебно-тренировочный модуль включает комплект индивидуальных АРМ обучаемых для одновременного погружения в виртуальную реальность, каждое в виде XR-системы для полного погружения в виртуальную реальность содержащей автономный портативный компьютер в виде рюкзака с интегрированным специально разработанным программным обеспечением, очки виртуальной реальности, беспроводные нательные датчики захвата движений, треккеры мелкой моторики, VR динамическую платформу и/или нагревательный жилет, имитирующий повышение теплового потока при приближении обучающегося к очагу пожара, и/или VR-оборудование, имитирующее наличие баллонов дыхательного аппарата, и/или имитатор рукавной линии. Сущность изобретения поясняют графические материалы.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого комплекса. На фиг. 2 приведено изображение АРМ руководителя занятия. На фиг. 3 приведено фото АРМ руководителя занятия. На фиг. 4 приведено фото учебно-тренировочного модуля подготовки должностных лиц. На фиг. 5 приведено фото XR-учебно-тренировочного модуля. На фиг. 6 приведено изображение АРМ обучаемого XR-учебно-тренировочного модуля.

Многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций содержащий модуль руководителя занятия 1, учебный модуль 2, учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц 3 и XR-учебно-тренировочный модуль 4. Все модули взаимодействуют по локально-вычислительной сети 5 с вычислительным центром 6. Вычислительный центр 6 включает моделирующий сервер, сервер системы визуализации и сервер системы хранения данных. В каждый из указанных серверов интегрировано специально разработанное общесистемное ПО и загружены специально созданные БД, позволяющее обеспечивать сетевое взаимодействие модулей и вычислительного центра. ПО моделирующего сервера, например, включает программы позволяющие: осуществлять подготовку учебно-методических материалов с использованием встроенного редактора, планировать занятия; осуществлять ведение базы данных обучающихся и преподавательского состава (руководителей занятий), в том числе генерацию профиля обучающегося (индивидуальной карточки с успеваемостью) и общей ведомости успеваемости, осуществлять организацию проведения занятия и отображение учебного материала на АРМ обучающихся; создать единую справочную систему для каждого модуля тренажерного комплекса и т.п. ПО сервера системы визуализации, например, включает программы позволяющие: получать параметры аппаратного оборудования АРМ должностных лиц и АРМ погружения в виртуальную реальность, получать аудио-потоки, формировать аудио-потоки, моделировать возникновение, протекание и ликвидации ЧС, обеспечивать многовариантность исходов реализации сценариев, обрабатывать и передавать действия обучающихся, отображать действия производимые обучаемыми в XR-учебно-тренировочном модуле, считывать данных с датчиков и т.п. ПО сервера системы хранения данных, например, включает программы позволяющие: хранить и воспроизводить виртуальные сценарии тренировки, обеспечивать многовариантность исходов реализации сценариев, записывать ход тренировки; сохранение хода тренировки, записывать выполнение упражнений и т.п.

Модуль руководителя занятия 1 включает АРМ руководителя занятия с интегрированным специально разработанным программным обеспечением. ПО АРМ руководителя занятия, например, включает программы позволяющие: управлять режимами работы тренажерного комплекса, редактировать шаблоны развития чрезвычайных ситуаций, запускать и редактировать сценарии учебной задачи, просматривать и записывать ход тренировок, осуществлять мониторинг журнала событий сценария, осуществлять мониторинг действий обучающихся, автоматически оценивать уровень теоретической и практической подготовленности курсантов, администрировать процесс тренировок и т.п.

Учебный модуль 2 оснащенный экраном коллективного пользования и акустической системой, наряду с использованием традиционных обучающих технологий (лекции, семинары, просмотр обучающих фильмов), позволяет производить просмотр прохождения сценариев обучающимися проводящими тренировку (из архива или в реальном времени) в учебно-тренировочном модуле подготовки должностных лиц 3 и в XR-учебно-тренировочном модуле 4, осуществлять мониторинг их действий в виртуальном пространстве, а так же качественно проводить разбор учебных задач и нестандартных ситуаций.

Учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц 3 содержит комплект АРМ обучающихся снабженных аудио гарнитурой, включающий по меньшей мере, одно АРМ руководителя центра управления в кризисных ситуациях, по меньшей мере, одно АРМ оператора центра управления в кризисных ситуациях и по меньшей мере, одно АРМ оператора оперативного штаба тушения пожара, причем каждое указанное АРМ включает интегрированное специально разработанное ПО, например, ПО моделирования тренинга должностных лиц, ПО имитации радиосвязи и т.п., и загруженные специально созданные БД, например, базы шаблонов документов и справочных данные.

