一种船舶险情逃生模拟培训系统技术方案

本发明专利技术公开一种船舶险情逃生模拟培训系统，包括船舱大环境数据单元、巡航检测单元、消防运维设备信息单元、数据库管理单元、险情综合模拟仿真单元、信息传输单元、云端服务器单元、中央信息处理与控制单元和交互操作控制单元组成。用户可自定义船舱险情的环境数据，针对不同的以及实时变化的火灾场景进行逃生模拟培训，用户可选择两种方式下的训练，均采用无线模式。本发明专利技术可供船舶工作人员进行火灾险情的逃生模拟训练，给用户提供基于虚拟现实沉浸感的体验，又增强用户对真实环境的感受，有利于降低现实船舶消防训练所消耗的人力、物力、财力以及风险，提高船舶消防逃生训练的安全性和时效性。

A Simulated Training System for Ship Risk Escape

The invention discloses a ship danger escape simulation training system, which comprises a cabin environment data unit, cruise detection unit, fire fighting operation and maintenance equipment information unit, database management unit, comprehensive danger simulation unit, information transmission unit, cloud server unit, central information processing and control unit and interactive operation control unit. Users can customize the environmental data of cabin danger, and carry out escape simulation training for different and real-time changing fire scenarios. Users can choose two ways of training, both using wireless mode. The invention can be used to simulate the escape training of ship staff in fire danger, provide users with immersion experience based on virtual reality, and enhance users'feeling of real environment, which is beneficial to reducing the human, material, financial and risk consumed by real ship fire training, and improve the safety and timeliness of ship fire escape training.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶险情逃生模拟培训系统
本专利技术属于模拟逃生培训技术，具体涉及一种船舶险情逃生模拟培训系统。
技术介绍
常规的险情逃生演练都是基于实地演练，训练耗费时间，人力物力资源消耗较大，并且很难收到良好的培训效果。随着现代技术的发展，船用设备日益增加，复杂，从而导致船舶发生险情的机率也随之升高。近两年，虚拟现实技术迅速发展，在工业、建筑、考古、医学生都有实际应用，在三维虚拟场景中，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，火灾模拟训练中，逼真的虚拟场景可以让训练者感受到几近真实的火灾场景，为用户带来沉浸式的场景体验，从而可降低常规训练的危险性。AR增强现实技术则把计算机带入到用户的真实世界中，通过听、看、摸、闻虚拟信息，来增强对现实世界的感知。一种半透明头戴显示器，能够提供对周边环境的快速扫描和空间匹配，在真实世界展现全息图像内容；用户穿戴体感装备，摆脱传统的线连接传输方式，运用语音以及手势的交互方式，增强触觉、听觉等感知状态；用户可置身于现实船舱空间，切身体验几近真实的模拟训练。第五代通信技术在4G的基础上提出更高的要求，运用5G通信大带宽、低延迟、高可靠性、可实现海量终端并发连接，摆脱数据传输线的束缚。经过对现有技术文献的检索发现，中国专利技术专利公开号：CN108961898A，名称：一种基于虚拟现实的消防演练模拟场景系统，该模拟场景体验系统自述基于VR虚拟现实技术，应对现场应急指挥成员和各级负责人在应急预案灾害环境做出各种指令。