消防训练系统的制作方法

本发明的实施例涉及一种模拟消防训练系统，尤其涉及一种交互式消防训练系统。

背景技术：

目前的消防培训、指挥、训练方式主要包括常规的体能训练、车辆和消防器材的熟悉和使用以及对重点单位、道路水源等情况的熟悉掌握等。在培训中以文字、2d和3d动画演示、或者以发生的火灾抢救现场录像资料为主，辅以固定的虚拟3d场景训练。特别是在培训非专业消防人员时，如果进行实际消防器材的操作培训，一般只限于在形成的小规模的火场场景下，训练如何使用手持灭火器、喷水枪等器材。

在现有的消防培训中，训练成本高，训练收效少，在耗费大量人力、物力和财力的同时，训练效果却难以评估；缺乏仿真的实景消防预演功能和消防工作的机动性训练，无法为消防部门提供日常时亲身体验重点单位结构环境的机会，和特定消防事故、火灾现场突发状况等现场模拟训练的“预实践”；另外，真实的模拟小规模火灾现场可能给非专业消防人员造成伤害。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本发明一个方面的实施例提供一种交互式虚拟现实消防训练系统，可以模拟利用手持灭火器扑救火灾的过程，提高消防训练效果。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种交互式虚拟现实消防训练系统，包括：主机系统，包括：第一信息模块，被配置成生成表示虚拟火灾场景的第一3d可视化信息；第一显示装置，所述第一显示装置被配置成根据所述第一3d可视化信息显示正在发生的所述虚拟火灾场景；以及模拟手持灭火器，具有与真实的手持灭火器相同的外部轮廓。模拟手持灭火器包括：筒体部；一对手柄，安装在所述筒体部上；以及感应装置，安装在所述筒体部内，并被配置成使得训练学员根据第一显示装置显示的第一3d可视化信息操作所述手柄，所述主机系统根据所述手柄的操作情况产生新的第一3d可视化信息，以使训练学员看到改变的虚拟火灾场景。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述感应装置包括第一检测装置，所述第一检测装置包括：机械传动装置，被构造成在所述手柄的驱动下动作；以及检测开关，在所述机械传动装置的驱动下改变开关状态，从而产生表示所述手柄的操作情况的电信号。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述机械传动装置包括：基座，安装在所述筒体部上，所述手柄安装在所述基座上；以及顶杆，在轴向方向上穿过所述基座，所述顶杆的上端与所述手柄接触，使得所述顶杆在所述手柄的驱动下在轴向方向上移动，所述顶杆的下端驱动所述检测开关改变开关状态。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述检测开关包括：基板，安装在所述基座上；两个接线柱，安装在所述基板上；以及切换装置，所述切换装置的一端与所述两个接线柱中的一个电连接，另一端与所述顶杆的下端接触，使得所述切换装置在所述顶杆的下端的驱动下与所述接线柱中的另一个电连接或者断开电连接。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述基座包括：上阀体座，所述手柄安装在所述上阀体座上；下阀体座，设置在所述上阀体座的下部，所述下阀体座通过设置在所述下阀体座外部的外螺纹连接至所述筒体部内部；以及内管座，螺纹连接至所述下阀体座内部，所述检测开关的基板安装在所述内管座的底部外侧。所述顶杆的上端和下端之间设有凸缘部，所述凸缘部位于所述上阀体座的下部，在所述顶杆的位于所述凸缘部的下表面和所述内管座的底部内侧之间的部分设有复位弹簧，使得所述手柄对抗所述复位弹簧的弹力被压缩。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述感应装置还包括电气组件，所述筒体部包括：主筒体部，所述手柄安装在所述主筒体部上，所述检测开关设置在所述主筒体部中；以及辅助筒体部，安装在所述主筒体部的下部，所述电气组件安装在所述辅助筒体部内。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述电气组件包括：支撑架，安装在所述辅助筒体部内；以及计算模块，安装在所述支撑架上，所述检测开关与所述计算模块通过电缆连接；以及通讯模块，设置成与所述主机系统进行通信。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述主机系统还包括：第二信息模块，被配置成生成表示虚拟现实空间的第二3d可视化信息，并且所述第一信息模块进一步被构造成生成表示与所述虚拟现实空间相对应的虚拟火灾场景的第一3d可视化信息。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述感应装置还包括：第二检测装置，被配置成检测所述筒体部的运动轨迹，所述主机系统根据所述运动轨迹改变所述虚拟现实空间和虚拟火灾场景。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述第二检测装置包括姿态传感器，被配置成感应所述模拟手持灭火器的姿态，所述主机系统根据所述姿态和所述手柄的操作状态改变所述模拟火灾场景，以在第一显示装置上观察模拟手持灭火器的虚拟的喷洒情况和虚拟火灾被扑灭的过程。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述姿态传感器包括陀螺仪或者加速度计。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，所述主机系统还包括自动指挥模块，被配置成根据所述火灾场景消失的情况，改变所述虚拟火灾场景，以指挥训练学员改变模拟喷洒操作。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，还包括教师指挥系统，包括：第二显示装置，被配置成与所述第一显示装置同步显示所述虚拟火灾场景；以及操作台，被配置成通过教师的操作改变所述虚拟火灾场景。

