专利名称：矿井仿真模拟培训演练系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿井安全技术领域，具体涉及一种针对矿井工人及救护队员的模拟培 训演练系统。
背景技术：
矿井工作环境复杂，灾害多发，对于煤矿矿井，瓦斯灾害、突出灾害、火灾灾害、透 水灾害、顶板灾害均有可能发生，容易造成群死群伤的重大事故。为了降低矿井事故对人的 灾害，中国相关安全法规中规定了矿山需对职工进行安全教育、培训，未经安全教育、培训 的，不得上岗作业。但是目前的安全教育中通常是以传统的课堂授课或文字材料的方式，不 能构建相应的虚拟现实仿真环境，显得不够直观，不能给被培训者以深刻的印象。公开号为CN1821548A的中国发明专利申请公开说明书中公开了一种矿井下自然 灾害模拟系统，其设置在废弃巷道或巷道模型内，用以模拟矿井下的自然灾害，但其不是虚 拟现实仿真环境，而是在真实的巷道内布置模拟系统，布置难度较大，受环境影响较大，而 且其只是模拟自然灾害，摄像后将图像信号传出供人观看，不能让人身临其境，不能做到人 机交互和互动，也不能对演练结果进行评价。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种矿井仿真模拟培训演练系统，能让 人身临其境，并能实现人机交互和互动，还可对演练结果进行评价。本发明的目的是这样实现的矿井仿真模拟培训演练系统，包括3D环幕放映子系统，用以放映矿井下的灾害预兆3D场面、灾害发生3D场面和灾害 发生后3D场面；人机交互子系统，用以与主控模块交互灾害判断、处置评价测试；同步互动子系统，用以模拟灾害现场的动态效果；人体行为检测子系统，用以检测被训人员行为动作；人体生理监测子系统，用以获取人体生理参数；主控模块，用于对3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行 为检测子系统和人体生理监测子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为 检测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价子系统；培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监 测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价。进一步，所述3D环幕放映子系统由120°环形银幕和4台投影设备组成，或由 360°环形银幕和12台投影设备组成；进一步，所述人机交互子系统包括电子题板或无线耳麦中的至少一种；进一步，所述同步互动子系统包括强光灯、扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、 高温发生装置、浓烟发生装置中的至少一种；
进一步，所述震动装置包括仿真模拟培训演练台、至少4只气缸，所述气缸支撑于 所述仿真模拟培训演练台下，所述气缸的活塞外套有减震弹簧；进一步，所述人体行为检测子系统包括摄像装置和分布设置的至少一个光电传感
装置；进一步，所述人体生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感 器；进一步，所述人体生理监测子系统还包括无线发射装置，将获取的监测数据无线 传输到主控模块；进一步，所述培训演练评价子系统包括人体心理评价模块，通过人体生理监测子系统获得的人体生理参数监测数据，按 照医学及心理学原理，对被训人员心理素质及承受能力进行评价；灾害预判评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾害预兆的判断和估 计数据，对其预判能力进行评价；人体行为评价模块，通过摄像装置和光电传感装置获得被训人员在模拟灾害中的 活动数据，判断人体行为是否正确；灾后处置评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾后的处置方法的判 断，对其处置能力进行评价。本发明的优点在于采用计算机3D模拟仿真，虚拟现实等新技术，可对煤矿井工， 救护队员的安全意识，煤矿灾害事故征兆预判，灾害发生时的心理和处置技能进行培训，并 给出相应评价。针对煤矿井下灾害预兆，发生过程及灾后环境场景的3D模拟，同步产生与 场景同步的声、光、震动、高温、浓烟等灾害动态环境，监测被训人员的互动行为，可对被训 人员灾害预判、处置能力和行为进行评判，以及监测人体生理参数，以对被训者心理和生理 状况进行评价。本发明的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1示出了矿井仿真模拟培训演练系统的结构示意图；图2示出了矿井仿真模拟培训演练系统中震动装置的结构示意图；图3示出了矿井仿真模拟培训演练系统中冲击波发生装置的结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的具体实施方式
进行说明。参见图1，矿井仿真模拟培训演练系统，包括3D环幕放映子系统、人机交互子系 统、同步互动子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统、主控模块和培训演练评 价子系统。3D环幕放映子系统，由120°环形银幕和4台投影设备组成，每2台投影设备为一
4组，两组投影设备分别与120°环形银幕的左、右侧相对设置，可投影3D影像，用以放映矿 井下的灾害预兆3D场面、灾害发生3D场面和灾害发生后3D场面，现场沉浸感强；此外，3D 环幕放映子系统也可由360°环形银幕和12台投影设备组成。人机交互子系统，由电子题板和无线耳麦组成，可与主控模块进行交互，主控模块 将灾害现场参数和情况通过电子题板和/或无线耳麦传输给被训者，被训者亦可通过电子 题板和无线耳麦回答相关问题，以确定其对灾害预兆和灾害处置的判断能力；用以与主控 模块交互灾害判断、处置评价测试。所述同步互动子系统包括强光灯、扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、高温发 生装置、浓烟发生装置，用以同步制造灾害现场的声、光、震动、高温、浓烟等灾害动态环境， 以增强体验；参见图2，所述震动装置包括仿真模拟培训演练台4，以及至少4只气缸5，所 述气缸5的活塞导杆1支撑于所述仿真模拟培训演练台4下，所述活塞导杆1外套有减震 弹簧3，气缸5可支撑于地面，或和底板2上；所述强光灯为产生强光的脉冲氙灯，当屏幕出 现爆炸，火灾等场景时，由控制系统控制脉冲氙灯的开启，同步产生强光效果；所述扬声装 置包括功率放大和扬声器。当屏幕出现有声音的场景时，由控制系统控制，同步播放相应的 声音效果；参见图3，所述冲击波发生装置由导向管筒6和冲击波发生源组成，所述冲击波 发生源设置在导向管筒6内，冲击波发生源由高压空气罐8和罐盖开启机构7组成，也可以 由一定容量罐装的爆炸性气体组成，当屏幕出现爆炸场景时，由控制系统控制高压气罐盖 的瞬间开启或点爆爆炸性气体，产生冲击波，导向管筒将冲击波引向被训者。所述高温发生 装置由电加热红外发生器组成，当屏幕出现火灾场景时，控制系统根据火烧大小控制发热 器温度高低，主要以辐射方式让被训者感受高温。所述浓烟发生装置可采用舞台发烟机，当 屏幕出现火灾闷烧场景时，主控模块控制其发烟，并根据能见度要求控制发烟量的大小。