一种灭火训练过程交互、成绩评估装置及方法与流程

本发明涉及火灾消防领域，具体是一种灭火训练过程交互、成绩评估装置及方法。

背景技术：

灭火训练设施性能取决于模拟灭火过程的逼真度以及对训练成绩的有效评估性能。近年来，燃气真火训练装置广泛应用于消防灭火训练之中，在解决环保问题的同时，灭火过程在表现力方面还存在差距，如何逼真的表现火灾过程和灭火过程的行为特征，建立消防灭火训练人员与火灾模拟装置生成火焰之间的交互行为，并对灭火训练过程进行量化评分，成为各级训练机构十分关心的问题。

现有技术中，燃气真火灭火训练过程交互、成绩评估的方法分为三类：

第一类是现场教练员根据现场人员的表现人工打分，并手动控制火势的启停；

第二类是依据灭火训练系统承接火焰区域喷洒的消防水量，控制火焰启停，并依据水量和灭火时间计算成绩；

第三类是依据灭火训练系统采集火焰区域温度，按照预设的温度控制火焰启停，并依据灭火时间计算成绩。

而本发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术中至少存在如下技术问题：

1.现有技术中，信息采集不够完整，不足以表现灭火训练的完整过程。

2.成绩评估仅仅依靠灭火训练过程经历的时间判别，难以覆盖灭火训练要求的动作、姿态、水枪入射角度、水雾开花范围等指标，缺少区分人群准确衡量参训人员整体训练水平的手段。

3.教练员在实施训练过程中，受到火灾模拟环境的条件限制，难以全面跟进参训人员实施灭火的全过程，通过人工调节火势实现交互存在较大的延时和滞后性，与火灾变化过程偏差较大，交互效果较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供灭火训练过程交互、成绩评估装置及方法，用于对灭火训练过程中参训人员灭火训练质量进行评估，以解决现有技术中存在的不能灵活反映不同的灭火行为对灭火过程中火势的影响，不能自动辨识灭火行为有效性，对于灭火训练质量的定量描述，缺少客观评价的技术问题。

一种灭火训练过程交互、成绩评估装置，包括火势变化规律存储模块、火势判别传感器序列获取模块、灭火剂覆盖效果辨识模块、灭火过程交互控制模块、灭火训练成绩评估模块；

所述火势变化规律存储模块，用于根据训练导控人员的输入场景变量索引，给出预设的灭火训练火势变化规律、控制节点、区间采样周期、采样周期长度、状态调整阈值；

所述火势判别传感器序列获取模块，用于根据训练导控人员的输入的燃烧器索引，给出预设的火势判别传感器的布置形式数据，并自动导入相应的火势判别传感器序列获取算法程序，得出任意采样周期内参与评估的火焰燃烧区域火势判别传感器组合数据；

所述灭火剂覆盖效果辨识模块，用于根据任意采样周期内参与评估的火焰燃烧区域火势判别传感器组合数据，获取其检测数值，依据灭火剂覆盖效果评估程序，计算有效灭火行为特征分，所述有效灭火行为特征分评价灭火过程中，灭火剂对火焰区域覆盖效果的综合评估分，包括灭火剂对火焰区域覆盖范围的评估分，以及灭火剂对火焰区域的冷却效果的评估分，两者加权求和获得有效灭火行为特征分；

所述灭火过程交互控制模块，用于根据区间内有效灭火行为特征分，调用火势控制逻辑及判别火势调整方向程序判别火势调整方向，并驱动燃料气供气单元执行火势调整指令，实现火势变大或者变小的外部特征调节，同时给出灭火行为次数数据，用于成绩评估；

所述灭火训练成绩评估模块，用于根据灭火行为次数数据，调用灭火训练成绩评估程序，得出灭火训练成绩。

一种灭火训练过程成绩评估方法，其特征在于包括如下步骤：

设定区间1到区间n-1的每个区间的灭火行为次数，为第n-1个区间调整周期内经历的采样周期次数，也就是满足区间n-1有效灭火行为特征分大于所述区间n-1状态调整阈值时所经历的采样周期次数，其中n大于等于3；

累计计算灭火行为次数总次数，为所经历的所有区间灭火行为次数的总和；

根据公式，其中X₀+X₁＝X_质量满分，计算评估一组、一个团队或者一个时间段内参训人员的灭火训练质量评估成绩，其中g(x_i)为所述灭火训练评估成绩，X₀为灭火训练成绩基本分值，X₁为灭火训练成绩区别分值，X_质量满分为灭火训练质量成绩满分值，B_最好成绩为当前所有参训人员中最好的灭火训练过程经历的灭火行为次数，B_最差成绩为当前所有参训人员中最差的灭火训练过程经历的灭火行为次数；

