消防救援VR训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种消防救援VR训练系统，包括主机、VR设备以及模拟消防设备；所述VR设备连接于所述主机，并用于训练人员佩戴，能够显示火灾及灭火过程的虚拟场景；所述模拟消防设备连接于所述主机，所述主机用于对模拟的建筑物以及建筑物内的可燃物进行建模，用于模拟火灾的虚拟场景，用于在接收到灭火操作信号后模拟灭火过程的虚拟场景。采用上述技术方案，本发明专利技术的消防救援VR训练系统，是基于虚拟现实技术的集成式多功能消防灭火救援仿真训练系统，为了能够更加真实地模拟火灾救援现场情况，通过模拟满足物理规律的火灾事故发生发展演化过程以及灭火救援行动对火灾发展的影响，实现火灾发展态势与灭火救援行动的实时交互。火灾发展态势与灭火救援行动的实时交互。火灾发展态势与灭火救援行动的实时交互。

【技术实现步骤摘要】
消防救援VR训练系统


[0001]本专利技术涉及一种消防救援VR训练系统，属于消防训练系统


技术介绍

[0002]近年来，一方面，随着经济社会的快速发展，城市化进程明显加快，各种类型的灾害频繁发生，处置的难度和专业性不断增强。在“全灾种、大应急”的更高使命和“以人为本、生命至上”的救援理念背景下，对消防救援队伍的灾害处置能力和个人职业素养又提出了更高的要求，而要解决这一问题，加强训练和培训是主要途径；另一方面，随着现代科技，特别是虚拟现实、云计算、物联网等新一代信息技术的快速演进和落地实用，为解决消防救援队伍传统训练中存在的高成本、高消耗、高风险、高污染、难复现的痛点和难点问题提供了可行的解决方案。这个解决方案就是利用新一代信息技术开发电子化训练系统，作为传统真火实装实地训练模式的有益补充，发挥各自优势，取长补短，综合运用，提高科学训练水平。
[0003]总的来说，一个好的训练系统，必须要明确回答好“训练谁”、“练什么”、“怎么练”三个问题，即训练对象、训练内容和训练形式的问题。电子化训练不同于传统真火实体训练，主要区别在于训练形式，利用仿真技术的优势和特点，实现高仿真、低消耗、无污染、可重复的各类消防训练，可以在同一硬件设施上，通过更新软件支持不同受训对象、不同灾害类型的指挥训练、战术训练、技能训练和心理训练，具有极强的扩展性和适应性，特别适合无法采用真火实体方式模拟的大型复杂灾害场景，构建更为接近现实火场的训练环境，与真火实体训练构成很好的优势互补，形成更为完整的培训体系，达到更好的培训效果。可以说，电子化训练是继真火训练之后另一种极具发展前景的训练模式，而且随着技术的进步，还会更快发展，必将发挥更大的作用。建设专门的电子化训练中心是科技练兵的重要体现，也是提升化解重大安全风险能力的重要途径，具有重大现实意义。例如中国专利文献CN211273316U所公开的一种建筑火灾虚拟训练装置，中国专利文献CN211294263U所公开的燃烧训练装置，CN211181177U所公开的虚拟现实模拟消防水枪，再如中国专利文献CN106816057A所公开的一种虚拟消防训练系统。在目前市面上一些基于虚拟仿真技术的消防训练系统，存在两个尚未解决好的重点难点问题，一是关于火灾行为的模拟还不够真实，与现实情况差别较大，这就会一定程度上影响受训对象对火情的判断，造成了训练效果难以保证。二是当前的类似训练系统，普遍关注的是训练的某一方面，训练的内容设置过于单一，难以支持融技能训练、战术训练、指挥训练和心理训练为一体的综合性训练。在火灾发展蔓延和消防灭火救援交互模拟方面，能够实现满足火灾发展物理规律的主要有基于传热学和计算流体动力学的数值模拟方法。由于此类方法计算量大，计算成本和时间成本高，仅能用于非实时状态下的火灾预测评估与事故灾难反演重构，不能用于虚拟训练中的实时灭火交互模拟。目前市面上已有的可交互消防灭火救援训练系统仅能模拟火灾发生时的火焰和烟气视觉效果，不能模拟火灾发展蔓延规律，灭火救援与火灾烟气的交互作用（例如喷水引起火焰熄灭）也仅仅通过喷水等灭火行动与火焰在时间或空间上的重合来控制灾蔓延或
熄灭过程。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的在于提供一种消防救援VR训练系统，能够用于对训练人员进行消防救援训练。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的一种消防救援VR训练系统，包括主机、VR设备以及模拟消防设备；所述VR设备连接于所述主机，并用于训练人员佩戴，能够显示火灾及灭火过程的虚拟场景；所述模拟消防设备连接于所述主机，包括VR追踪装置以及模拟灭火操作控制装置，所述VR追踪装置用于追踪所述模拟消防设备的位置及角度，所述模拟灭火操作控制装置用于在训练人员进行灭火操作时向所述主机发送对应的灭火操作信号；所述主机用于对模拟的建筑物以及建筑物内的可燃物进行建模，用于模拟火灾的虚拟场景，用于在接收到灭火操作信号后模拟灭火过程的虚拟场景。
