一种增强感知体验平台及其使用方法与流程

1.本发明模拟体验设备技术领域，具体涉及一种增强感知体验平台及其使用方法。


背景技术：

2.自2018年应急管理部成立后，国家逐步推进应急管理体制的建设并不断强调加强应急安全教育的普及。国家在建立自上而下，分级响应的应急管理体系建设的同时，更注重公众对于突发事件预防及应对的教育宣传，积极提升广大民众的应急能力培训及常备应急物资储备。
3.现有技术的模拟体验设备提供的体验种类单一，不能满足多种体验需求，如中国专利[cn202120447654.4]公开的一种应急模拟体验系统，只能提供地震和火灾的模拟体验，中国专利[申请号cn201520016161.x]公开的一种地震模拟体验动感平台，只能提供地震模拟体验；中国专利[申请号cn202020064268.2]公开的台风模拟体验设备，只能提供台风模拟体验；中国专利[申请号cn201720080198.8]公开的一种触电模拟体验装置，只能提供触电模拟体验。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明目的是提供一种具有良好的体验的沉浸感与真实感、能满足多种体验需求的、能对体验者的相关数据进行采集并进行科学判断及分析的增强感知体验平台及其使用方法。
[0005]
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种增强感知体验平台，包括平台主体，设置在所述平台主体上的动感平台，设置在所述平台主体上的热源系统，设置在所述平台主体上的风力系统，设置在所述平台主体上的、用于释放烟雾的烟雾嗅觉系统，所述烟雾释放嗅觉系统释放的烟雾具有焦糊味，设置在所述平台主体上的灯光系统，设置在所述平台主体上的、用于提供触电模拟体验的触电系统，设置在所述平台主体上的显示器，放置在所述平台主体上的脑电采集终端，放置在所述平台主体上的心率采集终端，与所述动感平台、热源系统、风力系统、烟雾嗅觉系统、灯光系统、触电系统、显示器和脑电采集终端和心率采集终端均电性连接的控制系统。
[0006]
作为优选，所述动感平台为六自由度并联动感平台。
[0007]
作为优选，所述热源系统为热风机。
[0008]
作为优选，所述风力系统为变频风机。
[0009]
作为优选，所述烟雾嗅觉系统为火灾逃生模拟实训用烟雾释放装置。
[0010]
作为优选，所述灯光系统为led灯。
[0011]
作为优选，所述触电系统为人体触电模拟装置。
[0012]
作为优选，所述脑电采集终端为头戴式脑电波传感器，所述脑电采集终端用于采集体验者的delta波、beta波、alpha波、theta波和gamma波，
[0013]
作为优选，所述心率采集终端为心率采集手环，所述心率采集终端用于采集体验
者的心率信号，所述心率采集终端采用的是红外光电式传感器，用于把原始的心率信号转变为微电压信号，信号调理电路包括放大器、滤波器和比较器，调理电路的输入信号是传感器采集进来的原始心率信号，它的输出信号则是有一定电压幅度的脉冲信号，控制系统的输入信号是上面提到的脉冲信号，输出的是心率数据，当人在紧张、生气或者是有其他不良情绪的时候，心率就会变得非常不规则，通过不规则的心率信号对情绪的定义达到对情绪的判定。
[0014]
作为优选，所述控制系统为单片机。
[0015]
一种增强感知体验平台的使用方法，包括以下步骤：
[0016]
s1，体验者进入平台主体并坐在动感平台的座椅上，再佩戴好脑电采集终端和心率采集终端；
[0017]
s2，控制系统打开场景软件，并登录进入场景系统；
[0018]
s3，控制系统根据该场景系统的要求对应调用动感平台、热源系统、风力系统、烟雾嗅觉系统、灯光系统和触电系统中一种或多种，同时控制系统根据该场景系统的要求在显示器播放对应的场景视频；
[0019]
s4，脑电采集终端和心率采集终端分别把体验者的脑电波信号和心率信号分别传输至控制系统，控制系统对体验者在该场景系统下的脑电波信号和心率信号进行数据切分、特征提取和状态识别，得到体验者在该场景系统下的情绪状态、注意力状态和共情状态；
[0020]