设定灭火过程总的时间，为灭火过程所经历的所有区间调整周期的总和；

根据公式，其中T₀+T₁＝T_时间满分，计算所述灭火训练过程经历的灭火时间对应的灭火训练时间评估成绩，其中f(x_i)为所灭火训练时间评估成绩，T₀为灭火训练时间成绩基本分值，T₁为灭火训练时间成绩区别分值，T_时间满分为灭火训练时间成绩满分值，T_最好时间为当前所有参训人员中最好的灭火训练过程经历的时间，T_最差时间为当前所有参训人员中最差的灭火训练过程经历的时间；

基于人员行动的安全性给出灭火训练安全评估成绩，具体为主观打分；

获得灭火训练成绩，其包括灭火训练时间评估成绩，灭火过程训练质量评估成绩和灭火训练安全评估成绩。

一种灭火训练过程交互方法，包括如下步骤：

S201，设定初始时的燃料气供气阀门开度数值为K₁％；

S202，设定结束时的燃料气供气阀门开度数值为K_P％；

S203，按照目标区域火势变化基本规律顺次经历p-1个区间火势调整周期，所述顺次经历的p-1个区间火势调整周期，是火势调整过程中必须经历的p-1个阶段的时间长度；

S204，对于第i个区间火势调整周期，依据灭火过程中灭火剂覆盖效果与燃烧区域火焰交互，判别有效灭火行为，并建立火势调整流程。

进一步的，步骤204具体包括：

S2041，参训人员运用灭火剂覆盖火焰燃烧区域内的火势判别传感器，参与评估的火势判别传感器获得火焰区域的温度数值，依据火势评估模型计算区间有效灭火行为特征分，所述区间有效灭火行为特征分为当前区间所有采样周期有效灭火行为特征分的总和；

S2042，将所述第i个区间有效灭火行为特征分与所述状态调整阈值进行比较，所述状态调整阈值对应于任意相邻两个火势变化控制规律的节点K_i％和K_i+1％所形成的区间，在一个区间调整周期S秒内，其中，S为大于1的整数，预设的需达到的区间有效灭火行为特征分值c，其中c为大于1的有理数，根据两者差值比较，确定火势变化趋势，当确定第i个区间有效灭火行为特征分大于所述状态调整阈值时，执行步骤S2044，否则执行步骤S2046；

S2044，所述灭火训练交互过程立即进入第i+1个区间调整周期，当前所述区间有效灭火行为特征分减去所述状态调整阈值后，残值累计计入下一个调整区间有效灭火行为特征分；

S2046，在所述当前区间调整周期的基础上增加一个温度采样周期，再次计算差值，直至满足区间有效灭火行为特征分大于状态调整阈值时，所述灭火训练交互过程进入第i+1个区间调整周期，但残值不累计。

进一步的，从第i个所述区间调整周期计时开始，每个区间调整周期长度为S秒，若经过2S秒后，当前所述区间有效灭火行为特征分仍小于所述状态调整阈值时，则灭火训练交互过程返回第i-1个区间调整周期。

上述技术方案中的一个或多个技术方案，具有如下技术效果或优点：

1.本发明技术方案给出了灭火训练过程交互、评估装置数据传输的方式和流程，以及数据输入输出关系，提出了实现灭火训练过程交互和成绩评估的系统模块构成方案，能够用于灭火训练装置火势控制和成绩评估装置的研制。

2.本发明技术方案针对灭火训练过程交互和成绩评估方法，给出了输入输出参数的内在联系，建立了客观评价灭火训练结果的基本程序，减少教练员主观辨识在评分过程中的影响，有利于训练组织者客观公正的组织灭火训练。

3.针对灭火训练的成绩评估问题，建立了灭火行为次数指标，引入了灭火训练质量分概念，详细给出了适应群体或者团队训练水平评估的灭火训练过程标准化评估方法和计算模型，对于客观反映参训人员在所属团队和群体中的表现非常有效。

附图说明

图1为本发明实施例一种灭火训练过程交互、成绩评估装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一种灭火训练过程交互、成绩评估装置的数据传输示意图；

图3为本发明实施例一种灭火训练过程交互方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中步骤204的具体流程示意图；

图5为本发明实施例一种灭火训练过程成绩评估方法的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的所有实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，其为本发明实施例一种灭火训练过程交互、成绩评估装置，具体包括火势变化规律存储模块S401、火势判别传感器序列获取模块S402、灭火剂覆盖效果辨识模块S403、灭火过程交互控制模块S404、灭火训练成绩评估模块S405。