[0006]模拟火灾的虚拟场景的方法包括以下步骤：（1）确定模拟的建筑物内每一可燃物的燃烧类型，燃烧类型的判断系数为：当f≤fi时，燃烧类型为通风控制燃烧，当f＞fi时，燃烧类型为燃料控制燃烧；其中，fi为与可燃物材料类型对应的燃烧类型临界值，通过实验结果确定；g为可燃物质量燃烧系数，通过实验结果确定；A
f
为可燃物的表面积；A
v
为建筑物开口的面积；H
v
为建筑物开口的高度；（2）计算可燃物燃烧时的热释放速率H
R
：t≤t1；t1＜t≤t2；t＞t2；其中，t为燃烧时间，t1为可燃物在步骤（1）中确定的燃烧类型下热释放速率增长达到材料类型所对应的最大热释放速率的时间，t2为燃烧消耗可燃物80%热量的时间，t1与t2通过实验结果确定；当t≤t1时为火灾增长阶段，当t1＜t≤t2时为火灾持续阶段，当t＞t2时为火灾熄灭阶段；ａ为火灾增长系数，具体数值根据材料种类通过实验结果确定，β代表火灾熄灭系数，具体数值根据材料种类通过实验结果确定；（3）模拟火灾蔓延：将建筑物内的每个单一可燃物划分为若干控制体；根据预设起火点位置信息确定开始燃烧的一个或多个控制体；计算未燃烧的控制体接收的热辐射热量Q
G
：当Q
G
≥Q
GCi
时，则判定该未燃烧的控制体达到引燃条件，开始燃烧；
其中，Q
GCi
为该未燃烧的控制体的材质类型引燃的临界热量，具体数值通过实验结果确定；H
Rj
为周边第j个控制体燃烧时的热释放速率，T为该未燃烧的控制体接受热辐射的时间；L
j
为第j个控制体与该未燃烧的控制体的间距；θ为环境风向系数，表示第j个控制体指向该未燃烧的控制体的连线与风向的夹角；ν为风力系数，表示风力对热辐射大小的影响，为预设值； n为该未燃烧的控制体周边的其他控制体数量。
[0007]模拟灭火过程的虚拟场景包括以下步骤：模拟向火灾区域喷洒灭火剂的场景，通过粒子系统碰撞检测方法获取灭火剂作用于燃烧的控制体的有效剂量M；计算灭火剂造成该燃烧的控制体的热量损失Q
L
=ηM；计算该燃烧的控制体储存的热量值Q= Q
Gk
‑ꢀ
Q
L
；当Q＜Q
GCk
时，该燃烧的控制体停止燃烧；其中，η为灭火剂灭火效能系数，具体数值根据实验获得；Q
GCk
为该燃烧的控制体的材质类型引燃的临界热量；Q
Gk
为该燃烧的控制体接收的热辐射热量以及自身燃烧热量的总和：其中，H
Ri
为周边第i个控制体燃烧时的热释放速率；T
k
为该燃烧的控制体接受热辐射的时间；L
i
为第i个控制体与该燃烧的控制体的间距；H
Rk
为该燃烧的控制体的热释放速率，m为该燃烧的控制体周边的其他控制体数量。
[0008]采用上述技术方案，本专利技术的消防救援VR训练系统，是基于虚拟现实技术的集成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消防救援VR训练系统，其特征在于：包括主机、VR设备以及模拟消防设备；所述VR设备连接于所述主机，并用于训练人员佩戴，能够显示火灾及灭火过程的虚拟场景；所述模拟消防设备连接于所述主机，包括VR追踪装置以及模拟灭火操作控制装置，所述VR追踪装置用于追踪所述模拟消防设备的位置及角度，所述模拟灭火操作控制装置用于在训练人员进行灭火操作时向所述主机发送对应的灭火操作信号；所述主机用于对模拟的建筑物以及建筑物内的可燃物进行建模，用于模拟火灾的虚拟场景，用于在接收到灭火操作信号后模拟灭火过程的虚拟场景。2.如权利要求1所述的消防救援VR训练系统，其特征在于，模拟火灾的虚拟场景的方法包括以下步骤：（1）确定模拟的建筑物内每一可燃物的燃烧类型，燃烧类型的判断系数为：当f≤fi时，燃烧类型为通风控制燃烧，当f＞fi时，燃烧类型为燃料控制燃烧；其中，fi为与可燃物材料类型对应的燃烧类型临界值，通过实验结果确定；g为可燃物质量燃烧系数，通过实验结果确定；A
f
为可燃物的表面积；A
v
为建筑物开口的面积；H
v
为建筑物开口的高度；（2）计算可燃物燃烧时的热释放速率H
R
：t≤t1；t1＜t≤t2；t＞t2；其中，t为燃烧时间，t1为可燃物在步骤（1）中确定的燃烧类型下热释放速率增长达到材料类型所对应的最大热释放速率的时间，t2为燃烧消耗可燃物80%热量的时间，t1与t2通过实验结果确定；当t≤t1时为火灾增长阶段，当t1＜t≤t2时为火灾持续阶段，当t＞t2时为火灾熄灭阶段；ａ为火灾增长系数，具体数值根据材料种类通过实验结果确定，β代表火灾熄灭系数，具体数值根据材料种类通过实验结果确定；（3）模拟火灾蔓延：将建筑物内的每个单一可燃物划分为若干控制体；根据预设起火点位置信息确定开始燃烧的一个或多个控制体；计算未燃烧的控制体接收的热辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏联营，
申请(专利权)人：苏联营，
类型：发明
国别省市：