用于救援的多人协同虚拟培训演练系统及方法与流程

1.本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及用于救援的多人协同虚拟培训演练系统及方法。


背景技术：

2.矿山救援是矿井出现灾害后迅速抢救遇难人员和处理事故的技术措施。为了迅速地处理矿井突发事故，保护职工生命安全，减少国家资源和财产损失，组织高水平的救护队伍，配备先进的救护装备是十分重要的。抢险救灾往往由多个小队、多个部门联合参与救援行动，在这种情况下，如果事先没有演练过，在配合上极容易出现问题，导致各救援环境衔接不畅，耽误宝贵的救援时间，严重影响救援效率。因此在真正救援工作到来前，需要对救援人员进行定期地培训和演练。
3.现有的救援培训和应急演练方式普遍存在培训效果差、培训效率低的问题，应急演练成本高、演练场地布置不易，导致演练频次低，不能进行多次重复演练，并且不能覆盖所有灾害类型及灾害发生场所，不能对比多种救援方案后果的问题，因此难以达到预期的培训演练效果。
4.例如单人交互式操作的培训和演练方式，或采用集中观看三维立体影片的教学方式，这种培训演练方式交互性低，学员的融入感、代入感不强，容易看过即忘，救援人员无明显的能力提升，与预期效果相差甚远。还例如，采用物理模拟演练方式进行演练，即用道具模拟真实场景供救援人员进行演练和培训，这种情况下需要事先布置物理的灾区、布置演练场地。这种演练方式虽然代入感强，但若要演练多种事故的救灾，则需要布置多个物理灾区，布置花费时间长，成本过高，不利于对多个场景的救灾进行演练，若只对单个场景进行多次演练，救援人员的救援能力还是不能得到提升，达不到培训演练的最终目的。


技术实现要素：

5.本发明意在提供用于救援的多人协同虚拟培训演练系统及方法，以解决现有技术演练成本高，准备周期长并且演练效果不理想的问题。
6.本发明提供的基础方案：用于救援的多人协同虚拟培训演练系统，包括管理端、服务器和演练端；管理端、服务器和演练端分别通过网络连接；
7.所述管理端用于设定虚拟演练场景和演练任务，所述演练任务还包括演练方案及救援路线，并生成对应的演练程序；
8.所述演练端用于显示虚拟演练场景并获取救援人员的演练操作；所述演练端有多个，每个演练端供一个救援人员进行演练操作；
9.所述服务器用于运行演练程序，并为演练端提供数据存储、数据转发及统计功能，同时根据演练操作对虚拟演练场景进行更新。
10.本发明的原理及优点在于：所述管理端用于构建虚拟仿真事故现场，所述服务器用于搭建演练环境平台，运行演练程序，并为每个演练端提供数据存储、数据转发及统计功
能，同时更新虚拟演练场景；所述演练端用于显示演练现场，救援人员通过演练端进行救援操作，运用虚拟显示技术和局域网联机技术，使各救援人员共同参与虚拟的救援训练，共同完成整个虚拟的救援任务。本方案的优点在于：本发明将虚拟现实技术与灾害应急救援完美结合，生成新的演练模式，将单调的示意演练转变为智能先进、沉浸交互的场景化演练，将实际中难以体现场景特征通过虚拟现实方式展现，并且能够搭建多种演练情况，提高演练质量，激发救援人员的演练热情与主动性，有效地培训矿山救援人员的救援能力和协同作战能力，提升救援人员之间的默契，具有演练效率高、费用低、周期短等优点。
11.进一步，所述服务器包括运行模块、更新模块和同步模块；
12.所述运行模块用于获取并运行演练程序，所述运行演练程序的过程包括为演练端提供数据存储、数据转发及统计功能，并控制各演练端的场景显示；
13.所述更新模块用于接收各演练端的演练操作，根据演练操作对演练程序进行更新；
14.所述同步模块用于对演练程序进行更新时，对各演练端的显示画面进行统一。
15.有益效果：所述服务器为虚拟救援演练提供稳定的运行平台，服务器还包括同步模块，主要负责演练场景的同步，以免出现各演练端的场景不同步的情况，提高救援人员的体验感和演练的真实性，保证演练能够顺利进行。
