专利名称：3d可视应急预案自动演练系统和实现方法
技术领域：
本发明属于可视预案技术领域，主要涉及一种应急预案3D自动演练系统的实现， 是将文字化的演练文档转换成一个可视化的3D模拟演练过程。具体是一种3D可视应急预案自动演练系统和实现方法。可用于在安全生产，交通等方面可能出现的突发事件的模拟演练和预案编制。
背景技术：
安全生产对于企业的重要性不言而喻，随着企业的发展，安全问题日益突出，各种事故不断发生，造成人员伤亡和重大的经济损失。安全生产始终是放在第一位，提高事故的应急处理能力对控制事故的发展和减少事故造成的伤亡和损失有很大帮助，应急预案对于安全生产具有重要的意义，应急预案的制定应该尽可能的完善，合理。这其中应急预案的演练起到了不可或缺的作用，其重要性体现在可以在事故真正发生前暴露预案和程序的缺陷，发现应急资源的不足；改善各参与部门、人员之间的协调关系，提高应急人员的熟练程度和技术水平；进一步明确各自的职责，提高整体应急反应能力；以利于预案的改进，以利于行业预案制定中的规范化。然而在实际工作中应急演练需要耗费大量的人力、物力和财力。使得应急演练在实际工作中有很大的难度。最终使得应急预案的制定流于形式。而目前的演练系统都是为了培训人员的，并不能在预案制定时就能发现预案的不足。中国专利号200610076329. 1是一种应急预案培训系统，其主要是为了培训演练人员。 并不能在预案的制定时就发现预案的缺陷，而且需要多人参与。无法完成自动演练，不能看到整个演练流程，难以利用可视化的优势发现应急预案过程中缺陷环节。中国专利号 201010139613. 5也是一个应急预案培训系统，主要是用于培训演练人员的。本发明项目组还在互联网上就本主题，在国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，也未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。
发明内容
本发明的目的是针对目前应急预案演练尚无自动演练系统，编制应急预案很难避免处理不当，考虑不完善等情况，提供一种通过脚本命令控制3D系统，来模拟实际的演练过程。不仅能从视觉上直观的感受整个演练过程，从中发现预案制定中的不足，有助于更好的编制预案，而且能满足训练参演人员的目的，同时也能提高应急人员的熟练程度，明确各自的职责，提高应急反应能力。下面对本发明进行详细说明本发明是一种3D可视应急预案自动演练系统，包括第一计算机和第二计算机，其特征在于还包括解释引擎模块和3D演练模块，3D演练模块简称3D，所述解释引擎模块包括演练脚本生成模块和脚本解释模块，3D演练模块包括编辑场景路线图模块、编辑初始化文件模块、配置动漫脚本模块和执行演练命令模块；解释引擎模块安装于第一计算机中， 3D演练模块安装于第二计算机中，两台计算机之间通过局域网连接，由第一计算机发送演练命令到第二计算机，由第二计算机执行命令并显示3D演练过程，第二计算机并把该演练命令的执行结果反馈到第一计算机。演练开始之前要完成3D演练模块的配置，配置的流程包括加载场景、编辑场景路线图、编辑初始化文件和配置动漫脚本。本发明将脚本解释技术、网络技术、3D虚拟现实技术相结合，构建一种3D可视应急预案自动演练系统，从安全生产入手，模拟对可能出现的突发事件的应急处理，对于提高事故应急处理能力，控制事故的发展和减少事故造成的伤亡和损失有很大帮助。