s5，体验结束，控制系统根据体验者在该场景系统下的情绪状态、注意力状态和共情状态分别生成体验者的情绪指数、专注度指数和共情指数，通过情绪指数、注意力指数和共情指数评估体验者在场景系统内的体验效果。
[0021]
进一步的，当所述步骤s2中的场景系统为火灾场景系统时，控制系统根据消防场景系统的要求对应调用热源系统、烟雾嗅觉系统和灯光系统，显示器播放火灾场景视频，模拟火灾环境；当场景系统为地震场景系统时，控制系统根据地震场景系统的要求对应调用动感平台，显示器播放地震场景视频，模拟地震环境；当场景系统为台风场景系统时，控制系统根据台风场景系统的要求对应调用风力系统，显示器播放台风场景视频，模拟台风环境；当场景系统为触电场景系统时，控制系统根据消防场景系统的要求对应调用触电系统，显示器播放触电场景视频，模拟触电环境；当场景系统为地震起火场景系统时，控制系统根据消防场景系统的要求对应调用动感平台、热源系统、烟雾嗅觉系统和灯光系统，显示器播放地震起火场景视频，模拟地震起火环境。火灾、地震、台风和触电四种灾难模拟可以灵活组合，例如地震与火灾一起发生的灾难模拟，地震与台风一起发生的灾难模拟，地震与触电一起发生的灾难模拟，地震、火灾和触电一起发生的灾难模拟，地震、火灾和台风一起发生的灾难模拟，地震、台风和触电一起发生的灾难模拟，地震、火灾、台风和触电一起发生的灾难模拟；火灾和台风一起发生的灾难模拟，火灾和触电一起发生的灾难模拟，火灾、台风和触电一起发生的灾难模拟；台风和触电一起发生的灾难模拟。
[0022]
进一步的，所述步骤s5中的情绪指数为体验者在体验过程中的积极时间和消极时间的比值；所述的控制系统用于处理从脑电采集终端直接传来的电压信号和经由电流传感器传来的电流信号，经过处理后，得到beta波和theta波的绝对功率比；通过机器学习方法——梯度推进树gbdt来建立情感推理规则，识别积极和消极两类情绪；当人处于不同的
情绪状态下时，对应的活动脑区不同，人的左半脑更多地参与处理积极的情绪或活动，而右半脑更多的参与处理消极和负面的情绪或活动，左右脑能量存在不对称性。情绪指数的特征参数：fp1通道(左前额叶)、fp2通道(右前额叶)、delta波、beta波、alpha波、theta波、gamma波的平均功率谱不对称指数和光谱不对称指数；基于各波段情绪效率指数；各通道小波变换小波系数的最大值、最小值、标准偏差及中值。
[0023]
进一步的，所述步骤s5中的专注指数为体验者在体验过程中的专注时间和非专注时间的比值；当人处于不同精神状态时，脑电波所含的delta、beta、alpha、theta、gamma等节率所占的能量不同；例如当大脑处于不同专注度状态时，可根据beta波的能量值来衡量衡量专注度的高低，随着值增大，专注度提高；同时，样本熵也可用于衡量专注度的高低，专注度集中时，信号复杂度越高，熵越大；专注指数的特征参数：fp1、fp2脑电数据的样本熵、alpha波能量、beta波能量、theta波能量、delta波能量、gamma波能量。
[0024]
进一步的，所述步骤s5中的共情指数为体验者在体验过程中的脑电波中的beta波和alpha波的比值；大脑活跃度是一个带可解释意义的中间指标，代表大脑功能活跃度，活跃度越高，感知处理能力越强，即共情能力越强；共情指数代表观看场景后情绪的敏感程度，跟大脑活跃度高度相关，大于1，表示非常敏感，小于1表示不敏感；情绪持续能力代表观看场景后情绪的保持能力，跟大脑活跃度高度相关，大于1，表示保持能力很强，小于1表示保持能力一般，共情指数可用来表达观看多个场景后的情绪对比，如无多个场景可以忽略。
[0025]
本发明技术效果主要体现：本发明通过动感平台和显示器能模拟地震灾难，通过热源系统、烟雾嗅觉系统、灯光系统和显示器能模拟火灾灾难，通过风力系统和显示器能模拟台风灾难，通过触电系统和显示器能模拟触电灾难，具有良好的体验的沉浸感与真实感，还能对火灾、地震、台风和触电四种灾难模拟进行灵活组合，满足多种体验需求，且还能通过脑电电采集终端和心率采集终端对体验者的相关数据进行采集，作为科学判断及分析的依据。
附图说明
[0026]
图1为本发明一种增强感知体验平台的结构示意图；
[0027]
图2为图1的系统框图；
[0028]
图3为图2的流程图；
[0029]