16.进一步，所述管理端包括设置模块、生成模块和存储模块：
17.所述设置模块用于设置演练参数，所述演练参数包括虚拟演练场景、计划演练人数、计划演练时间、道具名称及数量和演练任务；
18.所述生成模块用于根据演练参数生成对应的演练程序，并发送至服务器；
19.所述存储模块用于存储演练参数。
20.有益效果：设置模块能够对虚拟演练场景、计划演练人数、计划演练时间、道具名称及数量和演练任务分别进行设置，提高演练的多样化，通过改变演练参数，对救援人员进行不同条件下的锻炼，有利于激发救援人员的演练热情，提高救援人员的救援能力，锻炼救援人员的应急能力。
21.进一步，所述演练参数还包括演练角色。
22.有益效果：管理端能够根据不同的演练任务设置不同的演练角色，保证演练的多样性。
23.进一步，所述演练端包括显示模块、选择模块和获取模块；
24.所述选择模块用于选择演练角色，并将选择结果发送至服务器；所述服务器根据选择结果控制演练端显示画面；
25.所述显示模块用于对虚拟演练场景进行显示；
26.所述获取模块用于获取救援人员的演练操作，并将演练操作发送至服务器，所述服务器还用于根据演练操作实时更新演练程序。
27.有益效果：所述演练端提供给救援人员稳定的操作平台，使救援人员能够沉浸在救援任务中，设置选择模块，救援人员能够选择不同的角色进行演练，了解整个演练行动的过程，全面地提高救援人员的救援能力。
28.进一步，所述演练端还包括文字输入模块，所述文字输入模块用于输入文字；所述运行模块还用于获取演练端的输入的文字，并控制各演练端显示该文字。
29.有益效果：各演练端之间能够通过文字输入模块进行交流，使救援人员在救援演练过程中相互协作，保证救援演练活动的顺利进行，实现抢险救灾协同训练的目的。
30.进一步，所述演练端还包括语音模块，所述语音模块用于进行实时语音交流；所述同步模块还用于获取实时语音，并对各演练端的实时语音进行同步。
31.有益效果：各演练端之间能够通过语音模块进行交流，使救援人员在救援演练过程中相互交流协作，并且与输入文字相比，语音交流更加方便快捷，保证救援演练的顺利进行，并且跟文字交流相比。
32.进一步，所述服务器还包括记录模块；所述记录模块还用于获取演练实际数据，所述演练实际数据包括实际演练人数、实际演练时间、道具使用数量和演练任务实际完成情况，所述存储模块还用于存储演练实际数据。
33.有益效果：存储模块存储演练实际数据，便于管理端对演练实际情况进行查看，利于设置模块设置演练参数。
34.进一步，所述服务器还包括智能评分模块，所述智能评分模块用于获取各演练端的演练操作对各救援人员进行评分，所述存储模块还用对评分进行保存。
35.有益效果：对各救援人员进行评分，使救援人员能够对自我的救援能力有明确地定位，激励救援人员勤于救援演练，提升救援能力。
36.本发明还提供用于救援的多人协同虚拟培训演练方法，使用了上述任一用于救援的多人协同虚拟培训演练系统。
附图说明
37.图1为本发明用于救援的多人协同虚拟培训演练系统及方法实施例的逻辑示意图。
具体实施方式
38.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
39.实施例基本如附图1所示：用于救援的多人协同虚拟培训演练系统，包括管理端、服务器和演练端；管理端、服务器和演练端分别通过网络连接；
40.本实施例中，管理端实现演练方案管理、信息管理、成绩管理、连接状态管理等功能。所述管理端包括设置模块、生成模块和存储模块：所述设置模块用于设定演练参数和网络状态，所述演练参数包括虚拟演练场景、计划演练人数、计划演练时间、道具名称及数量、演练角色和演练任务，所述演练任务包括演练方案和救援路线，所述设置模块还用于在演练过程中设定突发事件(含事故)、衍生事故以及临时新增救援任务；