本发明还是一种3D可视应急预案自动演练系统的实现方法，其特征在于脚本解释引擎模块与3D演练模块之间的通信包括脚本解释引擎模块发送演练命令到3D演练模块和3D演练模块将执行结果发送回脚本解释模块两个部分，其中脚本解释引擎模块发送到 3D演练模块的通信结构包括命令号，命令名，命令的执行者、命令的接收者、命令的执行媒介五个部分，3D演练模块发送回脚本解释引擎模块的通信结构包括命令号和执行结果两个部分；演练脚本生成模块生成演练脚本，脚本解释模块解释该脚本并与3D演练模块进行交互实现自动演练，其实现步骤包括步骤1 根据预案的基本流程利用脚本生成模块生成演练脚本，保存脚本文件，脚本生成模块通知脚本解释模块已生成脚本；步骤2 脚本解释模块连接3D，如果连接上，执行下一步，否则仍执行步骤2 ；步骤3 脚本解释模块解释生成的演练脚本，并生成3D能识别的演练命令，发送该演练命令给3D ；步骤4 :3D执行接收到的演练命令，并把执行结果反馈回脚本解释模块；步骤5 脚本解释模块接收3D返回的演练命令执行结果，如果演练脚本已解释结束，则执行下一步，否则执行步骤3 ；步骤6 整个演练过程结束。本发明针对目前应急演练过程的预案尚无自动演练系统，编制应急预案很难避免处理不当，考虑不完善等情况，提供一种通过脚本解释引擎控制3D系统，来模拟实际的演练过程。不仅能从视觉上直观的感受整个演练过程，从中发现预案制定中的不足，有助于更好的编制预案，而且能满足训练参演人员的目的，提高应急人员的熟练程度，明确各自的职责，提高应急反应能力。本发明的实现还在于脚本生成模块生成的脚本的语言结构包括基本命令语句， 条件语句，循环语句和并发语句；与之对应，脚本解释模块是根据脚本的语言结构建立对脚本的解释，分为基本命令语句解释，条件语句解释，循环语句解释和并发语句解释。其中条件控制语句、循环控制语句和并发控制语句是由基本命令加上条件，循环和并发构成的。本发明针对脚本的语言结构建立相应的解释，具体是通过脚本解释模块实现。本发明的实现还在于3D演练模块利用Lua脚本语言对从脚本解释引擎模块发来的命令进行解析，3D演练模块的实现流程包括4. 1、3D演练模块等待解释引擎模块的连接，如果连接上，则执行步骤4. 2，否则执行步骤4. 1 ；4. 2,3D演练模块接收解释引擎模块发送来的演练命令；4. 3、提取命令中需要的命令名，执行者，接收者和执行媒介信息；
4. 4、将该命令的命令名与动漫脚本模块中配置的脚本进行匹配，如果匹配成功， 执行步骤4. 5 ；4. 5、3D根据提取的基本信息生成一个该演练命令所对应的脚本的控制实例，控制实例根据脚本内容，创建对应于每个演练元素及其一步行为的子控制实例，每个子控制实例负责执行其控制的一个动漫元素的一步行为，并负责告知控制实例动漫元素行为的执行状态，控制实例根据脚本内容和子控制实例的执行情况，推进整个动漫脚本的运行；4. 6、3D在脚本执行完后向脚本解释模块返回命令的执行情况，如果演练完成，则执行步骤4. 7，否则执行步骤4. 2 ；4. 7、结束演练。本发明通过3D可视化技术应用于自动演练，形象的模拟演练流程，从视觉上直观的感受演练过程，另外通过脚本解释引擎控制3D模拟演练，同时还把3D演练模块的执行情况反馈给脚本解释模块，脚本解释模块根据接收到的执行情况再判断下一步的处理措施， 而不必解释所有的脚本，实现动态解释。本发明的实现还在于3D演练模块包括语音提示功能，对于演练过程中角色间的对话内容不仅用文字在屏幕上显示，还用语音朗读出来。本发明不仅具备可视化的特点，同时还对角色间的对话配以屏幕文字显示和语音朗读，文字、图形和语音的多途径来展现演练过程。本发明将脚本解释技术、网络技术、3D虚拟现实技术相结合，构建一种3D可视应急预案自动演练系统，用于模拟安全生成中可能出现的突发事件的应急处理。3D技术应用于模拟演练过程，能从视觉上更直观的感受整个演练过程，从中发现预案制定中的不足，有助于更好的编制预案。由于本发明通过脚本解释引擎控制3D演练模块完成预案的自动演练过程，同时还把3D演练模块的执行情况反馈给脚本解释模块，脚本解释模块根据该反馈决定下一步的处理措施，通过更改3D演练模块的执行情况来演练同一场景下的不同的处理流程等，从而尽可能的发现预案编制中的不足，避免在事故真正发生时造成不必要的损失。3D演练模块还包括语音合成功能，对于演练过程中角色间的对话内容不仅用文字在屏幕上显示，还用语音朗读出来，更加形象的展现演练过程，满足训练参演人员的目的，提高应急人员的熟练程度，提高应急反应能力。
