一种三维消防培训及演练评估方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维消防培训及演练评估系统，包括数据层和应用层，数据层包括石化企业基础数据库，三维数据库和专家知识库；应用层包括基础理论培训平台、消防装备操作规程培训平台、典型化工事故案例培训平台和化工事故消防应急演练及评估培训平台，基础理论培训平台用于消防理论学习、答题、评分；消防装备操作规程培训平台用于消防装备的三维可视化培训；典型化工事故案例培训平台用于历史上发生过的化工事故案例的培训；化工事故消防应急演练及评估培训平台用于炼油装置、化工装置、储运罐区的消防应急演练及评估。本发明系统实现岗位练兵、消防装备、典型事故培训、事故应急演练和演练评估的三维数字化演练的培训。
【专利说明】一种三维消防培训及演练评估方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及虚拟现实【技术领域】，尤其涉及一种三维消防培训及演练评估方法及系统。
【背景技术】
[0002]从虚拟现实技术目前发展的状况来看，信息技术发达的国家，正在把虚拟现实技术应用于大规模的军事演习，比如武器性能评价、武器操纵训练、甚至核武器试验及局部战争中。另外，航空航天领域虚拟风洞，美国波音公司已经开始应用虚拟现实技术去设计飞行产品，设计人员能身临其境观察飞机外形、内部结构及布局效果，利用三维动画对飞行进行动态研究、飞行轨迹研究，对改进飞行器材的不足提供极大的方便，试飞员也可以在实验室内完成模拟飞行，对飞行器材作性能评价。医学上虚拟手术台、模拟人体器官、工程上用来开发工业产品，如波音公司的虚拟飞机以及商业、教育、网络等领域都对虚拟现实技术进行广泛应用研究。
[0003]虚拟现实在石化企业在安全管理、员工培训等方面也有大量的应用案例。如基于虚拟现实石化企业的消防应急演练、事故培训教育等，特别是利用虚拟培训技术对员工进行培训已经成为一种趋势。如英特尔公司开发的虚拟库房员工培训程序，每年仅培训成本就可节省50万美元。这两个项目都将虚拟虚拟现实技术应用到了化工安全中，但是它们主要涉及的是事故展示交流和安全培训，在消防演练培训数字化方面功能不足，从而限制了虚拟现实技术在化工安全中的更广泛的应用。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种三维消防培训及演练评估方法及系统，通过对消防培训和演练评估数字化技术的研究，优化目前消防演练培训训练的模式和效果，给员工提供近似实战的条件下运用装备去完成各种灭火技术和战术训练，为消防指挥员和消防队员提供安全操作培训、应急预案演练及评估等功能。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的:
一种三维消防培训及演练评估系统，包括数据层和应用层，数据层向应用层提供数据支持，其中:
所述数据层包括石化企业基础数据库，三维数据库和专家知识库；
所述应用层包括基础理论培训平台、消防装备操作规程培训平台、典型化工事故案例培训平台和化工事故消防应急演练及评估培训平台，其中:
所述基础理论培训平台用于消防理论学习、答题、评分，支持培训课程的二次开发；
所述消防装备操作规程培训平台用于消防装备的三维可视化培训，包括消防装备操作学习、模拟操作、答题和考评，支持新增消防车及装备培训课程的二次开发；
所述典型化工事故案例培训平台用于历史上发生过的化工事故案例的培训，包括事故案例的模拟、讲解和战术学习培训； 所述化工事故消防应急演练及评估培训平台用于炼油装置、化工装置、储运罐区的消防应急演练及评估。
[0006]上述三维消防培训及演练评估系统，其中，所述石化企业基础数据库包括石化企业基础信息和地理信息数据；
所述三维数据库包括炼油装置三维模型、化工装置三维模型、储运罐区三维模型以及典型设备的精细三维模型；
所述专家知识库存储内容包括消防基本知识、消防灭火救援培训知识、企业安全操作培训知识、事实数据、由专家经验得到的启发式知识以及常识性知识。
[0007]上述三维消防培训及演练评估系统，其中，所述化工装置三维模型包括常减压装置模型、催化裂化装置模型、加氢精制装置模型、焦化装置模型、乙烯裂解装置模型和芳烃装置模型。
[0008]上述三维消防培训及演练评估系统，其中，所述储运罐区三维模型包括外浮顶罐、内浮顶罐、拱顶罐和球罐。
