[發明專利]加油站虛擬培訓系統及應用

有效

• 申請號: 201210394725.4
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102930753A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 王春;袁紀武;翟良云;李磊;劉剛;孫春媛;毛文鋒
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，特別涉及一種利用現代通信與計算機技術的基于硬件交互的加油站虛擬培訓系統。?

背景技術

隨著國內經濟建設對油品需求的不斷增加，加油站的數量及規模也以迅猛的速度擴充，目前，加油站總數達10萬座之多。由于加油站地理位置分散，儲存的易燃易爆物質數量大，事故潛在風險高，后果危害程度嚴重，如何提升加油站安全操作效率和應急演練能力，預防和控制事故的發生，已成為一個日益突出的問題。現代信息化技術在加油站的日常管理之中得到了廣泛的應用，DCS系統、SCADA系統、巡線系統、資產管理系統、油品監控等信息系統為加油站日常生產與安全管理帶來了提升，但因習慣性違章造成的事故時有發生，而且，企業在應急處置過程中往往重應急程序，輕實操能力訓練，導致員工在實戰中曝露出許多操作問題。?

虛擬現實（Virtual?Reality簡稱VR）技術利用先進的硬件技術及軟件工具，設計出合理的交互手段，使用戶能交互式地觀察和操作系統生成的虛擬環境，產生一種身臨其境的感覺。虛擬培訓系統綜合運用虛擬現實技術，在視覺、聽覺、觸覺等方面為受訓者生成一個極為逼真的虛擬場景，模擬生產過程的各種可能情況，使受訓者最大限度地貼近實際操作和實戰演練，提高標準化操作能力及處理各種事故的能力。?

目前虛擬現實培訓系統在軍事、醫學領域應用比較廣泛，但在石化領域特別是針對加油站的標準化操作及事故應急方面的培訓還比較少，已有的虛擬現實培訓系統大多數是基于桌面或者采用投影機將虛擬場景投影在屏幕上的方式，交互設備主要采用鼠標和鍵盤，通過預先定義的運動規則實現操作，這種操作顯然與真實操作有很大差別，培訓質量不高、效果不理想；另外，目前虛擬現實培訓系統針對加油站火災及爆炸等事故的應急處理培訓幾乎沒有，受訓人員對消防設備的使用、應急救援路線、協同演練等內容沒有?在虛擬培訓系統中進行實現。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對現有技術中的不足和加油站的實際需要，提供一種基于硬件交互的加油站虛擬培訓系統，利用三維驅動引擎實現對加油站三維場景的組織、管理和實時渲染,為參訓者提供一個逼真的三維數字化環境，滿足加油站日常加油、卸油及典型事故處理的真實場景；利用計算機圖形學中對火焰、爆炸、煙氣、水流等特效的仿真模擬，借助計算機模擬方法，建立反映事故（泄漏、火災、爆炸等）本質的數學模型，并將計算的結果以三維可視化的方式顯示出來，從而構建加油站泄漏、火災和爆炸等事故的虛擬場景，結合有限狀態機算法模擬事故的發展過程機理與動態行為；通過研究虛擬手的運動模型及交互機制實現，利用數據手套及位置追蹤器與虛擬加油站中設備進行交互操作；通過讀取加油站生產中的實際數據，開發基于瀏覽器/服務器的分布式多用戶協同操作與演練功能，實現多個用戶同時參與培訓練習，允許不同職位人員之間瞬時完成協調，并可以使培訓達到操作、預案及策略水平。?

為解決上述技術問題，本發明提供一種加油站虛擬培訓系統，其包括：?

三維驅動引擎模塊、場景數據庫模塊、數據手套驅動模塊、頭盔顯示器驅動模塊、事故三維渲染模塊和考試評估模塊；?

所述三維驅動引擎模塊用于接收并處理加油站虛擬培訓硬件裝置中的頭盔顯示器用傳感器和數據手套用傳感器傳遞給所述虛擬培訓系統中的參訓者動作信號，采集數據手套和位置跟蹤器的數據，控制虛擬場景中角色做出對應動作；?

所述事故三維渲染模塊實現加油站泄漏、火災和爆炸等事故的虛擬場景，結合有限狀態機算法模擬事故的發展過程機理與動態行為；?

所述數據手套驅動模塊用于驅動加油站虛擬培訓硬件裝置中的數據手套和位置追蹤器的運行；?

所述頭盔顯示器驅動模塊用于驅動加油站虛擬培訓硬件裝置中的頭盔顯示器的運行；?

所述場景數據庫模塊用于為虛擬培訓提供數字化場景；?

所述考核評估模塊包括電子試卷子模塊、自動評分子模塊及情景考核子模塊。?

其中，所述三維驅動引擎模塊采用層次化設計方式設計，由渲染層、模型層和虛擬環境模擬層組成。?

其中，渲染層采用OpenGL作為渲染系統的底層圖形庫，提供對三維幾何模型的生成和渲染工作，進一步包括三維幾何模型繪制子模塊、光線處理子模塊和紋理處理子模塊；?

所述三維幾何模型繪制子模塊主要負責對三維幾何模型數據進行組織、管理與繪制；?

所述光線處理子模塊主要負責渲染過程中光照效果模擬；?

所述紋理處理子模塊負責管理和調度虛擬場景的紋理數據。?