一种沉浸式煤矿内因火灾灾害虚拟仿真应急救援演练方法与流程

1.本发明涉及矿山应急救援技术领域，特别涉及一种沉浸式煤矿内因火灾灾害虚拟仿真应急救援演练方法。


背景技术：

2.目前，我国针对煤矿火灾的防控能力有所欠缺，尤其是对于煤矿内因火灾的控制。
3.煤矿内因火灾是发生在采煤工作面后方采空区、遗留煤柱、煤巷的高冒处及浮煤堆积的地点，因遗煤自燃发火特性引起氧化发热导致自燃的矿井火灾，此类火灾难发现，难控制扑灭。针对内因火灾主要是依靠矿井布设的监测监控设备和一线工作人员发现灾前征兆，提前做好专项预案处理，内因火灾因其隐蔽性，一旦发现火灾发生一般处于后期，火势难以控制扑灭，并且产生大量有毒有害气体在采掘空间蔓延，可能酿成恶性事故，造成大量人员伤亡。从而导致救援人员在煤矿内因火灾现场进行救援及抑制火情时，危险度极高，且对救援人员的专业要求较高。
4.因此，对于相关救援人员的技能培训尤为重要。目前煤矿火灾培训的主要方法是具有资质的人员课堂讲授。但是课堂传授的效果并不理想，煤矿外因火灾应急救援培训可在模拟巷道中进行，而煤矿内因火灾波及范围广、灾害难以抑制扑救，难以在现实环境中进行模拟。综上所述，如何在安全环境下，对煤矿内因火灾的救援人员进行相对真实的针对性的救援模拟训练尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种沉浸式煤矿内因火灾灾害虚拟仿真应急救援演练方法，能够通过构建 vr虚拟环境，在安全环境下，完成对煤矿内因火灾救援人员的相对真实的救援模拟训练。
6.本发明提供的基础方案：
7.一种沉浸式煤矿内因火灾灾害虚拟仿真应急救援演练方法，包括以下步骤：
8.参数设置步骤：生成煤矿井下的现场数据参数；
9.模型建立步骤：根据所述现场数据参数，建立煤矿井下的环境三维模型；
10.火灾模拟步骤：生成煤矿井下的内因火灾数据参数，并根据所述现场数据参数及内因火灾数据参数进行内因火灾模拟，生成模拟结果，所述模拟结果包括内因火灾的影响范围；
11.火灾虚拟环境搭建步骤：根据所述模拟结果生成内因火灾各时间段的影响范围，构建vr 虚拟环境，并生成用户特征参数；
12.仿真应急救援演练步骤：生成用户的初始位置数据，进行多用户仿真应急救援演练。
13.本发明的原理及优点在于：煤矿井下的现场数据参数会对煤矿井下发生内因火灾时，内因火灾的影响范围造成莫大的影响，故本方案中，在构建不同煤矿井下的vr虚拟环境
前，首先对内因火灾的影响范围进行确认，从而避免在当前煤矿井下的vr虚拟环境中进行多用户仿真应急救援演练时，演练范围超出内因火灾的影响范围，达到提升演练效率的目的。本方案对煤矿井下发生内因火灾时的环境进行vr三维模拟，用户可在此vr虚拟环境下进行仿真应急救援演练，从而达到安全环境下，完成对煤矿内因火灾救援人员的相对真实的救援模拟训练的技术效果。
14.进一步，还包括参数更新步骤，所述参数更新步骤包括位置获取步骤、环境获取步骤和用户特征参数调整步骤：
15.所述位置获取步骤：获取用户在仿真应急救援演练中的位置数据和停留时间；
16.所述环境获取步骤：根据用户的位置数据，获取用户所在位置的环境数据；
17.所述用户特征参数调整步骤：根据用户所在位置的环境数据和停留时间，调整用户特征参数。
18.有益效果：用户在进行仿真应急救援演练时，受到火灾现场的环境影响，其身体状态会发生变化，从而影响其在救援过程中的各项身体指标，例如火灾现场的温度过高时，可能导致救援人员移动速度变慢甚至出现休克的现象，故本方案在用户进行仿真应急救援演练时，根据用户所在位置的环境数据和停留时间，调整用户特征参数，从而达到更加逼真的演练效果。
19.进一步，所述环境数据包括温度数据、co浓度数据和瓦斯浓度数据中的一种或多种。
