一种核事故应急仿真训练系统的制作方法

本发明涉及核设施事故应急领域及三维虚拟现实技术领域，具体涉及一种核事故应急仿真训练系统。

背景技术：

核设施，例如核电站、实验堆、研究堆、核燃料制造厂、核燃料后处理厂、放射性废物贮存库等。核事故是指核设施在极低概率条件下出现的对正常工况的严重偏离，一旦发生事故会对公众及环境造成巨大危害。

核事故在通常核设施支撑工况下难以复现，若采用建设实物模拟体的方式进行核事故应急演练，则周期较长、投资巨大而复现效果不佳。且我国幅员辽阔，核电堆型种类众多，截至2019年6月，中国大陆已有16座商运核电厂，核电堆型包括m310、cp300、cp600、ap1000、epr、candu、华龙一号等，各类核电堆型的不统一也增加了核事故应急实物模拟体建设的难度。

本发明可在采用三维虚拟现实仿真技术则能够在费用较少的前提下，快速搭建各种类型核设施三维模型、设置各类型核事故、创建各类型应急场景和训练脚本，为核事故应急训练提供了新的思路和出路。

技术实现要素：

本发明提出了一种核事故应急仿真训练系统，包括事故仿真模块、通讯模块、vr仿真训练模块、数据库模块等。

一种核事故应急仿真训练系统，包括事故仿真模块，通讯模块，vr仿真训练模块，数据库模块；事故仿真模块和vr仿真训练模块均与通讯模块进行数据交互；数据库模块向事故仿真模块、通讯模块和vr仿真训练模块进行数据输入；事故仿真模块向数据库模块进行数据输出；vr仿真训练模块包括学员端子模块、教员端子模块、物理引擎子模块和ai引擎子模块；其中，ai引擎子模块向数据库模块进行数据输出。

所述的事故仿真模块包括剂量计算子模块、气象仿真子模块和事故仿真子模块；剂量计算子模块采用点核积分和蒙特卡洛两种方法计算周围环境的辐射剂量。

所述的气象仿真子模块用于计算在特定时间条件下特定厂址的大概率污染源扩散。

所述事故仿真子模块，用于计算核事故的演变仿真，采用基于工程运用的严重分析程序开发的仿真计算软件对核事故的演变发展进行仿真模拟。

所述的学员端子模块用于学员训练，包括训练模式和考核模式。

所述的教员端子模块用于教员使用，包括训练场景预设、训练过程实时干预、学员考核评分、学员训练考核记录及回放。

所述的物理引擎子模块，模拟仿真训练的物理属性，包括物理碰撞、人机工程，对设备的通过性可达性进行分析计算。

所述的ai引擎子模块用于系统的分析统计及更新改进，包括错误统计和策略改进。

所述的数据库模块包括三维模型，属性信息，人员信息，事故场景，场景特效，应急策略，剂量数据，事故仿真数据和历史气象信息。

附图说明

图1系统结构图

图2主要模块图

图3剂量计算图

图4在线数据图

图5离线数据图

图中：1、事故仿真模块，2、通讯模块，3、vr仿真训练模块，4、数据库模块。

具体实施方式

为了清晰描述本发明的特征和优点，下面对本发明进行详细描述。

本发明提出了一种核事故应急仿真训练系统，其特征在于包括事故仿真模块、通讯模块、vr仿真训练模块、数据库模块等，其特点如下：

本发明提出的核事故应急仿真训练系统，包括以下模块一至模块四：

事故仿真模块，用于对核事故的演变及其后果进行综合仿真计算，包括剂量计算子模块、气象仿真子模块、事故仿真子模块，运行于事故仿真服务器。

通讯模块，用于事故仿真模块和vr仿真训练模块的数据交互。运行于vr仿真服务器。

vr仿真训练模块，用于应急抢险抢修人员仿真训练，采用基于工程运用的三维仿真引擎开发的三维软件，包括学员端、教员端、物理引擎、ai引擎子模块，运行于vr仿真服务器。

数据库模块，用于储存相关信息，如三维模型、属性信息、人员信息、事故场景、应急策略、剂量数据、事故仿真数据、历史气象数据。运行于数据库服务器。

剂量计算子模块，用于计算周围环境的辐射剂量，包括点核积分和蒙特卡洛2种方法。

气象仿真子模块，用于计算在特定时间条件下特定厂址的大概率污染源扩散。

事故仿真子模块，用于计算核事故的演变仿真，采用基于工程运用的严重分析程序开发的仿真计算软件对核事故的演变发展进行仿真模拟。

学员端子模块，用于学员训练，包括训练模式和考核模式，可由教员端进行不同模式的设置，学员端子模块采用沉浸式虚拟现实技术vr手段进行核事故三维场景的展示及核应急抢修抢险人员在参加中的各种工作训练考核，如阀门开关、房门破拆、临时注水系统接入、装备穿戴、工具使用、设备维修、屏蔽使用、道路抢修、高空压制、废液收集、临时发电系统接入、医疗救援、临时照明搭建等，学员端子模块可由多人协同训练，最大支持人数80人。