人体行为检测子系统，包括摄像装置和光电传感装置，所述光电传感装置为对射 式红外传感器，分布式安装在培训演练现场，将获取的数据传输到主控模块。当人体移动 时，人体会挡住光线，从而可检测出人体的移动，可通过图像识别软件分析摄像装置获得的 图像中的人体移动数据，并综合光电传感装置获得的人体移动数据，从而作出评判。所述人体生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器、呼吸频率传感器和无线 发射装置，血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感器获得的数据通过无线发射装置发射 到主控模块。主控模块，可使用PC机，用于对3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子 系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系 统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价系统。培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监 测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价；具体包括人体心理评价模块，通过人体生理监测子系统获得的人体生理参数监测数据，按 照医学及心理学原理，对被训人员心理素质及承受能力进行评价。灾害预判评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾害预兆的判断和估 计数据，对其预判能力进行评价。具体为当屏幕出现某种灾害预兆场景或出现文字提问 时，被训人员通过电子体板或无线耳麦，报告和回答相关问题，根据答题的对错给以相应分数。
人体行为评价模块，通过摄像装置和光电传感装置获得被训人员在模拟灾害中的 活动数据，判断人体行为是否正确，根据人体行为正确与否，给于相应分数。灾后处置评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾后的处置方法正确 与否的判断，给予相应分数，对其处置能力进行评价。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人 员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的 这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些 改动和变型在内。
权利要求
矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于包括3D环幕放映子系统，用以放映矿井下的灾害预兆3D场面、灾害发生3D场面和灾害发生后3D场面；人机交互子系统，用以与主控模块交互灾害判断、处置评价测试；同步互动子系统，用以模拟灾害现场的动态效果；人体行为检测子系统，用以检测被训人员行为动作；人体生理监测子系统，用以获取人体生理参数；主控模块，用于对3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价子系统；培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价。
2.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述3D环幕放映子 系统由120°环形银幕和4台投影设备组成，或由360°环形银幕和12台投影设备组成。
3.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人机交互子系 统包括电子题板或无线耳麦中的至少一种。
4.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述同步互动子系 统包括强光灯、扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、高温发生装置、浓烟发生装置中的至 少一种。
5.如权利要求4所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述震动装置包括 仿真模拟培训演练台、至少4只气缸，所述气缸支撑于所述仿真模拟培训演练台下，所述气 缸的活塞外套有减震弹簧。
6.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人体行为检测 子系统包括摄像装置和分布设置的至少一个光电传感装置。
7.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人体生理监测 子系统包括血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感器。
8.如权利要求7所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述人体生理监测 子系统还包括无线发射装置，将获取的监测数据无线传输到主控模块。
9.如权利要求1至8中任一项所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于所述 培训演练评价子系统包括人体心理评价模块，通过人体生理监测子系统获得的人体生理参数监测数据，按照医 学及心理学原理，对被训人员心理素质及承受能力进行评价；灾害预判评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾害预兆的判断和估计数 据，对其预判能力进行评价；人体行为评价模块，通过摄像装置和光电传感装置获得被训人员在模拟灾害中的活动 数据，判断人体行为是否正确；灾后处置评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾后的处置方法的判断， 对其处置能力进行评价。
全文摘要
本发明涉及矿井安全技术领域，具体涉及一种针对矿井工人及救护队员的模拟培训演练系统，能让人身临其境，并能实现人机交互和互动，还可对演练结果进行评价；本发明的目的是这样实现的矿井仿真模拟培训演练系统，包括3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统、主控模块和培训演练评价子系统，所述主控模块，用于对其余子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价子系统；培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价。
文档编号G09B19/00GK101968934SQ20101029223
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者刘林, 唐述明, 张广勋, 张锐睿, 李孝揆, 杨俊燕, 王波, 胡千庭, 赵善扬, 陈迪 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院