请参考图2，其为本发明实施例一种灭火训练过程交互、成绩评估装置数据传输过程，具体包括：

所述火势变化规律存储模块S401，用于根据训练导控人员的输入场景变量索引，给出预设的灭火训练火势变化规律101、控制节点102、区间采样周期103、采样周期长度104、状态调整阈值105等数据。

所述火势判别传感器序列获取模块S402，用于根据训练导控人员的输入的燃烧器索引，给出预设的火势判别传感器的布置形式数据106，并自动导入相应的火势判别传感器序列获取算法程序107，得出任意采样周期内参与评估的火焰燃烧区域火势判别传感器组合数据108。

所述灭火剂覆盖效果辨识模块S403，用于根据任意采样周期内参与评估的火焰燃烧区域火势判别传感器组合数据108，获取其检测数值，依据灭火剂覆盖效果评估程序108，计算有效灭火行为特征分109。所述有效灭火行为特征分110是评价灭火过程中，灭火剂对火焰区域覆盖效果的综合评估分，它包括了灭火剂对火焰区域覆盖范围的评估分，以及灭火剂对火焰区域的冷却效果的评估分，两者加权求和获得有效灭火行为特征分110。

所述灭火过程交互控制模块S404，用于根据区间内有效灭火行为特征分110，调用火势控制逻辑及判别火势调整方向程序110判别火势调整方向，并驱动燃料气供气单元执行火势调整指令，实现火势变大或者变小的外部特征调节，同时给出灭火行为次数数据111，用于成绩评估。

所述灭火训练成绩评估模块S405，用于根据灭火行为次数数据111，调用灭火训练成绩评估程序112，得出灭火训练成绩114。

请参考图3，其为本发明实施例一种灭火训练过程交互方法的流程示意图，灭火训练过程火势交互方法对于每一个状态调整区间均相同，以第i个状态调整区间为例，所述灭火训练过程交互方法具体包括如下步骤：

S201，设定初始时的燃料气供气阀门开度数值为K₁％；

S202，设定结束时的燃料气供气阀门开度数值为K_P％；

S203，按照目标区域火势变化基本规律顺次经历p-1个区间火势调整周期，所述顺次经历的p-1个区间火势调整周期，是火势调整过程中必须经历的p-1个阶段的时间长度。例如，第i个节点对应的燃料气气阀开度为53％，第i+1个节点对应的燃料气气阀开度为46％，第i个区间火势调整周期内，火势变化趋势对应于从燃料气气阀开度为53％的火势调整到燃料气气阀开度为46％的火势。

S204，对于第i个区间火势调整周期，依据灭火过程中灭火剂覆盖效果与燃烧区域火焰交互，判别有效灭火行为，并建立火势调整流程。

请参考图4，步骤204具体包括：

S2041，参训人员运用灭火剂覆盖火焰燃烧区域内的火势判别传感器，参与评估的火势判别传感器获得火焰区域的温度数值，依据火势评估模型计算区间有效灭火行为特征分，所述区间有效灭火行为特征分为当前区间所有采样周期有效灭火行为特征分的总和。

此处给出一个区间有效灭火行为特征分的计算实例，但不限于此，设定第i个区间包含5个采样周期，每个采样周期内，根据训练人员对火焰区域灭火过程中，灭火剂的覆盖效果得到有效灭火行为特征分，该特征分由灭火剂覆盖效果得分和火焰区温度控制效果得分构成。灭火剂覆盖效果得分反映了灭火剂覆盖火焰燃烧区域内的火势判别传感器的完整情况，得分取值0＜g₁≤1；火焰区温度控制效果得分反映了温度传感器检测到的平均温度与预设温度上下限之间的关系，得分取值0＜g₂≤1，当检测温度高于上限不得分，在上下限之间插值法求得分，低于下限获得额外的奖励分，如预设温度范围为40℃＜T≤50℃，当检测温度为38℃时，g₂＝1.2；灭火剂覆盖效果得分和火焰区温度控制效果得分两项加权求得当前采样周期的有效灭火行为特征分。设灭火剂覆盖效果得分权重0.75，火焰区温度控制效果得分权重0.25，例如第1个采样周期，检测温度达到53℃，那么当前周期有效灭火行为特征分为M_i1＝0.75。同样的方法而后每个采样周期有效灭火行为特征分分别为M_i2＝0.95、M_i3＝1.05、M_i4＝0.25、M_i5＝1.00，则第i个区间有效灭火行为特征分为4.00。