教员端子模块，用于教员使用，包括训练场景预设、训练过程实时干预、学员考核评分、学员训练考核记录及回放，能够对学员端训练和考核进行管理、评价和反馈。

物理引擎子模块，用于仿真训练的物理属性模拟，包括物理碰撞、人机工程等。能够对设备的通过性可达性进行分析计算，预设人体数字模型，能够对人员视景可操作性人体辐射剂量等进行仿真分析。

ai引擎子模块，用于系统的分析统计及更新改进。采用ai人工智能技术对学员训练考核过程中出现的错误进行统计，根据训练考核中遇到的问题，对数据库中的应急救援策略进行更新改进。

具体实施步骤如下：

第1步，事故仿真模块，通讯模块、vr仿真训练模块、数据库模块运行连接成功。

第2步，vr仿真训练模块教员端选择预设训练场景n，通过通讯模块将场景参数发送到事故仿真模块，事故仿真模块启动相同事故仿真数据n。

场景至少包括安全壳隔离失败重特大核事故模拟训练场景、核电站氢爆重特大核事故模拟训练场景、核电站蒸汽爆炸重特大核事故模拟训练场景、核电站安全壳直接加热重特大核事故模拟训练场景、核电站安全壳长期超压重特大核事故模拟训练场景、核电站堆芯熔融重特大核事故模拟训练场景、核电站重大自然灾害导致的重特大核事故模拟训练场景、核电厂全厂断电导致的重特大核事故模拟训练场景、核电厂乏燃料水池冷却能力丧失导致的核事故模拟训练场景

第3步，事故仿真模块将事故仿真计算的各种参数通过通讯模块实时发送到vr仿真训练模块，驱动三维场景中的各种特效参数进行实时展示。

仿真参数及三维特效至少包括厂房破口位置、破口大小、主要厂房内部温度、主要厂房内部压力、主要厂房内部氢气含量、主要厂房内部积水深度、一回路破口喷射流量、堆芯温度、堆芯水位、蒸汽发生器液位、稳压器液位、厂房辐射剂量、厂区辐射剂量、安注系统流量、ptr水箱液位、asg水箱液位、安注系统设备状态、喷淋系统设备状态、厂内供电情况等

第4步，事故仿真计算的各种参数同时作为剂量计算和气象仿真的输入，使用专业工程软件进行分析计算，计算结果通过通讯模块实时发送到vr仿真训练模块，驱动三维场景中的三维特效进行实时展示。

第5步，vr仿真训练模块中学员按应急策略操作或者教员对事故过程插入干预措施，这些操作和干预将会以参数的形式发送到事故仿真模块，驱动事故仿真模块作出相应的调整和计算，随后将重复第3步和第4步的操作。

剂量计算子模块采用点核积分和蒙特卡洛方法结合。系统发生操作干预时，剂量计算子模块同时使用点核积分和蒙特卡洛方法进行计算，点核积分方法的计算一般能够很快出具结果，将数据传送至三维场景；而蒙特卡洛方法计算速度较慢，其在后台进行的计算结果存储到数据库模块中，在需要时，系统可以调用蒙特卡洛方法计算的详细数据。

vr仿真训练模块中的所有的三维特效，如安全壳内部温度、安全壳内部压力、一回路破口喷射流量、堆芯温度、堆芯水位、蒸汽发生器液位、稳压器液位、控制棒位置等，都由事故仿真计算模块的参数进行驱动，并与相关参数呈一致性表现。

事故仿真计算模块的参数分为在线式和离线式。事故仿真计算模块与vr仿真训练模块同在一个网络环境下，且网络通讯顺畅的情况下，事故仿真计算模块与vr仿真训练模块之间进行实时的双向数据交互。当系统中缺少事故仿真计算模块时，vr仿真训练模块直接调用数据库模块中存储的信息进行演变和展示。

vr仿真训练模块具备物理引擎功能，能够实现物理碰撞和人机工程，具备可达性分析和人体辐射剂量技术。

vr仿真训练模块具备ai引擎功能，能够对错误进行统计分析，对策略进行更新改进。

学员端子系统采用可沉浸式穿戴设备进行仿真，最大限度地模拟核事故发生的场景，对学员进行身临其境的训练。

学员端子系统能够多人同步在线训练，能够进行核应急的多人协作训练。