图4为某体验者在某场景系统中情绪指数；
[0030]
图5为某体验者在某场景系统中专注度指数；
[0031]
图6为某体验者在某六个场景系统共情指数。
具体实施方式
[0032]
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
[0033]
在本实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0034]
另，在本具体实施方式中如未特别说明部件之间的连接或固定方式，其连接或固定方式均可为通过现有技术中常用的螺栓固定或钉销固定，或销轴连接等方式，因此，在本实施例中不在详述。
[0035]
一种增强感知体验平台，如图1-3所示，包括平台主体1，还包括设置在所述平台主体1上的动感平台2，设置在所述平台主体1上的、用于提供热量的热源系统3，设置在所述平台主体1上的、用于提供风量的风力系统4，设置在所述平台主体1上的、用于释放烟雾的烟雾嗅觉系统5，所述烟雾释放嗅觉系统5释放的烟雾具有焦糊味，设置在所述平台主体1上的灯光系统6，设置在所述平台主体1上的、用于提供触电模拟体验的触电系统7，设置在所述平台主体1上的、用于播放视频的显示器8，放置在所述平台主体1上的脑电采集终端9，放置在所述平台主体1上的心率采集终端10，与所述动感平台2、热源系统3、风力系统4、烟雾嗅觉系统5、灯光系统6、触电系统7、显示器8和脑电采集终端9和心率采集终端10均电性连接的控制系统。具体的，所述动感平台2、热源系统3、风力系统4、烟雾嗅觉系统5、灯光系统6、触电系统7和显示屏8均与控制系统电线连接，所述脑电采集终端9和心率采集终端10与控制系统蓝牙连接。
[0036]
在本实施例中，所述动感平台为六自由度并联动感平台。所述六自由并联动感平台能实现上下、左右、前后的平移和旋转，配合各应用平台场景，更能够提升体验的沉浸感与真实感。
[0037]
在本实施例中，所述热源系统3为热风机。
[0038]
在本实施例中，所述风力系统4为变频风机。
[0039]
在本实施例中，所述烟雾嗅觉系统5为火灾逃生模拟实训用烟雾释放装置。
[0040]
在本实施例中，所述灯光系统6为led灯。
[0041]
在本实施例中，所述触电系统7为人体触电模拟装置。
[0042]
在本实施例中，所述脑电采集终端9为头戴式脑电波传感器，所述脑电采集终端9用于采集体验者的delta波、beta波、alpha波、theta波和gamma波。
[0043]
在本实施例中，所述心率采集终端为心率采集手环，所述心率采集终端用于采集体验者的心率信号。所述心率采集终端采用的是红外光电式传感器，用于把原始的心率信号转变为微电压信号，信号调理电路包括放大器、滤波器和比较器，调理电路的输入信号是传感器采集进来的原始心率信号，它的输出信号则是有一定电压幅度的脉冲信号，控制系统的输入信号是上面提到的脉冲信号，输出的是心率数据，当人在紧张、生气或者是有其他不良情绪的时候，心率就会变得非常不规则，通过不规则的心率信号对情绪的定义达到对情绪的判定。
[0044]
在本实施例中，所述控制系统为单片机。
[0045]
一种增强感知体验平台的使用方法，包括以下步骤：
[0046]
s1，体验者进入平台主体1并坐在动感平台2的座椅上，再佩戴好脑电采集终端9和心率采集终端10；
[0047]
s2，控制系统打开场景软件，并登录进入场景系统；
[0048]
s3，控制系统根据该场景系统的要求对应调用动感平台2、热源系统3、风力系统4、烟雾嗅觉系统5、灯光系统6和触电系统7中一种或多种，同时控制系统根据该场景系统的要求在显示器8播放对应的场景视频；
[0049]
s4，脑电采集终端9和心率采集终端10分别把体验者的脑电波信号和心率信号分别传输至控制系统，控制系统对体验者在该场景系统下的脑电波信号和心率信号进行数据切分、特征提取和状态识别，得到体验者在该场景系统下的情绪状态、注意力状态和共情状态；
[0050]
s5，体验结束，控制系统根据体验者在该场景系统下的情绪状态、注意力状态和共情状态分别生成体验者的情绪指数、专注度指数和共情指数。通过情绪指数、注意力指数和共情指数评估体验者在场景系统内的体验效果。
[0051]