XR-учебно-тренировочный модуль 4 включает комплект индивидуальных АРМ обучаемых для одновременного погружения в виртуальную реальность, обеспечивая высокий уровень реализма. Каждое указанное АРМ выполнено в виде XR-системы для полного погружения в виртуальную реальность, содержит автономный портативный компьютер в виде рюкзака с интегрированным специально разработанным программным обеспечением, очки виртуальной реальности, беспроводные нательные датчики захвата движений, треккеры мелкой моторики, VR динамическую платформу и/или нагревательный жилет, имитирующий повышение теплового потока при приближении обучающегося к очагу пожара, и/или VR-оборудование, имитирующее наличие баллонов дыхательного аппарата, и/или имитатор рукавной линии, и позволяет максимально погрузиться и взаимодействовать с виртуальной реальностью.

Многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций работает следующим образом. Заявляемый тренажер используют для подготовки курсантов, в безопасной и контролируемой среде, к широкому спектру чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Использование VR-технологий позволяет освоить приемы работы в экстремальных условиях без риска для жизни, максимально точно смоделировать любую чрезвычайную ситуацию и помочь обучающимся сформировать устойчивые практические навыки. Специально разработанное ПО позволяет воссоздать в виртуальной среде конкретную ситуацию, отработать алгоритмы ее разрешения в приближенной к реальности обстановке и обеспечивает выполнение следующих функций: взаимодействие обучающихся в виртуальной среде с объектами пожарной техники, строительными элементами зданий и сооружений с возможностью обратной связи; визуальное и звуковое сопровождение изменения обстановки при выполнении основной боевой задачи в различных условиях климата, времени суток и года; перемещение обучающихся, выполняющих функции участников мероприятий в виртуальной среде индивидуально или в составе группы с визуализацией оперативной обстановки па местности и объекте; коммуникация участников учебного процесса с реальными и виртуальными должностными лицами; взаимодействие обучающихся в виртуальной среде с администрацией и работниками объектов защиты, представителями службы жизнеобеспечения населенных пунктов, гражданским населением в зоне чрезвычайной ситуации; взаимодействие обучающихся в виртуальной среде с интеллектуальными агентами (ботами) в условиях изменения оперативной обстановки на местности и объекте защиты; многовариантность исходов реализации сценариев тушения пожаров и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Указанное ПО включает программы, реализующие сценарии ликвидации чрезвычайных ситуаций, сценарии осмотра места происшествия и проведения плановых проверок и т.п., например, следующие:

- «Виртуальный сценарий осмотра места происшествия, связанного с пожаром (в складском помещении/ангаре)»;

- «Виртуальный сценарий осмотра места происшествия, связанного с пожаром автотранспортного средства»;

- «Виртуальный сценарий тушения пожара и проведения спасательных работ в зданиях торгового назначения - торгово-развлекательных центрах»;

- «Виртуальный сценарий осмотра места происшествия, связанного с пожаром (в производственном здании со складами и административными помещениями)»;

- «Виртуальный сценарий организации и ведения АСДНР при различных чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера»;

- «Виртуальный сценарий организации и проведения плановой проверки подземной автомобильной парковки на предмет соблюдения требований пожарной безопасности»;

- «Виртуальный сценарий осмотра места происшествия, связанного с пожаром в квартире многоквартирного жилого дома»;

- «Виртуальный сценарий организации и проведения плановой проверки детского дошкольного образовательного учреждения (детский сад) на предмет соблюдения требований пожарной безопасности»;

- «Виртуальный сценарий осмотра места происшествия, связанного с пожаром в частном доме (коттедже)»;

- «Виртуальный сценарий проведения мероприятий по обнаружению и обозначению источников радиоактивного излучения».

В заявляемом тренажерном комплексе возможно одновременное проведение занятий для тех групп курсантов, каждой в соответствующем модуле по разным учебно-тренировочным планам. Особенностью тренажерного комплекса является возможность проведения группового занятия для обучающихся в каждом модуле по единому сценарию, при этом каждая из групп, последовательно меняя свою локацию, может пройти указанный сценарий в каждом модуле. Руководитель занятия запускает необходимый сценарий, централизованно управляет всеми модулями тренажера и обеспечивает возможность отработки сценария.