中国专利技术专利公开号：CN108417108A，名称：一种火灾逃生模拟体验系统，该模拟体验系统自述包括设计独特的温度传感器电路图，提出在虚拟体验技术中呈现动态的逃生场景。中国专利技术专利公开号：CN102496317B，名称：用于陆地搜寻和救护训练的自动控制模拟系统，该模拟系统自述包括能有效的模仿实现突发性和随机性的灾难场景的模拟训练技术，针对陆地的搜寻及救护。中国专利技术专利公开号：CN107340720，名称：虚拟与现实世界环境模拟系统，该模拟系统自述，云服务器采集系统采集世界各地环境数据，模拟系统提供地点选择，选定背景后对当地实时环境进行模拟。以上四份文献都提出基于虚拟现实技术，相对应的进行对现实世界环境的模拟显示，使人员佩戴虚拟眼镜，使用操纵杆进行交互，类似于传统教学式的操作在虚拟世界中完成培训任务。但是针对船舶险情逃生的模拟培训系统目前还不够多，并且传统的虚拟培训系统数据的传输相对很慢，达不到险情环境下的数据低延迟响应，不符合现代船舶险情救援逃生的实际需求。例如，现有的模拟系统采用的传输手段，常见的为Zigbee，WiFi，433MHz。WiFi功耗大可靠性及性能低，WiFi设备的睡眠唤醒时间长。433MHz技术数据传输速率低，采用数据透明传输协议，其网络安全可靠性也是较差的。ZigBee网络中的每个节点相隔一定时间，需要通过无线信号交流的方式重新组网，并在每一次将信息从一个节点发送到另一个节点时，需要扫描各种可能的路径，从最短的路经尝试起，这就涉及到无线网络的管理问题。而这些，都需要占用大量的带宽资源，并增加数据传输的时延。特别是随着网络节点数目的增加和中转次数增多。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种船舶险情逃生模拟培训系统，通过5G通信手段加快系统数据响应，稳定以及安全，并提供两种培训方式，采用虚实结合的半实物模拟仿真手段，让用户更加沉浸在真实的培训中，使得培训结果达到与真实演练的效果，可自定义不同的实况，让用户可对实时变化的环境进行反应训练，即本专利技术能够实际降低船舶火灾险情逃生演练的成本及危险性。技术方案：本专利技术的一种船舶险情逃生模拟培训系统，包括船舶大环境数据单元、巡航检测单元、消防运维设备信息单元、信息传输单元、云端服务器单元、中央信息处理与控制单元、险情综合模拟仿真单元、数据库管理单元以及交互操作控制单元；所述船舶大环境数据单元实时采集船舶险情的环境信息，采集后的环境信息数据由CPU处理器进行处理，处理后的数据通过信息传输单元传输至云端服务器；所述巡航检测单元通过GPS或北斗与UWB融合三维室内室内外定位方法针对不同环境实时获取位置信息，并计算人员的具体的三维空间位置坐标，通过信息传输单元传输至云端服务器单元；所述消防运维设备信息单元存储船舱消防设备的管理信息和位置信息，并通过信息传输单元传输至云端服务器单元；所述信息传输单元用于接收船舶大环境数据单元、巡航检测单元和消防运维设备信息单元所采集的信息，并将经过转换处理后的数据信息采用5G通信手段传递至中央信息处理与控制单元，所述中央信息处理与控制单元将接受的数据信息进行整合分别传输给险情综合模拟仿真模块和本地数据库管理单元；中央信息处理与控制单元还与交互操作控制单元连通；所述险情综合模拟仿真包括烟雾弥漫模拟仿真和火焰蔓延模拟仿真；所述交互与操作单元包括虚拟仿真模块和半实物仿真模块。其中，上述所有设备均支持无线通信，操作者自定义任何区域的环境参数，烟雾机和火焰模拟器即可开始工作，多传感综合模拟器实时监测，数据实时反馈，共同构建训练场景。进一步的，所述船舱大环境数据单元采用Raspberrypi3ModelB+开发板，并集成有多传感综合模拟器、烟雾喷散机和火焰模拟器，Raspberrypi3ModelB+开发板上设有BroadcomBCM2837B0系统芯片，ARMCortex-A53四核CPU，支持2.4GHz和5GHz双频WiFi及蓝牙4.2网络接口；所述多传感器综合模拟器包括烟雾传感器、视频粒子捕捉传感器、紫红外传感器和温湿度传感器；所述火焰模拟器通过发散紫红外复合能量取代明火，降低培训风险；船舱大环境数据单元的所有传感信息实时收集完成后交由Raspberrypi3ModelB+开发板CPU中心采用决策及融合法对数据进行判别和分类，并采用卡尔曼滤波法与人工神经网络法结合，对数据进行过滤和融合处理，再通过信息传输单元中的网关传输到云端服务器单元。进一步的，所述巡航检测单元采用GPS或北斗与UWB融合，其中用户人员佩戴定位手环、标签安全帽和标签胸牌，在船舱内、船舶甲板上以及工作间安装定位基站，定位标签与定位基站基于无线信号，GPS或北斗与UWB融合定位系统针对不同环境实时获取的位置信息进行实况拟合，根据融合算法判断人员具体位置，在船舱内部使用UWB超宽带定位方法，在甲板处使用北斗定位系统，在船舱与外部的交汇处使用北斗与UWB融合定位法，将北斗信号加入UWB室内定位数据，使用加权融合算法融合数据输出，精度控制在20cm-30cm，运用融合计算方法实时计算出工作人员的三维具体空间位置坐标，根据三维具体空间位置坐标中的Z坐标判断用户身处船舱具体层数。