图1是本发明的系统框架示意图；图2是本发明的3D演练模块的配置流程图；图3是本发明的脚本演练模块的流程；图4是本发明的3D演练模块流程；图5是利用本发明对中石化某公司所建立应急预案中的模拟厂区场景图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步详细说明实施例1本发明是一种3D可视应急预案自动演练系统，参见图1，包括第一计算机和第二计算机，本发明还包括解释引擎模块和3D演练模块，3D演练模块简称3D，本发明的解释引擎模块包括演练脚本生成模块和脚本解释模块，3D演练模块包括编辑场景路线图模块、 编辑初始化文件模块、配置动漫脚本模块和执行演练命令模块，。解释引擎模块安装于第一计算机中，3D演练模块安装于第二计算机中，两台计算机之间通过局域网连接，由第一计算机发送演练命令到第二计算机，由第二计算机执行命令并显示3D演练过程，第二计算机并把该演练命令的执行结果反馈到第一计算机。在演练开始之前首先要配置好3D演练模块，见图2，配置主要流程为场景加载、编辑场景路线图模块、编辑初始化文件模块和配置动漫脚本模块。配置的顺序分为场景加载， 然后再进行编辑场景路线图、编辑初始化文件和配置动漫脚本。其中编辑场景路线图是设置好场景中人物的运动路线，包括巡检人员巡检路线， 参与应急救援角色的救援路线，还有群众的逃生路线等。编辑初始化文件模块是包括人物初始化、车辆初始化和事故初始化，另外由于解释引擎模块是通过网络控制，所以还要配置解释引擎模块所在计算机的IP地址和通行端编辑初始化文件模块主要是在初始化场景文件是自动演练时，系统用来初始化3D 演练场景中的演练对象的各种状态，并向系统提供自动机地址和端口号的一个配置文件。在初始化文件中，分为两部分初始化信息，一部分是自动机的连接信息，即自动机的IP和端口号信息。另一部分是演练对象的初始化信息，演练对象可以分为三类演练人物角色，演练车辆和演练事故。在初始化文件当中分别对三类演练对象进行编辑和设置。其中人物角色要配置角色类型、角色索引和角色的初始化位置三个属性，车辆要配置的属性有车辆类型、车辆索引和车辆的初始化位置三个属性，突发事故要配置事故类型，事故索引、事故初始化位置和事故初始化时的状态四个属性。其中索引号，是一个演练对象区别与其它演练对象的唯一标识。也就是说，索引号和演练对象一一对应。演练系统也是根据此处提供的索引号来创建和管理演练对象的。演练事故的事故状态标签(〈AccidentState〉) 是用来说明事故在演练初始时的状态的。因为事故不一定是在演练开始时就发生的，也可能在演练进行的过程中发生和发展，所以需要一个属性来控制演练事故对象的状态。此状态在演练开始时由初始化文件所决定，在演练开始之后，由脚本解释引擎模块来控制。对于解释引擎模块发送到3D演练模块中的一条指令来说，对于不同的演练脚本， 对人物角色的数量、类型和执行的动作是不同的。在配置动漫脚本步骤中，就要对不同的演练命令，编辑相应的动漫脚本。配置动漫脚本模块步骤中，对于每一条演练命令都要分成两个部分配置，第一部分主要是负责演练对象的位置移动，告诉演练对象需要移动到哪一个位置，第二部分主要是负责演练对象的行为，告诉演练对象到达指定位置之后需要执行的动作是什么。