41.所述虚拟演练场景分为多种演练地图，包括掘进工作面透水、带式输送机火灾、电气设备火灾、油脂库火灾、掘进工作面透水、石门揭煤掘进工作面煤与瓦斯突出、掘进工作面瓦斯爆炸等。所述演练角色包括井下基地指挥员、救护小队长、救护队员、救护小队副队长、指挥部专家、指挥部总指挥、调度员、指挥部副总指挥、保卫科、运输科、机电科。
42.所述生成模块用于根据演练参数生成对应的演练程序，并发送至服务器；所述存储模块用于存储演练参数。
43.本实施例中，演练端硬件为计算机，配键鼠及带麦耳机，用于显示系统产生的演练
场景(综采工作面、掘进工作面、联采工作面、井下车场、变电所等)，实现地面接警、选取装备、建立井下基地、灾区侦察、矿图标注、现场标注、医疗急救、灾害处置的操作，可进行实时语音交流，完成行走、拾取装备、使用装备的计算机交互。所述演练端有多个，包括指挥端和普通演练端，每个演练端供一个救援人员进行演练操作；所述演练端包括显示模块、选择模块、获取模块、文字输入模块和语音模块；所述选择模块用于选择演练角色，并将选择结果发送至服务器；所述服务器根据选择结果控制演练端显示画面；
44.根据角色类型的不同，进行分工；指挥部角色提出救援方案，并合理分配给各救护队指挥员以及指挥部的各成员，指挥员角色接受指挥部任务下发给小队，并协调与其他小队之间的合作，救护小队角色执行救灾任务；救援小队分工选择，队长默认选择测气、测顶，队员1负责记录，队员2负责做现场标记、在图纸上标注，队员3、队员4负责演练中遇险遇难人员救治，队员5、队员6铺设电话线并负责通讯；指挥部专家负责方案制定，救援路线规划，调度员负责联络协调各部门统一行动；井下基地指挥员、保卫科、运输科、机电科等角色的任务固定，井下基地指挥员负责指挥救援小队，上报救援过程中的重要信息，保卫科负责安保任务、拉警戒线等，运输科负责救援物资运送，机电科负责井下设备维护以及停送电。
45.所述显示模块用于对虚拟演练场景进行显示；所述获取模块用于获取救援人员的演练操作，并将演练操作发送至服务器，所述服务器还用于根据演练操作实时更新演练程序。所述文字输入模块用于输入文字；所述语音模块用于进行实时语音交流；多个部门、多个救援队员在虚拟仿真环境中，通过语音或文字的通信、相互协作完成救援训练任务，进而实现抢险救灾协同训练的目的。
46.所述服务器用于运行演练程序，并为演练端提供数据存储、数据转发及统计功能，同时根据演练操作对虚拟演练场景进行更新。所述服务器包括运行模块、记录模块、更新模块、智能评分模块和同步模块；所述运行模块用于获取演练程序并运行，所述运行模块用于获取并运行演练程序，所述运行演练程序的过程包括为演练端提供数据存储、数据转发及统计功能，并控制各演练端的场景显示；所述运行模块还用于获取演练端的输入的文字，并控制各演练端显示该文字。
47.所述同步模块用于对演练程序进行更新时，对各演练端的显示画面和实时语音进行统一，以免出现各演练角色的场景不同步、语音延迟的情况；所述记录模块还用于获取演练实际数据，所述演练实际数据包括实际演练人数、实际演练时间、道具使用数量和演练任务实际完成情况，所述存储模块还用于存储演练实际数据；所述智能评分模块用于获取各演练端的演练操作，系统提供任务的知识库进行操作过程的正确性判断和提示，并详细记录各个用户操作过程，并根据预设的评分细则进行评分。所述存储模块还用对评分进行保存。
48.所述智能评分模块以扣分的形式进行评分，总分为130分，扣完为止；具体扣分标准包括以下21条：
49.1.携带装备：
①
必备装备未携带，每个扣0.5分；
②
后续相关任务无法完成，扣相应的分数；
③
多携带干扰项装备，不扣分。
50.2.装备检查+氧呼自检：
①
选择题答错，每题/每人扣0.2分，全队扣分累加；
②
点击下井后，未完成的任务分数全部扣除。
51.3.建立井下基地：
①
敲帮问顶：总体2分，顶板敲2次以下，扣1分，未敲或者先敲侧
边扣2分；侧边敲击顺序不限，敲2次以下各扣0.5分。
②
测温、测气(多参):2分，分别测上中下三个位置，漏测或者未测扣2分；