进一步的，所述信息传输单元采用5G通信方法将信息传递给中央信息处理与控制单元，信息传输单元中设有通信模组，通信模组采用NB-IoT芯片：Boudica芯片，支持3GPP标准协议，支持IP/UDP/CoAP协议，支持eDRX和PSM省电模式，Boudica芯片设有对应传感器接口并实时收集传感器的数据传输至云端服务器单元；所述云端服务器单元为网络端通讯和信息管理平台，云端服务器单元接收、处理和输出相应数据，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶险情逃生模拟培训系统，其特征在于：包括船舶大环境数据单元、巡航检测单元、消防运维设备信息单元、信息传输单元、云端服务器单元、中央信息处理与控制单元、险情综合模拟仿真单元、数据库管理单元以及交互操作控制单元；所述船舶大环境数据单元实时采集船舶险情的环境信息，采集后的环境信息数据由CPU处理器进行处理，处理后的数据通过信息传输单元传输至云端服务器；所述巡航检测单元通过GPS或北斗与UWB融合三维室内室内外定位方法针对不同环境实时获取位置信息，并计算人员的具体的三维空间位置坐标，通过信息传输单元传输至云端服务器单元；所述消防运维设备信息单元存储船舱消防设备的管理信息和位置信息，并通过信息传输单元传输至云端服务器单元；所述信息传输单元用于接收船舶大环境数据单元、巡航检测单元和消防运维设备信息单元所采集的信息，并将经过转换处理后的数据信息传递至中央信息处理与控制单元，所述中央信息处理与控制单元将接受的数据信息进行整合分别传输给险情综合模拟仿真模块和本地数据库管理单元；中央信息处理与控制单元还与交互操作控制单元连通；所述险情综合模拟仿真包括烟雾弥漫模拟仿真和火焰蔓延模拟仿真；所述交互与操作单元包括虚拟仿真模块和半实物仿真模块。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶险情逃生模拟培训系统，其特征在于：包括船舶大环境数据单元、巡航检测单元、消防运维设备信息单元、信息传输单元、云端服务器单元、中央信息处理与控制单元、险情综合模拟仿真单元、数据库管理单元以及交互操作控制单元；所述船舶大环境数据单元实时采集船舶险情的环境信息，采集后的环境信息数据由CPU处理器进行处理，处理后的数据通过信息传输单元传输至云端服务器；所述巡航检测单元通过GPS或北斗与UWB融合三维室内室内外定位方法针对不同环境实时获取位置信息，并计算人员的具体的三维空间位置坐标，通过信息传输单元传输至云端服务器单元；所述消防运维设备信息单元存储船舱消防设备的管理信息和位置信息，并通过信息传输单元传输至云端服务器单元；所述信息传输单元用于接收船舶大环境数据单元、巡航检测单元和消防运维设备信息单元所采集的信息，并将经过转换处理后的数据信息传递至中央信息处理与控制单元，所述中央信息处理与控制单元将接受的数据信息进行整合分别传输给险情综合模拟仿真模块和本地数据库管理单元；中央信息处理与控制单元还与交互操作控制单元连通；所述险情综合模拟仿真包括烟雾弥漫模拟仿真和火焰蔓延模拟仿真；所述交互与操作单元包括虚拟仿真模块和半实物仿真模块。2.根据权利要求1所述的船舶险情逃生模拟培训系统，其特征在于：所述船舱大环境数据单元采用Raspberrypi3ModelB+开发板，并集成有多传感综合模拟器、烟雾喷散机和火焰模拟器，Raspberrypi3ModelB+开发板上设有BroadcomBCM2837B0系统芯片，ARMCortex-A53四核CPU，支持2.4GHz和5GHz双频WiFi及蓝牙4.2网络接口；所述多传感器综合模拟器包括烟雾传感器、视频粒子捕捉传感器、紫红外传感器和温湿度传感器；所述火焰模拟器通过发散紫红外复合能量取代明火；船舱大环境数据单元的所有传感信息实时收集完成后交由Raspberrypi3ModelB+开发板CPU中心采用决策及融合法对数据进行判别和分类，并采用卡尔曼滤波法与人工神经网络法结合，对数据进行过滤和融合处理，再通过信息传输单元中的网关传输到云端服务器单元。3.根据权利要求1所述的船舶险情逃生模拟培训系统，其特征在于：所述巡航检测单元采用GPS或北斗与UWB融合，其中用户人员佩戴定位手环、标签安全帽和标签胸牌，在船舱内、船舶甲板上以及工作间安装定位基站，GPS或北斗与UWB融合定位系统针对不同环境实时获取的位置信息进行实况拟合，根据融合算法判断人员具体位置，在船舱内部使用UWB超宽带定位方法，在甲板处使用北斗定位系统，在船舱与外部的交汇处使用北斗与UWB融合定位法，将北斗信号加入UWB室内定位数据，使用加权融合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，何家骏，徐江敏，季建，孟顺，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32