实施例2本发明还是一种3D可视应急预案自动演练系统的实现方法，是在实施例1的系统上实现的。本发明的脚本解释引擎模块与3D演练模块之间的通信使用协议包括脚本解释引擎模块发送演练命令到3D演练模块和3D演练模块将执行结果发送回脚本解释模块两个部分，其中脚本解释引擎模块发送到3D演练模块的通信结构包括命令号，命令名，命令的执行者、命令的接收者、命令的执行媒介五个部分，3D演练模块发送回脚本解释引擎模块的通信结构包括命令号和执行结果两个部分。两个模块之间的交互非常频繁，本发明设计了简明的通信协议，使得通信畅通。演练脚本生成模块生成演练脚本，脚本解释模块解释该脚本并与3D演练模块进行交互实现自动演练。3D可视应急预案自动演练系统的实现方法，见图3，具体实现步骤包括步骤1 根据预案的基本流程利用脚本生成模块生成演练脚本，保存脚本文件，脚本生成模块通知脚本解释模块已生成脚本。脚本生成模块生成的脚本语言的结构包括基本命令语句，条件语句，循环语句和并发语句，这些语句保证了脚本足够演练使用，与之对应， 脚本解释模块是根据脚本的结构建立对脚本的解释，分为基本命令语句解释，条件语句解释，循环语句解释和并发语句解释。这些语句既保证对脚本真实解释，有能够满足3D格式上的要求。步骤2 脚本解释模块连接3D，如果连接上，执行下一步，否则仍执行步骤2 ；—直在寻求连接。步骤3 脚本解释模块解释生成的演练脚本，并生成3D能识别的演练命令，发送该演练命令给3D即3D演练模块。步骤4 :3D执行接收到的演练命令，并把执行结果反馈回脚本解释模块。步骤5 脚本解释模块接收3D返回的演练命令执行结果，如果演练脚本已解释结束，则执行下一步，否则执行步骤3。步骤6 整个演练过程结束。其中3D演练模块利用Lua脚本语言对从解释引擎模块发来的演练命令进行解析， 见图4，3D演练模块实现流程包括4. 1、3D演练模块等待解释引擎模块的连接，如果连接上，则执行下一步，否则继续等待连接，直到连接成功。4. 2、置于第二计算机中的3D演练模块接收置于第一计算机中的解释引擎模块发送来的演练命令。4. 3,3D演练模块提取命令中需要的命令名，执行者，接收者和执行媒介信息。4. 4、3D演练模块将该命令的命令名与动漫脚本模块中配置的脚本进行匹配，将该演练命令的命令名与动漫脚本模块中配置的脚本进行匹配是为了找到该演练命令对应的子动作集合，这些子动作集合在配置动漫脚本是完成，如果匹配成功，执行下一步。4. 5,3D根据提取的基本信息，基本信息就是命令名，执行者，接收者和执行媒介信息，根据基本信息生成一个该演练命令所对应的脚本的控制实例，控制实例根据脚本内容， 创建对应于每个演练元素及其一步行为的子控制实例，每个子控制实例负责执行其控制的一个动漫元素的一步行为，并负责告知控制实例动漫元素行为的执行状态，控制实例根据脚本内容和子控制实例的执行情况，推进整个动漫脚本的运行。4. 6、3D在脚本执行完后向脚本解释模块返回命令的执行情况，如果演练完成，则执行步骤4. 7，否则执行步骤4. 2。4. 7、结束演练。整个演练过程全程处于可视化状态下，可以监视整个演练过程，也可以审视整个演练过程存在的不足或有错的环节。为预案提出修改和完善的措施，以便以科学地，可预见型地防患于未然。实施例33D可视应急预案自动演练系统和3D可视应急预案自动演练系统的实现方法同实施例1-2。本发明的3D演练模块包括语音提示功能，对于演练过程中角色间的对话内容不仅用文字在屏幕上显示，还用语音朗读出来。实施例43D可视应急预案自动演练系统和3D可视应急预案自动演练系统的实现方法同实施例1-3。