在根据本发明的上述各个实例性实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，将虚拟现实技术应用到消防训练体系中，培训学员可以根据显示的虚拟火灾场景，虚拟操作模拟手持灭火器，使得虚拟火灾场景发生变化，最大程度地真实还原事故场景，训练形象逼真，真实感强，可以提高训练效果。

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

附图说明

图1显示根据本发明的一个示例性实施例的交互式虚拟现实消防训练系统的原理方框图；

图2显示根据本发明的一个示例性实施例的模拟手持灭火器的侧视图；

图3显示图2所示的模拟手持灭火器的轴向剖视图；

图4显示图2所示的模拟手持灭火器的手柄和感应装置的示意图；

图5显示图4所示的手柄和感应装置的局部剖视图；

图6显示根据本发明的一种示例性实施例的辅助筒体部的仰视图；

图7显示图6所示的辅助筒体部的侧视图；

图8显示图6所示的辅助筒体部的轴向剖视图；以及

图9显示根据本发明的一个示例性实施例的电气组件的分解示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明的构思，提供一种交互式虚拟现实消防训练系统，包括：主机系统、第一显示装置和模拟手持灭火器。主机系统包括：第一信息模块，被配置成生成表示虚拟火灾场景的第一3d可视化信息。第一显示装置被配置成根据所述第一3d可视化信息显示正在发生的所述虚拟火灾场景。模拟手持灭火器具有与真实的手持灭火器相同的外部轮廓，并包括：筒体部、安装在所述筒体部上的一对手柄、以及感应装置。感应装置安装在所述筒体部内，并被配置成使得训练学员根据第一显示装置显示的第一3d可视化信息操作所述手柄，所述主机系统根据所述手柄的操作情况产生新的第一3d可视化信息，以使训练学员看到改变的虚拟火灾场景。

根据上述交互式虚拟现实消防训练系统，将虚拟现实技术应用到消防训练体系中，培训学员可以根据显示的虚拟火灾场景，虚拟操作模拟手持灭火器，使得虚拟火灾场景发生变化，最大程度地真实还原事故场景，训练形象逼真，真实感强，可以提高训练效果。

图1显示根据本发明的一个示例性实施例的交互式虚拟现实消防训练系统的原理方框图。参见图1，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种交互式虚拟现实消防训练系统100，包括：主机系统1、第一显示装置2和模拟手持灭火器3。主机系统1包括：第一信息模块被配置成生成表示虚拟火灾场景的第一3d可视化信息。虚拟火灾场景包括正在燃烧的部位、火苗、烟雾、坠物、建筑结构塌陷及被烧毁的物品等。

第一显示装置2被配置成根据所述第一3d可视化信息显示正在发生的所述虚拟火灾场景。在一种实施例中，第一显示装置2包括被佩戴在训练学员的头部的头盔。所述头盔包括头盔主体、安装在头盔主体内部的显示器、以及用于实现头盔上的电子设备(包括显示器、话筒等)与主机系统1通信的电缆。训练人员可以在显示器上看到虚拟火灾场景。在另一种实施例中，第一显示装置2可以包括固定设置的显示屏。

如图2-8所示，模拟手持灭火器3具有与真实的手持灭火器相同的外部轮廓，并包括：筒体部31、安装在所述筒体部31上的一对手柄32、以及感应装置。感应装置安装在所述筒体部31内，并被配置成使得训练学员根据第一显示装置2显示的第一3d可视化信息操作所述手柄32，所述主机系统1根据所述手柄32的操作情况产生新的第一3d可视化信息，以使训练学员看到改变的虚拟火灾场景。训练学员在第一显示装置2中可以看到正在发生的虚拟火灾场景、以及虚拟火灾正在发展恶化、正在变弱、或者熄灭，从而相应地操作模拟手持灭火器3，改变模拟手持灭火器的姿态，实现交互式消防训练。训练学员在操作模拟手持灭火器3的同时，可以在第一显示装置上看到有模拟灭火剂朝向起火的部位喷出，虚拟火灾被喷的部位随之变弱，从而确定灭火操作有效。