20.有益效果：从多个角度模拟火灾现场的环境，使得模拟的环境更加具备真实性。
21.进一步，所述参数更新步骤还包括画面调整步骤，根据用户特征参数，生成画面滤镜，并根据生成的画面滤镜控制用户进行仿真应急救援演练时的画面。
22.有益效果：用户进行仿真应急救援演练，无法真实的感受到火灾现场对其身体带来的损伤，故本方案中根据用户特征参数，调整画面滤镜，从而使用户可以根据画面滤镜，了解自己在当前环境下的身体状况。
23.进一步，所述现场数据参数包括巷道数据参数、机械数据参数、风门数据参数、采空区数据参数和工作面数据参数中的一种或多种。
24.有益效果：获取多种现场数据参数，以构建更加真实的vr虚拟环境。
25.进一步，所述影响范围包括火灾蔓延扩展范围、有害气体顺风流影响范围、火灾引发的爆炸灾害范围和爆炸造成的垮落区范围。
26.有益效果：煤矿内因火灾发生时，其主要的危险因素包括火情本身及其造成的有害气体、火灾引发的爆炸灾害范围和爆炸造成的垮落区范围，故本方案对火灾蔓延扩展范围、有害气体顺风流影响范围、火灾引发的爆炸灾害范围和爆炸造成的垮落区范围进行确认，从而避免在当前煤矿井下的vr虚拟环境中进行多用户仿真应急救援演练时，演练范围超出内因火灾的影响范围，达到提升演练效率的目的。
27.进一步，所述用户特征参数包括用户的生存状态和移动速度。
28.有益效果：进行仿真应急救援演练时，除了需要模拟火灾现场的真实环境，还需要对用户的身体状态进行模拟，故本方案中对火灾现场中，对用户救援能力影响较大的生存状态和移动速度进行模拟，从而创建更加真实的救援模拟训练。
29.进一步，还包括以下步骤：
30.任务生成步骤：生成灾害处理任务并分配至用户；
31.救援演练数据获取步骤：获取用户在仿真应急救援演练中的演练数据，所述演练数据包括任务完成度；
32.报告生成步骤：根据所述演练数据，生成救援报告。
33.有益效果：根据用户在仿真应急救援演练中的演练数据，生成救援报告，便于用户在进行仿真应急救援演练后，了解自己的演练情况，便于其后续进行针对性的提升。
附图说明
34.图1为本发明实施例一种沉浸式煤矿内因火灾灾害虚拟仿真应急救援演练方法的流程框图。
具体实施方式
35.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
36.实施例1：
37.实施例1基本如附图1所示：
38.一种沉浸式煤矿内因火灾灾害虚拟仿真应急救援演练方法，包括以下步骤：
39.参数设置步骤：生成煤矿井下的现场数据参数，所述现场数据参数包括巷道数据参数、机械数据参数、风门数据参数、采空区数据参数和工作面数据参数。
40.模型建立步骤：根据所述现场数据参数，建立煤矿井下的环境三维模型。
41.火灾模拟步骤：生成煤矿井下的内因火灾数据参数，所述内因火灾数据参数包括火灾在环境三维模型中的始发位置及初始火势，根据所述现场数据参数及内因火灾数据参数进行内因火灾模拟，生成模拟结果，本实施例中通过火灾数值模拟技术进行内因火灾模拟，所述模拟结果包括内因火灾的影响范围，所述影响范围包括火灾蔓延扩展范围、有害气体顺风流影响范围、火灾引发的爆炸灾害范围和爆炸造成的垮落区范围。具体的，生成火灾的始发位置及初始火势后，通过火灾数值模拟技术，模拟火灾在当前环境三维模型中的发展态势，从而得到火灾蔓延扩展范围、有害气体顺风流影响范围、火灾引发的爆炸灾害范围和爆炸造成的垮落区范围。其中，火灾引发的爆炸灾害发生后，可能会对煤矿井下的通风构筑物造成破坏，从而影响有害气体的顺风流影响范围，故本方案中，在对火灾进行模拟时，综合爆炸灾害对通风构筑物的破坏，预测有害气体顺风流影响范围。