S2042，所述第i个区间有效灭火行为特征分与所述状态调整阈值进行比较，所述状态调整阈值对应于任意相邻两个火势变化控制规律的节点K_i％和K_i+1％所形成的区间，在一个区间调整周期S秒内，其中，S为大于1的整数，预设的需达到的区间有效灭火行为特征分值c，其中c为大于1的有理数，根据两者差值比较，确定火势变化趋势。例如，设定当前区间所述状态调整阈值为3.80，则所述区间有效灭火行为特征分将与3.80进行比较。

S2043，当所述第i个所述区间有效灭火行为特征分大于所述状态调整阈值时，例如，第i个区间在规定的采样周期次数内有效灭火行为特征分为4.00，而所述当前第i个区间状态调整阈值为3.80，即为当前区间有效灭火行为特征分大于所述当前区间状态调整阈值。

S2044，所述灭火训练交互过程立即进入第i+1个区间调整周期，当前所述区间有效灭火行为特征分减去所述状态调整阈值后，残值累计计入下一个调整区间有效灭火行为特征分，例如，当前区间燃料气气阀开度为53％，由于当前区间有效灭火行为特征分在规定的采样周期次数内大于所述当前区间状态调整阈值，燃料气气阀开度调整为46％，火势减弱，同时当前区间有效灭火行为特征分残值0.2累积进入下一个燃料气气阀开度由46％调整为40％的区间，也就是所述第i+1个区间初始区间有效灭火行为特征分为0.2分。

S2045，当第i个所述区间有效灭火行为特征分小于或等于所述状态调整阈值时，例如，第i个区间在规定的采样周期次数内有效灭火行为特征分为3.00，而所述当前第i个区间状态调整阈值为3.80，即为当前区间有效灭火行为特征分小于所述当前区间状态调整阈值。

S2046，在所述当前区间调整周期的基础上增加一个温度采样周期，再次计算差值，直至满足区间有效灭火行为特征分大于状态调整阈值时，所述灭火训练交互过程进入第i+1个区间调整周期，但残值不累计，例如，增加一个采样周期后，增加的采样周期有效灭火行为特征分为1.045，那么所述第i个区间有效灭火行为特征分为3.00+1.045＝4.045，此时，所述第i个所述区间有效灭火行为特征分4.045大于所述状态调整阈值3.80，火势调整区间进入下一个调整区间，但残值0.245不累计，下一区间初始状态有效灭火行为特征分仍为0分；又例如，增加一个采样周期后，增加的采样周期有效灭火行为特征分为0.50，那么所述第i个区间有效灭火行为特征分为3.00+0.50＝3.50，此时，所述第i个所述区间有效灭火行为特征分3.50小于所述状态调整阈值3.80，火势调整区间继续停留在当前区间，直至区间有效灭火行为特征分大于所述状态调整阈值3.80进入下一个调整区间。

S2047，从第i个所述区间调整周期计时开始，每个区间调整周期长度为S秒，若经过2S秒后，当前所述区间有效灭火行为特征分仍小于所述状态调整阈值时，这种状态对应于，例如，设定所述第i个区间包含5个采样周期，每个周期1s，若经过10s，当前所述区间有效灭火行为特征分仍小于所述状态调整阈值。

S2048，灭火训练交互过程返回第i-1个区间调整周期，这种状态对应于，例如，当前第i个区间调整周期经历了增加采样周期后，总时长达到了10s，而此时区间有效灭火行为特征分仍然小于3.80分，那么灭火训练交互过程返回第i-1个区间调整周期，若当前区间燃料气气阀开度为46％，由于当前区间有效灭火行为特征分在规定的区间调整周期延时后仍然小于所述当前区间状态调整阈值，燃料气气阀开度调整为53％。

请参考图5，其为本发明实施例一种灭火训练过程成绩评估方法，其是依据灭火过程相关可测参数给出的综合性评分，它包括了灭火行为次数、灭火消耗时间和灭火过程安全性指标三个方面参数，所述方法包括如下步骤：