[0009]上述三维消防培训及演练评估系统，其中，所述典型化工事故案例培训平台实现在标准数字化场景下的典型事故仿真，所述典型事故仿真包括火灾、烟气和泄漏的数字化模拟，其中火灾数字化模型包括地面流淌火模型、装置立体火模型、球罐火模型和油罐火模型。
[0010]上述三维消防培训及演练评估系统，其中，所述典型化工事故案例培训平台进一步实现事故后装置的状态外观三维模拟。
[0011]上述三维消防培训及演练评估系统，其中，所述系统提供多种和培训场景的交互模式，包括鼠标和键盘操作、操作杆操作。
[0012]一种三维消防培训及演练评估方法，其中，包括下列步骤:
系统开始，用户登录后身份验证，用户在系统中选择学习模式或操作模式或考核模式，所述学习模式为自动式播放培训课程，所述操作模式下用户可交互式答题、操作消防装置、交互消防演练，所述考核模式在实现所述操作模式的功能基础上，实现评分及演练评估功倉泛;
所述学习模式、所述操作模式和所述考核模式均包括岗位练兵单元、消防装备单元、典型事故培训单元和应急演练及演练评估单元；
所述岗位练兵单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中进行虚拟漫游和答题培训；
所述消防装备单元中，用户接收消防工具操作的培训与考核，所述消防装备单元提供了与消防装备实际操作相同的三维模拟培训；
所述典型事故培训单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中根据事故案例模拟消防救援的过程；
所述应急演练及演练评估单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中进行灭火技术和作战方案的制定和灭火方案的标注，用于作战方案的讲解和培训。
[0013]上述三维消防培训及演练评估方法，其中，三维装置场景培训单元中的三维装置模型包括三维炼油装置和三维化工装置，所述三维灌区场景培训单元中的三维模型包括外浮顶罐、内浮顶罐、拱顶罐和球罐。[0014]与已有技术相比，本发明的有益效果在于:
本发明丰富了石化企业消防队演练和培训的支撑手段，方便了消防队日常训练、应急预案查询和应急指挥及演习；配合系统中消防泡沫灭火力量的计算，消防路、消防器械、灭火力量的展示等功能，为员工培训和事故状态下应急救援提供了极大的辅助决策支撑。
[0015]本发明不但可以为消防支队提供先进的三维安全管理平台，加强消防预案的管理，同时也可以为消防支队提供应急演练和安全培训的平台，在三维场景中进行石化高塔典型事故重现，而且还可以为企业提供基于网络的多人多角色应急演练系统，从而控制事故规模，最大程度上降低事故造成的损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是依据本发明三维消防培训及演练评估系统的一个具体实施例的系统结构框图；
图2是依据本发明三维消防培训及演练评估方法的流程示意框图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。
[0018]本发明三维消防培训及演练评估系统包括数据层和应用层，数据层向应用层提供数据支持，如图1所示，数据层包括石化企业基础数据库，三维数据库和专家知识库，应用层包括基础理论培训平台、消防装备操作规程培训平台、典型化工事故案例培训平台和化工事故消防应急演练及评估培训平台。石化企业基础数据库包括石化企业基础信息和地理信息数据。三维数据库包括炼油装置三维模型、化工装置三维模型、储运罐区三维模型以及典型设备的精细三维模型。专家知识库存储内容包括消防基本知识、消防灭火救援培训知识、企业安全操作培训知识、事实数据、由专家经验得到的启发式知识以及常识性知识。
[0019]基础理论培训平台用于消防理论学习、答题、评分，支持培训课程的二次开发，具体包括“消防六熟悉”内容的三维数字化培训，建立符合消防操作标准的培训题库，并实现题库和训练的三维场景相关联，同时本培训平台可以实现通过系统设定脚本，自定义进行培训题库二次开发。
[0020]消防装备操作规程培训平台用于消防装备的三维可视化培训，包括消防装备操作学习、模拟操作、答题和考评，支持新增消防车及装备培训课程的二次开发。
[0021]典型化工事故案例培训平台用于历史上发生过的化工事故案例的培训，包括事故案例的模拟、讲解和战术学习培训。典型化工事故案例培训平台实现在标准数字化场景下的典型事故仿真，典型事故仿真包括火灾、烟气和泄漏的数字化模拟，其中火灾数字化模型包括地面流淌火模型、装置立体火模型、球罐火模型和油罐火模型。系统需要预置已经发生过的历史重大典型事故案件，能够直接对事故进行再现培训。典型事故预案培训是通过系统实现灭火作战预案的布置与讲解。典型化工事故案例培训平台进一步实现事故后装置的状态外观三维模拟。