42.火灾虚拟环境搭建步骤：根据所述模拟结果生成内因火灾各时间段的影响范围，构建vr 虚拟环境，具体的，获取模拟的火灾在当前环境三维模型中每隔五分钟的发展态势及当前火灾蔓延扩展范围和有害气体顺风流影响范围，以此构建vr虚拟环境，对火灾发展的全过程进行仿真模拟；生成用户特征参数，所述用户特征参数包括用户的生存状态和移动速度，用户的生存状态分为正常和虚弱，本实施例中，所有用户的初始生存状态均为正常，移动速度均为5m/s，在进行仿真应急救援演练过程中，各用户的用户特征参数会根据其所在位置的环境数据和停留时间发生改变。
43.仿真应急救援演练步骤：生成用户的初始位置数据，进行多用户仿真应急救援演练，具体的，根据用户的职务生成用户的初始位置数据，如用户为救援人员，则将用户的初始位置数据设置为矿井入口处，如需要煤矿井下的工作人员进行配合，例如安全监工，则根
据其日常监管区域生成其初始位置数据。
44.参数更新步骤，所述参数更新步骤包括位置获取步骤、环境获取步骤、用户特征参数调整步骤和画面调整步骤。
45.所述位置获取步骤，获取用户在仿真应急救援演练中的位置数据和停留时间；所述环境获取步骤，根据用户的位置数据，获取用户所在位置的环境数据，本实施例中，所述环境数据包括温度数据和co浓度数据，在本技术的其他实施例中，还可以包括瓦斯浓度数据、硫化氢浓度数据；所述用户特征参数调整步骤，根据用户所在位置的环境数据和停留时间，调整用户特征参数。
46.具体的，由于被困人员无防护，煤矿井下的有毒有害气体及温度均对其生存状态存在较大的影响，而救援人员穿戴防护装备，能对有毒有害气体进行隔绝，相比之下温度对其生存状态的影响更大，故本方案中，将用户分为被困人员和救援人员。当被困人员所在位置的温度数据高于高温阈值或co浓度数据高于co浓度阈值，且被困人员在该位置的停留时间超过时间阈值时，调低被困人员的生存状态和移动速度，其原理在于，人体长时间处于高温环境或高co浓度环境时，可能会导致其出现头晕、乏力、虚弱的症状，从而导致其生存状态变差，移动速度变慢。当救援人员所在位置的温度数据高于高温阈值时，且救援人员在该位置的停留时间超过时间阈值时，调低救援人员的生存状态和移动速度。本实施例中，当用户的生存状态为正常、移动速度为5m/s时，将其生存状态调整为虚弱，其移动速度调整为2.5m/s。
47.画面调整步骤，根据用户特征参数，生成画面滤镜，并根据生成的画面滤镜控制用户进行仿真应急救援演练时的画面。本实施例中，当用户的生存状态为虚弱或用户的移动速度为 2.5m/s时，生成红色调的画面滤镜，使用户可以根据画面滤镜，了解到自己在当前环境下的身体状况较差，增加其在模拟训练过程中的真实体验感；当用户的生存状态为正常且移动速度为5m/s时，画面为正常、不添加滤镜的状态。
48.任务生成步骤：生成灾害处理任务并分配至用户。
49.救援演练数据获取步骤：获取用户在仿真应急救援演练中的演练数据，所述演练数据包括任务完成度和演练结束时的生存状态。
50.报告生成步骤：根据所述演练数据，生成救援报告。具体的，当用户的任务完成度高于 80％且其演练结束时的生存状态为正常时，生成演练中表现优秀的救援报告；当用户的任务完成度低于80％且其演练结束时的生存状态为虚弱时，生成演练中表现良好的救援报告，并在救援报告中指出其生存状态由正常变为虚弱的时间点、所在位置和生存状态转变的原因；当用户的任务完成度低于80％且其演练结束时的生存状态为正常时，生成演练中表现良好的救援报告；当用户的任务完成度低于80％且其演练结束时的生存状态为虚弱时，生成演练中表现较差的救援报告，并在救援报告中指出其生存状态由正常变为虚弱的时间点、所在位置和生存状态转变的原因。
51.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障
碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。