③
测温:1分；
④
测气：3种气体各1分；
⑤
测风：总分1分，拿出测风装备即可得分，未拿装备扣1分；
⑥
测电话：总分1分，拿起话筒即可得分，未拿扣1分；
⑦
所有人员离开基地走出一定距离远算做任务关闭判定(15米以外)；
⑧
选择基地的分值对应a1\a2\a3\a4：5、4、3、2分，如果规定时间内不选择基地扣5分。
52.4.敲帮问顶：
①
敲帮问顶：总体2分，顶板敲2次以下，扣1分，未敲或者先敲侧边扣2分，侧边敲击顺序不限，敲2次以下各扣0.5分；
②
：动作不规范、未测皆扣两分；
③
极端姿势问题，如敲时直敲头顶，2分全部扣除(作为主观题扣分项)。
53.5.测温：总分1分。
54.6.测气：分别测气，每类1分，动作不规范(方法错误)或未测，皆扣1分。
55.7.侧风：总分1分，未按指定路径测试，扣1分。
56.8.过门风：未测扣1分。
57.9.挂风障：
①
先汇报(0.5分)、测气(0.5分)、挂风障(5分)、再汇报(0.5分)、现场标注(0.5分)、矿图标注(0.5分)，点击完成按钮前未完成以上任何小任务，相应分值扣完。
②
汇报和测气无先后顺序，在挂风障前完成即可，未在挂风障前完成汇报、测气，相关分数全部扣除。
③
挂完风障后，再汇报、现场标注、矿图标注(无先后顺序，离开热点区域前完成)
④
挂风障的正确时间点是要在完成所有任务之后才能进行。若在未完成所有前置任务的情况下挂风障，扣30分；所有未完成的前置任务分数全部扣除。
⑤
如果玩家捡起热点道具，但未在规定的触发区域挂风障，则提示玩家该区域无法挂设风障，再另选位置。捡起风障材料(热点道具)需有系统的提示：ui+语音。
58.10.伤员救治：
①
伤员救治前未做汇报扣1分，未做敲帮问顶扣2分，未做测气3分，未做测温1分；
②
汇报和测气、敲帮问顶和测温项目在伤员救治前完成即可(无先后顺序)，未在伤员救治前完成汇报、测气、敲帮问顶和测温，相关分数全扣除；
③
救治完伤员后，再汇报、现场标注和矿图标注(无先后顺序)；
④
现场标注和矿图标注(无先后顺序，在搬运伤员之前完成)；
⑤
人形标注在搬运伤员之前完成。
59.11.遇难人员：
①
先汇报、测气(3分，判断意识前必须完成)、判断意识、呼吸(0.5分)、心跳脉搏(0.5分)(任务无先后顺序)、人形标注(0.5分)、现场标注(0.5分)、矿图标注(0.5分)(无先后顺序、离开热点区域前完成，未完成或者遗漏步骤，该部分分数全部扣除)。
60.12.水淹区排水：
①
先汇报(0.5分，“汇报地面基地，申请送电”),按钮(按完默认发送)送完点才能使用潜水泵开关、测瓦斯、测硫化氢(1分，打开开关之前完成)、探险棍探水(1分，下水放潜水泵之前完成)、潜水泵丢入水中、线接开关处、现场标注(0.5分)、矿图标注(0.5分)(无先后顺序，离开热点区域之前完成即可，未完成或者遗漏该部分分数扣完)。
61.13.过烟雾区：
①
先汇报(0.5分)、测气(3分)、挂联络绳(1分)(无先后顺序)；
②
联络绳：按1
‑
6的顺序挂联络绳，若没挂或者挂错，扣1分。
62.14.高温区：快进入高温区提示温度过高、汇报、测温(1分)，穿隔热服(总分：2分，若有人没穿隔热服，则每人扣1分，扣完为止)，打开水幕开关(1分)(高亮提示)；经过热点区域之后，任务无法执行，扣除全部分数。
63.15.灭火(可扑灭)：
①
先汇报(0.5分)、敲帮问顶(2分)、测气(3分)、测温(1分)(无先后顺序)，灭火(10分，离开热点区域后未成功扑灭，则全部扣除)，后汇报(0.5分)、矿图标
注(0.5分)、现场标注(0.5分)(无先后顺序，离开热点区域之前完成，未完成或者遗漏步骤，扣相应的分数)。
64.16.灭火(不可扑灭)：建造木板密闭墙：
①