[0022]化工事故消防应急演练及评估培训平台用于炼油装置、化工装置、储运罐区的消防应急演练及评估。化工装置三维模型包括常减压装置模型、催化裂化装置模型、加氢精制装置模型、焦化装置模型、乙烯裂解装置模型和芳烃装置模型。储运罐区三维模型包括外浮顶罐、内浮顶罐、拱顶罐和球罐。
[0023]系统提供多种和培训场景的交互模式，包括鼠标和键盘操作、操作杆操作。用户通过鼠标，键盘或者操作杆在虚拟场景中进行学习、模拟培训和考核。
[0024]整个系统建立了一个10台计算机和交互设备组成的体验式培训环境，10台计算机组成局域网，包括以下内容:10台台式计算机，I台交换机以及网络综合布线，5套交互操作设备。
[0025]本发明所涉及的一种三维消防培训及演练评估方法，如图2所示，具体包括下列步骤:
系统开始，用户登录后身份验证，用户在系统中选择学习模式或操作模式或考核模式，所述学习模式为自动式播放培训课程，操作模式下用户可交互式答题、操作消防装置、交互消防演练，考核模式在实现操作模式的功能基础上，实现评分及演练评估功能；
学习模式、操作模式和考核模式均包括岗位练兵单元、消防装备单元、典型事故培训单元和应急演练及演练评估单元；
岗位练兵单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中进行虚拟漫游和答题培训；
消防装备单元中，用户接收消防工具操作的培训与考核，消防装备单元提供了与消防装备实际操作相同的三维模拟培训；
典型事故培训单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中根据事故案例模拟消防救援的过程；
应急演练及演练评估单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中进行灭火技术和作战方案的制定和灭火方案的标注，用于作战方案的讲解和培训。
[0026]三维装置场景培训单元中的三维装置模型包括三维炼油装置和三维化工装置，三维灌区场景培训单元中的三维模型包括外浮顶罐、内浮顶罐、拱顶罐和球罐。
[0027]基于本发明提供的三维消防培训及演练评估方法，用户的操作方式如下:
三维消防培训及演练评估系统登录
打开IE浏览器，输入网址，在登录界面输入用户名和密码进行登录。
[0028]系统可模拟不同角色的下的消防培训，包括指挥员、战斗员、消防车司机，输入不同权限的用户名可进行不同角色下进行培训。
[0029]进入系统后，可选择“学习”、“操作”、“考核”三维模式，每种模式下都包括岗位练兵、消防装备、典型事故培训、事故应急演练和演练评估四部分。其中，学习模式为自动式的播放培训课程；操作模式下用户可交互式的答题、操作消防装置、交互的消防演练，但无评分功能；考核模式下在实现操作模式的功能基础上，实现评分及演练评估功能。以下主要介绍考核模式下的实施方式。
[0030]点击“考核”按钮，使系统进行考核模式
当前状态下，系统可选择岗位练兵、消防装备、典型事故培训、应急演练及演练评估四个培训章节。
[0031]点击“岗位练兵”，系统可选择三维装置场景和三维罐区场景的培训课程，任选其一，如选择三维罐区场景，消防员以第一人称形式操作一个虚拟人进行答题式的培训。虚拟人在三维罐区自行漫游，走到培训点处，系统弹出相关的培训题目，受训人员进行答题，每20个题为一组，答完一组题后系统进行评分。
[0032]点击“消防装备”，可进行消防炮、消防枪等消防工具操作的培训与考核。系统提供了与消防装备实际操作相同的三维模拟培训，可以操作面板上模拟消防装备的各种操作，系统模拟操作规程评分。
[0033]点击“典型事故培训”，系统可进行典型事故案例的培训，可选择三维装置场景和三维罐区场景的培训课程，任选其一，如选择三维罐区场景，指挥员可以学习历史上发生的典型事故案例，并根据事故案例模拟消防救援的过程，系统根据处理情况进行打分。
[0034]点击“应急演练及演练评估”，可选择三维装置场景和三维罐区场景的培训课程，任选其一，可以系统内进行灭火技术和作战方案的制定，灭火方案的标注，用于作战方案的讲解和培训，实现指挥员案例桌面推演战斗布置。
[0035]本发明系统采用VC++，OpenGL等底层开发工具，开发三维消防演练培训数字化引擎，软件可扩展性强；采用与第三方建模软件工具通用的3DS模型格式文件，通用性强，生成所需要的三维模型；系统将消防技术和应急演练专业业务模型与计算机信息技术相结合，实现岗位练兵、消防装备、典型事故培训、事故应急演练和演练评估的三维数字化演练的培训。