当所述步骤s2中的场景系统为火灾场景系统时，控制系统根据消防场景系统的要求对应调用热源系统3、烟雾嗅觉系统5和灯光系统6，显示器8播放火灾场景视频，模拟火灾环境。
[0052]
当所述步骤s2中的场景系统为地震场景系统时，控制系统根据地震场景系统的要求对应调用动感平台2，显示器8播放地震场景视频，模拟地震环境。
[0053]
当所述步骤s2中的场景系统为台风场景系统时，控制系统根据台风场景系统的要求对应调用风力系统4，显示器8播放台风场景视频，模拟台风环境。
[0054]
当所述步骤s2中的场景系统为触电场景系统时，控制系统根据消防场景系统的要求对应调用触电系统7，显示器8播放触电场景视频，模拟触电环境。
[0055]
当所述步骤s2中的场景系统为地震和火灾一起发生场景系统时，控制系统根据消防场景系统的要求对应调用动感平台2、热源系统3、烟雾嗅觉系统5和灯光系统6，显示器8播放地震和火灾一起发生的场景视频，模拟地震和火灾一起发生的环境。
[0056]
火灾、地震、台风和触电四种灾难模拟可以灵活组合，例如地震与火灾一起发生的灾难模拟，地震与台风一起发生的灾难模拟，地震与触电一起发生的灾难模拟，地震、火灾和触电一起发生的灾难模拟，地震、火灾和台风一起发生的灾难模拟，地震、台风和触电一起发生的灾难模拟，地震、火灾、台风和触电一起发生的灾难模拟；火灾和台风一起发生的灾难模拟，火灾和触电一起发生的灾难模拟，火灾、台风和触电一起发生的灾难模拟；台风和触电一起发生的灾难模拟。
[0057]
如图4所示，所述步骤s5中的情绪指数为体验者在体验过程中的积极时间和消极时间的比值。所述的控制系统用于处理从脑电采集终端直接传来的电压信号和经由电流传感器传来的电流信号，经过处理后，得到beta波和theta波的绝对功率比；通过机器学习方法——梯度推进树gbdt来建立情感推理规则，识别积极和消极两类情绪；当人处于不同的情绪状态下时，对应的活动脑区不同，人的左半脑更多地参与处理积极的情绪或活动，而右半脑更多的参与处理消极和负面的情绪或活动，左右脑能量存在不对称性。情绪指数的特征参数：fp1通道(左前额叶)、fp2通道(右前额叶)、delta波、beta波、alpha波、theta波、gamma波的平均功率谱不对称指数和光谱不对称指数；基于各波段情绪效率指数；各通道小波变换小波系数的最大值、最小值、标准偏差及中值。
[0058]
如图5所示，所述步骤s5中的专注指数为体验者在体验过程中的专注时间和非专注时间的比值。当人处于不同精神状态时，脑电波所含的delta、beta、alpha、theta、gamma等节率所占的能量不同。例如当大脑处于不同专注度状态时，可根据beta波的能量值来衡量衡量专注度的高低，随着值增大，专注度提高；同时，样本熵也可用于衡量专注度的高低，专注度集中时，信号复杂度越高，熵越大；专注指数的特征参数：fp1、fp2脑电数据的样本
熵、alpha波能量、beta波能量、theta波能量、delta波能量、gamma波能量。
[0059]
如图6所示，所述步骤s5中的共情指数为体验者在体验过程中的脑电波中的beta波和alpha波的比值。大脑活跃度是一个带可解释意义的中间指标，代表大脑功能活跃度，活跃度越高，感知处理能力越强，即共情能力越强；共情指数代表观看场景后情绪的敏感程度，跟大脑活跃度高度相关，大于1，表示非常敏感，小于1表示不敏感；情绪持续能力代表观看场景后情绪的保持能力，跟大脑活跃度高度相关，大于1，表示保持能力很强，小于1表示保持能力一般，共情指数可用来表达观看多个场景后的情绪对比，如无多个场景可以忽略。
[0060]
本发明技术效果主要体现：本发明通过动感平台和显示器能模拟地震灾难，通过热源系统、烟雾嗅觉系统、灯光系统和显示器能模拟火灾灾难，通过风力系统和显示器能模拟台风灾难，通过触电系统和显示器能模拟触电灾难，具有良好的体验的沉浸感与真实感，还能对火灾、地震、台风和触电四种灾难模拟进行灵活组合，满足多种体验需求，且还能通过脑电采集终端和心率采集终端对体验者的相关数据进行采集，作为科学判断及分析的依据。
[0061]
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。