先汇报(0.5分，带有灾区电话的队员拥有特殊汇报的功能按键)、测气(3种气体皆需要检测，可用多参或者单独检定器检测，共3分，每种气体1分)、建造木板密闭墙(木板触发，未建造木板密闭墙扣5分)、再汇报(0.5分)、现场标注(0.5分)、矿图标注(0.5分)；
②
建造木板密闭墙需要在完成所有任务之后才能进行，若在未完成所有前置任务的情况下建造木板密闭墙，扣30分；所有未完成的前置任务分数全部扣除(挂风障或建造木板密闭墙二选一)；
③
汇报和测气无先后顺序，在建造木板密闭墙前完成即可，在未建造木板密闭墙前完成汇报、测气，相关分数全部扣除；
④
完成建造木板密闭墙后，再汇报、现场标注、矿图标注(无先后顺序，离开热点区域前完成即可，未完成或者遗漏步骤，则扣除相应的分数)。
65.17.支架损坏处理：
①
先汇报(0.5分)、敲帮问顶(2分)、测气(3分)(无先后顺序)，先破拆(2分)、再支护(3分)、汇报、矿图标注(0.5分)、现场标注(0.5分)，未完成或者遗漏步骤，扣除相应的分数；
②
破拆和支护的完成顺序不能发生错误，否则扣除全部分数，若完成破拆，未完成支护，则扣除支护对应的分数。
66.18.答题：每题0.5分。
67.19.气体浓度异常(爆炸点：瓦斯浓度过高(超过2％))：
①
打开多参检测装置(开启状态)、进入气体异常热点区域(从瓦斯1％过渡到2％，其他气体含量异常)、多参检测装置报警、切换光学瓦检仪检测瓦斯(2分)、汇报(0.5)、撤离(3分)，若不测气、不汇报、不撤离，扣除所有分数(5分)。
68.20.矿图标注：标注符号分为3类：
①
不存在方向的符号，人可以靠近的位置；
②
不存在方向的符号，但人不能靠近的位置；
③
顺着巷道的符号，或许还存在指向的符号，但人可以靠近的位置；标错或少标1个，扣0.5分；总分5分，扣完为止。
69.21.现场标注：标注符号分为3类：
①
地点标注；
②
遇难者或遇险者标注；
③
测风站风量标注；标错或少标1个，扣0.5分；总分3分，扣完为止。
70.具体实施过程如下：
71.s1依次启动服务器、管理端和多个演练端。
72.s2启动设置模块，在内置地图中选择一种演练场景，设置演练任务、计划演练人数和时间、道具名称及数量，设定演练角色。
73.s3各演练端进行角色选择；根据角色类型的不同，进行分工选择。
74.s4角色选择完成后，首先是启动演练，调度员接警，接警后通知指挥部专家、指挥部总指挥、调度员、指挥部副总指挥、保卫科、运输科、机电科组建抢险救灾指挥部，召请救护队前来救灾。
75.s5系统内抢险救灾指挥部成员制定救灾方案，包括救灾行进路线、搜救遇险遇难人员、恢复灾区等内容。
76.s6救护小队接到召请指令后，带队指挥员到抢险救灾指挥部领取任务，小队长、队员1
‑
6号、小队副队长根据自己的任务分工情况，选择随身携带的救援装备。
77.s7选好装备后，小队长通过线上语音，安排救援小队进行战前检查，各队员完成检查后，等待带队指挥员领取任务后返回。
78.s8带队指挥员到达系统内预设的抢险救灾指挥部，从抢险救灾指挥部领取救灾任务，任务包括任务地图、侦察行进路线、侦察的区域内重要场所信息、区域内灾害信息、区域内可能存在的遇险遇难人员情况。
79.s9带队指挥员从指挥部返回，然后带领已完成战前检查的救援小队下井到达井下基地，从井下基地出发，开始侦察灾区，在侦察灾区过程中，所有侦察数据通过语音汇报至井下基地，井下基地将信息汇报给抢险救灾指挥部。
80.s10抢险救灾指挥部接到侦察的信息，组织抢险救灾指挥部专家及时研讨救灾方案，对救灾方案进行实时调整。
81.s11各救援小队执行完救灾方案上的救灾、救人、恢复通风等所有任务后，任务完成数据传达至服务器。
82.s12服务器根据上传的演练日志、任务完成情况、道具使用记录、行走路线，按照设定的评分规则进行自动评分。
83.s13管理端对演练日志、任务完成情况、道具使用记录、行走路线进行存储。
84.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。