一种用于消防演练的增强现实立体显示方法和系统与流程

本发明涉及消防技术领域，更具体地说是涉及一种用于消防演练的增强现实立体显示方法和系统。

背景技术：

随着国民生活水平的提高，人们对火灾的重视程度越来越高。因此各个社区、单位对消防演练的要求也越来越高，大型社区或者大型建筑物中的人员应该定期组织消防演练，以加强人员面对火情时的应对能力和逃生能力。

但是，目前消防演练仅仅按照脚本进行警笛鸣放、疏散撤离等环节，拟真效果不强，而真实火灾中人员所处的环境更加恶劣，真实的火灾环境存在明火、有毒浓烟等物质会增加人员应对火灾的难度，另外真实的火灾环境给人的身体也带来更加严峻的考验，因此，现有的消防演练无法充分有效的增强演练人员对真实火情应对能力和逃生能力。

综上所示，如何设计出一种能够使参加消防演练的人员身临其境的火灾模拟系统，以期增强火灾的真实度，提高消防演练的有效性，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于消防演练的增强现实立体显示方法和系统，通过结合消防演练人员的人物特征信息，获取人员所处位置的环境模拟信息，以及该环境下该人员的人员状态模拟信息，并将上述信息转换为对应的环境模拟动态画面以及人员状态动态画面，叠加在目视场景画面上，为参加消防演练的人员提供更加真实的模拟火灾场景，以期通过在更接近真实的火灾场景中进行消防演练，提高参加消防演练的人员对真实火情的应对能力以及逃生能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于消防演练的增强现实立体显示方法，包括如下步骤：

s1、由增强现实立体显示装置获取并上传人员的人物特征信息；

s2、由消防模拟服务器接收所述人员的人物特征信息，并封装为人物特征量；

s3、将所述人物特征量输入至消防模拟服务器，获取环境模拟信息，并传输至所述增强现实立体显示装置；

s4、将所述人物特征量和环境模拟信息输入至消防模拟服务器，获取人物状态模拟信息，并传输至所述增强现实立体显示装置；

s5、由所述增强现实立体显示装置拍摄人员目视场景画面；

s6、由所述增强现实立体显示装置将环境模拟信息以及人员状态模拟信息与目视场景画面结合，获得叠加有环境模拟动态画面以及人员状态动态画面的显示画面。

优选的，所述人物特征信息包括人员的身份id、身份类型信息、设施配置信息以及位置信息；具体的，所述增强现实立体显示装置能够进行人机交互，由参加消防演练的人员自行录入身份id、身份类型信息以及设施配置信息，其中，身份类型信息包括消防人员、医护人员、逃生人员等，设施配置信息包括是否佩戴防毒面具、是否穿着防火服、是否持有灭火器等；所述增强现实立体显示装置还具有室内定位功能，能够实时确定演练人员的位置信息；便于系统针对性的对消防演练人员进行环境模拟动态画面或者人员状态动态画面的匹配，使参加消防演练的人员能够更加个性化、针对性的进行消防演练。

优选的，所述人物特征量d＝<s,m,p,t>，其中，s表示身份类型信息、m表示设施配置信息、p表示位置信息、t表示时间信息。

优选的，所述消防模拟服务器内存储有火情环境脚本，所述火情环境脚本根据火情的发展规律，描述在火情演变时刻t，建筑物的位置p处的环境模拟信息e，e＝<c,y,f,l>，其中，c表示位置信息处的温度，y表示有毒烟雾浓度，f表示明火燃烧程度，l表示光照度。

优选的，还包括人员状态的提示，由所述增强现实立体显示装置显示表示人员状态的生命条，随着生命条的下降，进行“呼吸困难”、“高温灼伤”、“窒息”等人员状态提示，有利于参加消防演练的人员对当前模拟火情状态下的身体状态有直观的了解，有助于帮助人员调整身体状态进行火灾应对以及逃生。