脚本解释模块对生成的演练脚本解释是与脚本生成模块生成的脚本结构对应的， 脚本解释模块根据脚本的结构分别分为基本命令语句解释，条件语句解释，循环语句解释和并发语句解释，基本命令语句解释是抽取命令所需项组成生成3D演练模块可以识别的命令，发送给3D演练模块，然后3D系统把执行的结果在发送到脚本解释模块。条件语句解释，首先根据以前命令的执行情况，判断条件是否满足，如果满足该条件就解释if内的内容，如果不满足则解释else内的内容。循环语句解释部分和条件语句解释部分相似，也是首先根据以前命令的执行结果，判断循环条件是否满足，如果满足则执行循环语句内的部分，如果循环条件不满足，则跳出循环执行循环语句后面的部分，并发语句解释部分同时解释并发语句各并发项并把解释的命令发送给3D解释模块执行。实施例53D可视应急预案自动演练系统和3D可视应急预案自动演练系统的实现方法同实施例1-4。本实例模拟中石化某分公司厂区管道发生泄漏，并引起火灾而进行的自动演练。 传统的预案演练需要布置现场、多人参与等，不仅费时费力，而且由于石化企业的高危险性，无法模拟事故发生的场景，像爆炸，火灾等都没法在演练中模拟。而本发明通过3D虚拟现实技术可以模拟管道或油罐发生泄漏、爆炸、引起火灾等事故。首先在演练开始前，要完成3D场景的加载、编辑场景路线图、编辑初始化文件和配置动漫脚本。完成3D配置后就可以利用脚本生成模块按照预案的处理流程，生成演练脚本。然后脚本生成模块通知脚本解释模块已生成脚本，然后脚本解释模块连接3D，连接上后就可以进行演练，脚本解释模块解释生成的演练脚本，然后生成演练命令发送给3D，3D接收到演练命令，然后提取命令名，执行者，接收者和执行媒介信息，并将提取的演练命令的命令名与已配置好的动漫脚本匹配， 如果匹配成功，3D根据提取的命令名，执行者，接收者和执行媒介信息生成对应的控制实例，控制对应的角色完成对应的动作。演练命令执行完成后，3D把该演练命令的执行结果反馈到脚本解释模块，然后脚本解释模块根据收到的执行结果，决定下面的解释。本发明的3D演练模块完成演练角色和场景加载后的场景图，参见图5，模拟的厂区场景中整体布局一目了然，包括管道，油罐等容易发生事故的地方，以及应急消防、疏散通道，这些地方需要特别注意，巡检人员必须要检查，所以在编辑场景路线图，要注意巡检路线要经过上述要特别注意的地方。场景为正常状况下有巡检人员和工段长，其中巡检人员正在厂区进行巡检。本发明综合应用脚本解释技术、3D虚拟现实技术、网络技术和语音合成技术，通过脚本解释引擎控制3D来模拟自动演练过程，能从视觉上直观的感受整个演练过程，另外演练过程中加入语音合成技术，更能形象的展现演练过程，从而有助于发现预案制定中的不足，帮助预案的改进，而且能满足训练参演人员的目的，提高应急人员的熟练程度和应急反应能力。
权利要求
1.一种3D可视应急预案自动演练系统，包括第一计算机和第二计算机，其特征在于 还包括解释引擎模块和3D演练模块，3D演练模块简称3D，所述解释引擎模块包括演练脚本生成模块和脚本解释模块，3D演练模块包括编辑场景路线图模块、编辑初始化文件模块、 配置动漫脚本模块和执行演练命令模块；解释引擎模块安装于第一计算机中，3D演练模块安装于第二计算机中，两台计算机之间通过局域网连接，由第一计算机发送演练命令到第二计算机，由第二计算机执行命令并显示3D演练过程，第二计算机并把该演练命令的执行结果反馈到第一计算机；演练开始之前要完成3D演练模块的配置，配置的流程包括加载场景、编辑场景路线图、编辑初始化文件和配置动漫脚本。