Таким образом, заявляемый многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций позволяет моделировать профессиональную деятельность по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, тушению пожаров на широком перечне объектов защиты, а так же при реализации функций по государственному контролю и надзору в области пожарной безопасности. Заявляемый тренажерный комплекс обеспечивает высокую степень моделирования условий, имеющих место в реальной обстановке, позволяет отрабатывать слаженность действий при работе в команде в едином виртуальном пространстве групп пожаротушения, групп связи и групп предупреждения пожаров и должностных лиц, а так же позволяет сократить время на обучение и усвоение учебного материала, повысить качество восприятия учебной информации, увеличить междисциплинарное взаимодействие в учебном процессе.

Изготовленный экспериментальный образец многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, по результатам испытаний во время тренировок показал работоспособность предложенной конструкции. Результаты испытаний заявляемого тренажерного комплекса в целом подтвердили его эффективность для учебно-тренировочных занятий.

Claims (1)

1. Многофункциональный виртуальный тренажерный комплекс подготовки обучающихся в области обеспечения пожарной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, содержащий модуль руководителя занятием и учебный модуль, отличающийся тем, что содержит учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц и XR-учебно-тренировочный модуль, при этом все модули взаимодействуют по локально-вычислительной сети с вычислительным центром, включающим моделирующий сервер, сервер системы визуализации и сервер системы хранения данных, в которые интегрировано разработанное общесистемное программное обеспечение (ПО) и загружены созданные базы данных (БД), при этом модуль руководителя занятия включает автоматизированное рабочее место (АРМ) руководителя занятия с интегрированным разработанным ПО, включающее программы, позволяющие: управлять режимами работы тренажерного комплекса, редактировать шаблоны развития чрезвычайных ситуаций, запускать и редактировать сценарии учебной задачи, просматривать и записывать ход тренировок, осуществлять мониторинг журнала событий сценария, осуществлять мониторинг действий обучающихся, автоматически оценивать уровень теоретической и практической подготовленности курсантов, администрировать процесс тренировок; учебный модуль оснащен экраном коллективного пользования и акустической системой; учебно-тренировочный модуль подготовки должностных лиц содержит комплект АРМ обучающихся, снабженных аудиогарнитурой, включающий по меньшей мере одно АРМ руководителя центра управления в кризисных ситуациях, по меньшей мере одно АРМ оператора центра управления в кризисных ситуациях и по меньшей мере одно АРМ оператора оперативного штаба тушения пожара, причем каждое указанное АРМ включает интегрированное разработанное ПО, а именно ПО моделирования тренинга должностных лиц, ПО имитации радиосвязи и загруженные созданные БД, а именно базы шаблонов документов и справочных данных; XR-учебно-тренировочный модуль включает комплект индивидуальных АРМ обучаемых для одновременного погружения в виртуальную реальность, каждое в виде XR-системы для полного погружения в виртуальную реальность, содержащей автономный портативный компьютер в виде рюкзака с интегрированным разработанным программным обеспечением, очки виртуальной реальности, беспроводные нательные датчики захвата движений, треккеры мелкой моторики, VR динамическую платформу и/или нагревательный жилет, имитирующий повышение теплового потока при приближении обучающегося к очагу пожара, и/или VR-оборудование, имитирующее наличие баллонов дыхательного аппарата, и/или имитатор рукавной линии, разработанное ПО позволяет воссоздать в виртуальной среде конкретную ситуацию, отработать алгоритмы ее разрешения в приближенной к реальности обстановке и обеспечивает выполнение следующих функций: взаимодействие обучающихся в виртуальной среде с объектами пожарной техники, строительными элементами зданий и сооружений с возможностью обратной связи; визуальное и звуковое сопровождение изменения обстановки при выполнении основной боевой задачи в различных условиях климата, времени суток и года; перемещение обучающихся, выполняющих функции участников мероприятий в виртуальной среде индивидуально или в составе группы с визуализацией оперативной обстановки на местности и объекте; коммуникация участников учебного процесса с реальными и виртуальными должностными лицами; взаимодействие обучающихся в виртуальной среде с администрацией и работниками объектов защиты, представителями службы жизнеобеспечения населенных пунктов, гражданским населением в зоне чрезвычайной ситуации; взаимодействие обучающихся в виртуальной среде с интеллектуальными агентами/ботами в условиях изменения оперативной обстановки на местности и объекте защиты; многовариантность исходов реализации сценариев тушения пожаров и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, указанное ПО включает программы, реализующие сценарии ликвидации чрезвычайных ситуаций, сценарии осмотра места происшествия и проведения плановых проверок.