基于上述方法，设计如下系统：

一种用于消防演练的增强现实立体显示系统，包括：增强现实立体显示装置、消防模拟服务器；其中，

所述增强现实立体显示装置包括人物特征信息获取模块、摄像头；

所述消防模拟服务器包括信息封装模块、火情脚本模块、人员状态模拟模块；

所述人物特征信息获取模块用于获取并上传人员的人物特征信息；

所述信息封装模块用于接收所述人员的人物特征信息，并封装为人物特征量；

所述火情脚本模块用于根据输入的所述人物特征量，获取环境模拟信息，并传输至所述增强现实立体显示装置；

所述人员状态模拟模块根据输入的所述人物特征量和环境模拟信息，获取人物状态模拟信息，并传输至所述增强现实立体显示装置；

所述摄像头用于拍摄人员目视场景画面；

所述增强现实立体显示装置用于将环境模拟信息以及人员状态模拟信息与目视场景画面结合，获得叠加有环境模拟动态画面以及人员状态动态画面的显示画面。

优选的，所述人物特征信息获取模块还包括定位单元以及录入单元；其中，所述定位单元用于实时确定演练人员的位置信息；所述录入单元能够进行人机交互，参加消防演练的人员通过所述录入单元录入人员的身份id、身份类型信息以及设施设备信息；所述人物特征信息包括人员的身份id、身份类型信息、设施配置信息以及位置信息。

优选的，所述人物特征量d＝<s,m,p,t>，其中，s表示身份类型信息、m表示设施配置信息、p表示位置信息、t表示时间信息。

优选，所述火情脚本模块存储有火情环境脚本，所述火情环境脚本根据火情的发展规律，描述在火情演变时刻t，建筑物的位置p处的环境模拟信息e，e＝<c,y,f,l>，其中，c表示位置信息处的温度，y表示有毒烟雾浓度，f表示明火燃烧程度，l表示光照度。

优选的，还包括所述增强现实立体显示装置还包括人员状态提示模块，所述人员状态提示模块用于显示表示人员状态的生命条，随着生命条的下降，进行“呼吸困难”、“高温灼伤”、“窒息”等人员状态提示。

本发明具有以下有益效果：

经由上述的技术方案可知，基于现有技术，本发明提出了一种用于消防演练的增强现实立体显示方法和系统，根据人员的人物特征信息获取当前位置的环境模拟信息，进而获取对应的人员状态模拟信息，并结合人员目视场景画面，叠加显示更加具备火情真实性的显示画面，令进行消防演练的人员身临其境，根据显示的火情画面，以及提示的身体状态，做出应对处理，能够保证更加有效且充分的发挥消防演练的效果，提高参加消防演练的人员面对火情的应对能力以及逃生能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为用于消防演练的增强现实立体显示方法流程图；

图2为用于消防演练的增强现实立体显示系统框图；

图3为消防模拟服务器结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了如下方法：

一种用于消防演练的增强现实立体显示方法，包括如下步骤：

s1、由增强现实立体显示装置获取并上传人员的人物特征信息；

具体的，增强现实立体显示装置的形态包括但不限于ar眼镜，该装置可以进行人机交互，参与消防演练的人员通过增强现实立体显示装置录入身份id、身份类型、设备配置信息；其中，身份类型包括但不限于消防人员、医护人员、逃生人员；设备配置信息包括但不限于是否佩戴防毒面具、是否穿着防火服、是否持有灭火器；另外，增强现实立体显示装置还具备室内定位功能，能够实时确定演练人员的位置信息；参加消防演练的人员的录入信息以及位置信息通过上行通信上传给消防模拟服务器。