[0036]以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种三维消防培训及演练评估系统，包括数据层和应用层，数据层向应用层提供数据支持，其特征在于: 所述数据层包括石化企业基础数据库，三维数据库和专家知识库； 所述应用层包括基础理论培训平台、消防装备操作规程培训平台、典型化工事故案例培训平台和化工事故消防应急演练及评估培训平台，其中: 所述基础理论培训平台用于消防理论学习、答题、评分，支持培训课程的二次开发； 所述消防装备操作规程培训平台用于消防装备的三维可视化培训，包括消防装备操作学习、模拟操作、答题和考评，支持新增消防车及装备培训课程的二次开发； 所述典型化工事故案例培训平台用于历史上发生过的化工事故案例的培训，包括事故案例的模拟、讲解和战术学习培训； 所述化工事故消防应急演练及评估培训平台用于炼油装置、化工装置、储运罐区的消防应急演练及评估。
2.根据权利要求1所述的三维消防培训及演练评估系统，其特征在于: 所述石化企业基础数据库包括石化企业基础信息和地理信息数据； 所述三维数据库包括炼油装置三维模型、化工装置三维模型、储运罐区三维模型以及典型设备的精细三维模型； 所述专家知识库存储内容包括消防基本知识、消防灭火救援培训知识、企业安全操作培训知识、事实数据、由专家经验得到的启发式知识以及常识性知识。
3.根据权利要求2所述的 三维消防培训及演练评估系统，其特征在于，所述化工装置三维模型包括常减压装置模型、催化裂化装置模型、加氢精制装置模型、焦化装置模型、乙烯裂解装置模型和芳烃装置模型。
4.根据权利要求2所述的三维消防培训及演练评估系统，其特征在于，所述储运罐区三维模型包括外浮顶罐、内浮顶罐、拱顶罐和球罐。
5.根据权利要求1所述的三维消防培训及演练评估系统，其特征在于，所述典型化工事故案例培训平台实现在标准数字化场景下的典型事故仿真，所述典型事故仿真包括火灾、烟气和泄漏的数字化模拟，其中火灾数字化模型包括地面流淌火模型、装置立体火模型、球罐火模型和油罐火模型。
6.根据权利要求5所述的三维消防培训及演练评估系统，其特征在于，所述典型化工事故案例培训平台进一步实现事故后装置的状态外观三维模拟。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的三维消防培训及演练评估系统，其特征在于，所述系统提供多种和培训场景的交互模式，包括鼠标和键盘操作、操作杆操作。
8.—种如权利要求1至7中任意一项所述的三维消防培训及演练评估方法，其特征在于，包括下列步骤: 系统开始，用户登录后身份验证，用户在系统中选择学习模式或操作模式或考核模式，所述学习模式为自动式播放培训课程，所述操作模式下用户可交互式答题、操作消防装置、交互消防演练，所述考核模式在实现所述操作模式的功能基础上，实现评分及演练评估功倉泛; 所述学习模式、所述操作模式和所述考核模式均包括岗位练兵单元、消防装备单元、典型事故培训单元和应急演练及演练评估单元；所述岗位练兵单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中进行虚拟漫游和答题培训； 所述消防装备单元中，用户接收消防工具操作的培训与考核，所述消防装备单元提供了与消防装备实际操作相同的三维模拟培训； 所述典型事故培训单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中根据事故案例模拟消防救援的过程； 所述应急演练及演练评估单元中，用户在三维装置场景培训单元或三维灌区场景培训单元中进行灭火技术和作战方案的制定和灭火方案的标注，用于作战方案的讲解和培训。
9.根据权利要求8所述的三维消防培训及演练评估方法，其特征在于，三维装置场景培训单元中的三维装置模型包括三维炼油装置和三维化工装置，所述三维灌区场景培训单元中的三维模型包括外浮顶罐、内浮顶罐`、拱顶罐和球罐。
【文档编号】G09B9/00GK103793396SQ201210423260
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2012年10月30日
【发明者】李磊, 王志强 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院