2.—种3D可视应急预案自动演练系统的实现方法，其特征在于脚本解释引擎模块与 3D演练模块之间的通信包括脚本解释引擎模块发送演练命令到3D演练模块和3D演练模块将执行结果发送回脚本解释模块两个部分，其中脚本解释引擎模块发送到3D演练模块的通信结构包括命令号，命令名，命令的执行者、命令的接收者、命令的执行媒介五个部分，3D 演练模块发送回脚本解释引擎模块的通信结构包括命令号和执行结果两个部分；演练脚本生成模块生成演练脚本，脚本解释模块解释该脚本并与3D演练模块进行交互实现自动演练，其实现步骤包括步骤1 根据预案的基本流程利用脚本生成模块生成演练脚本，保存脚本文件，脚本生成模块通知脚本解释模块已生成脚本；步骤2 脚本解释模块连接3D，如果连接上，执行下一步，否则仍执行步骤2 ；步骤3 脚本解释模块解释生成的演练脚本，并生成3D能识别的演练命令，发送该演练命令给3D ；步骤4 :3D执行接收到的演练命令，并把执行结果反馈回脚本解释模块；步骤5 脚本解释模块接收3D返回的演练命令执行结果，如果演练脚本已解释结束，则执行下一步，否则执行步骤3;步骤6:整个演练过程结束。
3.根据权利要求2所述的3D可视应急预案自动演练的实现方法，其特征在于脚本生成模块生成的脚本语言结构包括基本命令语句，条件语句，循环语句和并发语句；与之对应，脚本解释模块是根据脚本的结构建立对脚本的解释，分为基本命令语句解释，条件语句解释，循环语句解释和并发语句解释。
4.根据权利要求2或3所述的3D可视应急预案自动演练系统的实现方法，其特征在于3D演练模块利用Lua脚本语言对从脚本解释引擎模块发来的命令进行解析，3D演练模块的实现流程包括4. 1. 3D演练模块等待解释引擎模块的连接，如果连接上，则执行步骤4. 2，否则执行步骤 4. 1 ；4. 2. 3D演练模块接收解释引擎模块发送来的演练命令；4.3.提取命令中需要的命令名，执行者，接收者和执行媒介信息；4. 4.将该命令的命令名与动漫脚本模块中配置的脚本进行匹配，如果匹配成功，执行步骤4. 5 ；4. 5. 3D根据提取的基本信息生成一个该演练命令所对应的脚本的控制实例，控制实例根据脚本内容，创建对应于每个演练元素及其一步行为的子控制实例，每个子控制实例负责执行其控制的一个动漫元素的一步行为，并负责告知控制实例动漫元素行为的执行状态，控制实例根据脚本内容和子控制实例的执行情况，推进整个动漫脚本的运行；·4.6. 3D在脚本执行完后向脚本解释模块返回命令的执行情况，如果演练完成，则执行步骤4. 7，否则执行步骤4.2 ；·4.7.结束演练。
5.根据权利要求4所述的3D可视应急预案自动演练的实现方法，其特征在于3D演练模块包括语音提示功能，对于演练过程中角色间的对话内容不仅用文字在屏幕上显示，还用语音朗读出来。
全文摘要
本发明公开了一种3D可视应急预案自动演练系统和实现方法，属于可视化预案技术领域。系统主要包括脚本解释引擎模块和3D演练模块两个部分，其中脚本解释模块包括脚本生成模块和脚本脚本解释模块，3D演练模块包括辑场景路线图模块、编辑初始化文件模块、配置动漫脚本模块和执行演练命令模块。本发明综合应用脚本解释技术、3D虚拟现实技术、网络技术和语音合成技术，通过脚本解释引擎控制3D来模拟自动演练过程，能从视觉上直观的感受整个演练过程，另外演练过程中加入语音合成技术，更能形象的展现演练过程，从而有助于发现预案制定中的不足，帮助预案的改进，而且能满足训练参演人员的目的，提高应急人员的熟练程度和应急反应能力。
文档编号G09B9/00GK102222425SQ201110199420
公开日2011年10月19日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者周杨, 周海龙, 张亮, 张志钦, 杨钊, 池小宾, 沈晨, 沈沛意, 肖潇, 衡量, 钟章平 申请人:西安电子科技大学