s2、由消防模拟服务器接收所述人员的人物特征信息，并封装为人物特征量；

具体的，人物特征量d＝<s,m,p,t>，其中，s表示身份类型信息，m表示设施配置信息，p表示位置信息，t表示时间信息。

s3、将所述人物特征量输入至消防模拟服务器，获取环境模拟信息，并传输至所述增强现实立体显示装置；

消防模拟服务器中设置有火情脚本模块，火情脚本模块中存储有火情环境脚本，火情环境脚本描述了根据火情的发展规律，在火情演变的各个时刻t，建筑物的各个位置p处的环境模拟信息e，即，将所述人物特征量d输入至火情脚本模块中，火情脚本模块将根据人物特征量d中的位置信息p以及时间信息t查询火情环境脚本，匹配对应的火情环境，向增强现实立体显示装置反馈环境模拟信息e，其中，环境模拟信息e＝<c,y,f,l>，c表示位置信息处的温度，y表示有毒烟雾浓度，f表示明火燃烧程度，l表示光照度。

s4、将所述人物特征量和环境模拟信息输入至消防模拟服务器，获取人物状态模拟信息，并传输至所述增强现实立体显示装置；

具体的，消防模拟服务器设置人员状态模拟模块，该模块基于bp神经网络结构获取人物状态模拟信息，bp神经网络由信息的正向传播和误差的反向传播两个过程组成，输入层各神经元负责接收来自样本的样本人物特征量d以及样本环境模拟信息e，并传递给中间层各神经元，中间层是内部信息处理层，负责信息变换，将输入的样本人物特征量d以及样本环境模拟信息e转换为人员状态模拟信息，并传递给输出层，由输出层输出该人员状态模拟信息，并与样本的期望输出比对，当实际输出与样本的期望输出不吻合，则进入误差的反向传播阶段，误差通过输出层，按照误差梯度下降的方式修正各层权值，并进行逐层反传，直至输出的误差减少到可以接受的程度，完成对该神经网络的训练，获得一个训练完成的bp神经网络，向该bp神经网络输入实际的人物特征量d以及实际环境模拟信息e，bp神经网络输出对应的人员状态模拟信息；所述人员状态模拟信息反映了根据人员的身份类型、设施配置情况以及人员所在位置的环境模拟信息所决定的人员的生理状况，该生理状况可以用一个量化的生命值大小来表征，例如，根据所述人物特征量d所反映的设备配置信息，以及环境模拟信息e所反映的温度、明火燃烧程度、有毒气体浓度等指标，用该生命值来表示配备或者未配备设备的人体在环境模拟信息e所表征的模拟火情环境下的身体损失程度，即，将最终由消防模拟服务器通过下行通信将人员状态模拟信息发送给增强现实立体显示装置。

s5、由所述增强现实立体显示装置拍摄人员目视场景画面；

所述增强现实立体显示装置设置有摄像头，用于拍摄前方的目视

场景画

s6、由所述增强现实立体显示装置将环境模拟信息以及人员状态模拟信息与目视场景画面结合，获得叠加有环境模拟动态画面以及人员状态动态画面的显示画面。

具体的，增强现实立体显示装置在拍摄的目视场景画面上叠加接收的环境模拟动态画面以及人员状态动态画面，环境模拟动态画面展示拟合真实火情的环境以及急剧变化过程，包括烟雾弥漫、明火源等环境模拟动态画面，例如，由于环境模拟信息e＝<c,y,f,l>，其中，c表示位置信息处的温度，y表示有毒烟雾浓度，f表示明火燃烧程度，l表示光照度，那么，环境模拟动态画面将根据位置信息处的温度c来显示表示高温的符号或者进行对应温度的颜色闪烁，根据烟雾浓度y决定烟雾弥漫动画效果的浓度，根据明火燃烧程度f对火源的亮度、颜色以及面积等状态进行调节，根据光照度l将位置信息处的环境显示为黑色以模拟断电效果。人员状态动态画面拟合直观展示人体在真实火情环境下的生理状况。

为了进一步优化上述技术特征，增强现实立体显示装置随着人员移动，参考目视场景画面的画面变化，对环境模拟动态画面的显示画面进行调节。

为了进一步优化上述技术特征，增强现实立体显示装置还具备显示人员状态的生命条，该生命条与前面所述的生命值正相关；生命条越短则表明身体受到的损伤程度越大；并且，根据所述环境模拟信息中的各项参数，可以分析造成生命条下降的环境因素，例如是有毒烟雾浓度造成了生命条下降，还是高温、明火造成了生命条下降，进而可以根据随着生命条的下降，进行“呼吸困难”、“高温灼伤”以及“窒息”等生理状况的提示。