步骤S301，设定区间1灭火行为次数，为第1个区间调整周期内经历的采样周期次数，也就是满足区间1有效灭火行为特征分大于所述区间1状态调整阈值时所经历的采样周期次数。此处给出一个区间灭火行为次数的计算实例，但不限于此，例如，规定的区间采样周期数是5，当前区间状态调整阈值为3.80，第1个区间调整周期内每个采样周期的有效灭火行为特征分分别为M_i1＝0.75、M_i2＝0.95、M_i3＝1.05、M_i4＝0.25、M_i5＝1.00，此时，区间有效灭火行为特征分4.00大于所述当前区间状态调整阈值3.80，所述区间1灭火行为次数为5；又例如，规定的区间采样周期数是5，当前区间状态调整阈值为3.80，第1个区间调整周期内经历4个区间采样周期后每个采样周期的有效灭火行为特征分分别为M_i1＝0.75、M_i2＝1.15、M_i3＝1.05、M_i4＝1.05，此时，区间有效灭火行为特征分3.90大于所述当前区间状态调整阈值3.80，所述区间1灭火行为次数为4；又例如，规定的区间采样周期数是5，当前区间状态调整阈值为3.80，第1个区间调整周期内经历6个区间采样周期后每个采样周期的有效灭火行为特征分分别为M_i1＝0.75、M_i2＝0.25、M_i3＝0.75、M_i4＝0.75、M_i5＝1.05、M_i6＝1.05，此时，区间有效灭火行为特征分4.60大于所述当前区间状态调整阈值3.80，所述区间1灭火行为次数为6。

步骤S302，设定区间2灭火行为次数，为第2个区间调整周期内经历的采样周期次数，也就是满足区间2有效灭火行为特征分大于所述区间2状态调整阈值时所经历的采样周期次数。例如，所述区间2状态调整阈值若是3.70，那么，如同区间1的计算方法参加比较计算的区间2状态调整阈值是3.70。

步骤S303，设定区间n-1灭火行为次数，为第n-1个区间调整周期内经历的采样周期次数，也就是满足区间n-1有效灭火行为特征分大于所述区间n-1状态调整阈值时所经历的采样周期次数，其中n大于等于4。

步骤S304，累计计算灭火行为次数总次数，为所经历的所有区间灭火行为次数的总和，例如，总的区间数是9，区间1灭火行为次数是5，区间2灭火行为次数是4，区间3灭火行为次数是5，而后依次次数是3、4、5、6、4、5，那么灭火行为次数总次数是41。

S305，根据公式，其中X₀+X₁＝X_质量满分，计算评估一组、一个团队或者一个时间段内参训人员的灭火训练质量评估成绩，其中g(x_i)为所述灭火训练评估成绩，X₀为灭火训练成绩基本分值，X₁为灭火训练成绩区别分值，X_质量满分为灭火训练质量成绩满分值，B_最好成绩为当前所有参训人员中最好的灭火训练过程经历的灭火行为次数，B_最差成绩为当前所有参训人员中最差的灭火训练过程经历的灭火行为次数。此处给出一个质量成绩评估实例，但不限于此，例如，X₀为灭火训练质量成绩基本分值为20分，X₁为灭火训练成绩质量区别分值为30分，X_质量满分为灭火训练质量成绩满分值50分，B_最好成绩为当前所有参训人员中最好的灭火训练过程经历的灭火行为次数30次，B_最差成绩为当前所有参训人员中最差的灭火训练过程经历的灭火行为次数60次，本组人员当前灭火行为次数总次数是41次，那么本组参训人员灭火训练质量成绩评估结果为39分。

步骤S306，设定灭火过程总的时间，为灭火过程所经历的所有区间调整周期的总和。

步骤S307，根据公式，其中T₀+T₁＝T_时间满分，计算所述灭火训练过程经历的灭火时间对应的灭火训练时间评估成绩，其中f(x_i)为所灭火训练时间评估成绩，T₀为灭火训练时间成绩基本分值，T₁为灭火训练时间成绩区别分值，T_时间满分为灭火训练时间成绩满分值，T_最好时间为当前所有参训人员中最好的灭火训练过程经历的时间，T_最差时间为当前所有参训人员中最差的灭火训练过程经历的时间。此处给出一个时间成绩评估实例，但不限于此，例如，T₀为灭火训练时间成绩基本分值为10分，T₁为灭火训练时间成绩区别分值为20分，T_时间满分为灭火训练时间成绩满分值30分，T_最好时间为当前所有参训人员中最好的灭火训练过程经历的时间150秒，T_最差时间为当前所有参训人员中最差的灭火训练过程经历的时间300秒，本组人员当前灭火总时间是180秒，那么本组参训人员灭火训练时间成绩评估结果为26分。

步骤S308，基于人员行动的安全性给出灭火训练安全评估成绩，具体为主观打分，例如本组人员安全分为18分。

所述灭火训练过程成绩的三个组成部分权重可根据关注对象的不同随意调整。

步骤S309，获得灭火训练成绩，其包括灭火训练时间评估成绩，灭火过程训练质量评估成绩和灭火训练安全评估成绩，例如，灭火时间评估成绩为26分，灭火过程质量评估成绩为39分，灭火训练安全评估成绩为18分，那么灭火训练成绩为83分。