根据本发明的一种示例性实施例，如图2-8所示，感应装置包括第一检测装置33，所述第一检测装置包括机械传动装置331和检测开关332。机械传动装置331被构造成在所述手柄32的驱动下动作；检测开关332在所述机械传动装置331的驱动下改变开关状态，从而产生表示所述手柄32的操作情况的电信号。检测开关332的操作状态表示模拟手持灭火器32的喷洒灭火剂的情况，所述主机系统1根据检测开关332的操作状态改变所述虚拟火灾场景，以使训练学员在第一显示装置上观察虚拟的喷洒灭火剂情况和虚拟火灾被扑灭的过程。

在一种实施例中，所述机械传动装置331包括基座和顶杆333。基座安装在筒体部31上，所述手柄32安装在所述基座上。顶杆333在轴向方向上穿过基座，所述顶杆333的上端与所述手柄32接触，使得所述顶杆333在所述手柄32的驱动下在轴向方向上移动，所述顶杆333的下端驱动所示检测开关332改变开关状态。这样，在训练人员手握手柄32时，检测开关332可以检测手柄32的动作并产生表示手柄32被压下的电信号。

在一种实施例中，所述检测开关332包括：基板3321，安装在所述基座上；两个接线柱，安装在所述基板3321上；以及切换装置3322，所述切换装置3322的一端与所述两个接线柱中的一个(静触点)电连接，另一端与所述顶杆333的下端接触，使得所述切换装置3322在所述顶杆333的下端的驱动下与所述接线柱中的另一个(动触点)电连接或者断开电连接。

在一种实施例中，所述基座包括上阀体座334、下阀体座335和内管座336。所述手柄32安装在上阀体座334上。具体而言，手柄32包括固定手柄321和相对于固定手柄321可转动手柄322。固定手柄321固定在上阀体座334的上部，可转动手柄322通过枢轴323可转动地安装在上阀体座334的上部。下阀体座335与筒体部31的接口311的内螺纹结合而连接至筒体部31内部。内管座336螺纹连接至下阀体座335的内部，所述检测开关332的基板3321安装在内管座336的底部外侧。顶杆333的上端和下端之间设有凸缘部338，所述凸缘部338位于所述上阀体座334的下部，在顶杆333的位于凸缘部338的下表面和内管座336的底部内侧之间的部分设有复位弹簧337，使得手柄32对抗复位弹簧337的弹力被压缩。这样，在训练人员手握手柄32的情况下，可转动手柄322压迫顶杆333向下移动，顶杆333推动复位弹簧337压缩，并且带动检测开关332的切换装置3322与作为动触点的接线柱，使得检测开关切换到接通状态；另一方面，在训练人员没有手握手柄32的情况下，顶杆333借助于复位弹簧337的弹力推动可转动手柄322远离固定手柄321；同时，顶杆333向上移动，进而带动检测开关332的切换装置3322离开作为动触点的接线柱，使得检测开关332切换到断开状态。

在一种实施例中，如图1、2、6-8所示，所述感应装置还包括电气组件34。筒体部31包括：主筒体部312和辅助筒体部313；所述手柄32通过基座的上阀体座334安装在所述主筒体部312上，所述检测开关332设置在所述主筒体部312中；辅助筒体部313安装在所述主筒体部312的下部，感应装置的电气组件34安装在辅助筒体部313内。在辅助筒体部313的底部设有开口3131，以安装或者更换电气组件所需的电池。在一种示例性实施例中，主筒体部312可以采用真实手持灭火器的筒体，而辅助筒体部例如通过焊接或者螺栓结合方式连接至主筒体部，并且在主筒体部的底部钻孔，使得检测开关332可以通过电缆3323与电气组件34电连接，这样可以简化制作过程，降低制作成本。在另一种可替换的实施例中，筒体部的主筒体部和辅助筒体部可以由树脂材料一体制成。

在一种实施例中，如图8和9所示，电气组件34包括支撑架341、计算模块342和通信模块343。支撑架341安装在辅助筒体部313内；计算模块342安装在支撑架341上，所述检测开关332与所述计算模块342通过电缆3323连接，以将表示检测开关332的工作状态的电信号传输到计算模块；通讯装置343设置成与主机系统1进行通信。在支撑架341的下部设有用于安装在电池组或者蓄电池的电源模块346。

在一种可替换的实施例中，可以利用有线方式实现模拟手持灭火器32内的各个电气设备与所述主机系统1进行通信。例如，采用在模拟手持灭火器32和主机系统1之间连接电缆，在模拟手持灭火器32的筒体部上设置电缆接口，以实现电缆(未示出)与模拟手持灭火器32可插拔的电连接。在一种实施例中，无线通信和有线通信可以互为冗余。