以及，所述增强现实立体显示装置可以参考所述目视场景画面的画面变化，分析人体的逃生行为动作，并结合环境模拟信息中的环境参数，对该逃生行为动作的正确性进行评估，以及在人员状态动态画面中给与必要的反馈。例如，环境模拟信息中的环境参数显示周围环境存在较大浓度的有毒烟雾，此时，根据所述目视场景画面的画面变化分析人体的逃生行为动作，例如目视场景画面相对向上平移，表明人体采用了匍匐前进等放低身体高度的逃生行为动作，且该逃生行为动作结合环境模拟信息确定有利于逃生(因为有毒烟雾比重轻于空气，因此越靠近地面的烟雾浓度越低)，则可以在人员状态动态画面当中给与延长生命条等表达正确性的提示。

如图2和图3所示，

一种用于消防演练的增强现实立体显示系统，包括：增强现实立体显示装置1、消防模拟服务器2；其中，

增强现实立体显示装置1包括人物特征信息获取模块11、摄像头12；

消防模拟服务器2包括信息封装模块21、火情脚本模块22、人员状态模拟模块23；

人物特征信息获取模块11模块用于获取并上传人员的人物特征信息；

信息封装模块21用于接收人员的人物特征信息，并封装为人物特征量；

火情脚本模块22用于根据输入的人物特征量，获取环境模拟信息，并传输至增强现实立体显示装置1；

人员状态模拟模块23根据输入的人物特征量和环境模拟信息，获取人物状态模拟信息，并传输至增强现实立体显示装置1；

摄像头12用于拍摄人员目视场景画面；

增强现实立体显示装置1用于将环境模拟信息以及人员状态模拟信息与目视场景画面结合，获得叠加有环境模拟动态画面以及人员状态动态画面的显示画面。例如，由于环境模拟信息e＝<c,y,f,l>，其中，c表示位置信息处的温度，y表示有毒烟雾浓度，f表示明火燃烧程度，l表示光照度，那么，环境模拟动态画面将根据位置信息处的温度c来显示表示高温的符号或者进行对应温度的颜色闪烁，根据烟雾浓度y决定烟雾弥漫动画效果的浓度，根据明火燃烧程度f对火源的亮度、颜色以及面积等状态进行调节，根据光照度l将位置信息处的环境显示为黑色以模拟断电效果。

为了进一步优化上述技术特征，人物特征信息获取模块11还包括定位单元111以及录入单元112；其中，定位单元111用于实时确定演练人员的位置信息；录入单元112能够进行人机交互，参加消防演练的人员通过录入单元112录入人员的身份id、身份类型信息以及设施设备信息；所述人物特征信息包括人员的身份id、身份类型信息、设施配置信息以及位置信息。

为了进一步优化上述技术特征，人物特征量d＝<s,m,p,t>，其中，s表示身份类型信息、m表示设施配置信息、p表示位置信息、t表示时间信息。

为了进一步优化上述技术特征，火情脚本模块22存储有火情环境脚本，火情环境脚本根据火情的发展规律，描述在火情演变时刻t，建筑物的位置p处的环境模拟信息e，e＝<c,y,f,l>，其中，c表示位置信息处的温度，y表示有毒烟雾浓度，f表示明火燃烧程度，l表示光照度。

为了进一步优化上述技术特征，还包括增强现实立体显示装置1还包括人员状态提示模块13，人员状态提示模块13用于显示表示人员状态的生命条，随着生命条的下降，进行“呼吸困难”、“高温灼伤”、“窒息”等人员状态提示。所述增强现实立体显示装置的人员状态提示模块13还可以参考所述目视场景画面的画面变化，分析人体的逃生行为动作，并结合环境模拟信息中的环境参数，对该逃生行为动作的正确性进行评估，以及在人员状态动态画面中给与必要的反馈

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。