在一种实施例中，如图1所示，主机系统1还包括第二信息模块，该第二信息模块被配置成生成表示虚拟现实空间的第二3d可视化信息，并且所述第一信息模块进一步被构造成生成表示与所述虚拟现实空间相对应的虚拟火灾场景的第一3d可视化信息。虚拟现实空间包括建筑物(例如办公楼或者居民楼)内的建筑设施(例如房间、楼梯、门窗、管道等)分布、可移动设施(例如家具、电器等日常用品)的分布、以及建筑物外部的形状轮廓等。可以理解，虚拟火灾场景随不同的虚拟现实空间而变化。在根据本发明实施例的交互式虚拟现实消防训练系统中，训练人员能够看到虚拟现实空间发生的虚拟火灾场景，最大程度地真实还原事故场景，训练形象逼真，真实感强，可以提高训练效果

在一种实施例中，感应装置还包括：第二检测装置344，被配置成检测所述筒体部31的运动轨迹，所述主机系统1根据所述运动轨迹改变所述虚拟现实空间和虚拟火灾场景。在一种实施例中，所述第二检测装置包括姿态传感器，被配置成感应所述模拟手持灭火器的姿态，所述主机系统根据所述姿态和所述手柄的操作状态改变所述模拟火灾场景，以在第一显示装置上观察模拟手持灭火器的虚拟的喷洒情况和虚拟火灾被扑灭的过程。例如，姿态传感器包括陀螺仪或者加速度计。例如，模拟手持灭火器相对于水平方向向上、向下、向左或者向右倾斜。模拟手持灭火器的姿态表示模拟喷洒干粉的方向，主机系统1根据所述姿态和检测开关332的操作状态改变所述模拟火灾场景。在第一显示装置2中，将看到模拟的喷洒的干粉和模拟火灾场景的变化。这样，训练人员将根据模拟火灾场景的变化，不断变换模拟手持灭火器的角度，以表示模拟喷洒的干粉喷到不同部位。

在一种实施例中，所述主机系统1还包括自动指挥模块，被配置成根据所述火灾场景消失的情况，改变所述虚拟火灾场景，以指挥训练学员改变模拟喷洒操作。

根据本发明的一种实施例的交互式虚拟现实消防训练系统还包括教师指挥系统4，包括：第二显示装置41，被配置成与所述第一显示装置同步显示所述虚拟火灾场景，以使教师观察训练学员的训练进展情况；以及操作台42，被配置成通过教师的操作改变所述虚拟火灾场景。这样，可以使教师随时制造虚拟现实空间和虚拟火灾场景，并观察训练学员的应变能力。教师设置系统还包括对话装置，被配置成与训练学员进行对话，以指导和纠正训练学员的操作。

在一种实施例中，所述主机系统1还包括：评估模块，被配置成根据训练学员的操作情况确定训练学员的训练成绩，从而评估训练学员的训练效果。所述评估模块进一步被配置成在训练学员的操作动作针对正在显示的虚拟现实空间和虚拟火灾场景不符合预定存在规程的情况下对训练学员发出警告信息和指导训练学员采取正确操作动作的信息，从而提高训练学员的训练效率。警告和指导的方式可以包括语音和显示文字。

在根据本发明的上述各个实例性实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，主机系统1通过通信模块与模拟手持灭火器32采用无线或者有线方式进行通信。通信模块可以提供用于以数字通信的方式接收数据的所有电路和/或软件(见图1)。例如，通信模块可以包括以太网端口或无线以太网电路。作为另一个实施例，通信模块可以提供蓝牙通信连接。可替换地，通信装置模块可以是gprs(2/3/4g)。作为进一步可替换的实施方案，通信模块可以提供到因特网的连接。

主机系统1包括中央处理单元(cpu)，用于控制第一信息模块、第二信息模块、自动指挥模块、教师设置系统、评估模块和通信模块的操作、并接受来自于这些模块的信息。

在根据本发明的上述各个实例性实施例的交互式虚拟现实消防训练系统，将虚拟现实技术应用到消防训练体系中，培训学员可以根据显示的虚拟火灾场景，虚拟操作模拟手持灭火器，使得虚拟火灾场景发生变化，最大程度地真实还原事故场景，训练形象逼真，真实感强，可以提高相反训练效果。本发明实施例的消防训练系统可以降低消防训练成本，无需出动车辆和耗费大量的灭火剂，各种损耗少；虚拟仿真训练，危险性和风险小；可以针对特定的环境，真实模拟无法在现实中模拟的扑救训练；自动生成三维场景数据，大大提高了数据加载速度。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。