本發(fā)明涉及應(yīng)急演練，具體涉及一種基于多模態(tài)的應(yīng)急演練裝置及其評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、應(yīng)急演練是指通過(guò)模擬突發(fā)事件場(chǎng)景，對(duì)參與人員的應(yīng)急處置能力進(jìn)行系統(tǒng)性訓(xùn)練的過(guò)程。應(yīng)急演練作為安全生產(chǎn)和應(yīng)急管理的重要組成部分，其核心價(jià)值在于提升人員在真實(shí)災(zāi)害環(huán)境中的快速反應(yīng)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作水平以及心理素質(zhì)，同時(shí)驗(yàn)證應(yīng)急預(yù)案的可操作性。高質(zhì)量的應(yīng)急演練能夠顯著降低實(shí)際事故中的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，是工業(yè)、軍事、公共安全等領(lǐng)域不可或缺的訓(xùn)練手段。

2、當(dāng)前應(yīng)急演練主要依賴實(shí)體場(chǎng)地搭建模擬場(chǎng)景，通過(guò)人工布置簡(jiǎn)單災(zāi)害效果，參訓(xùn)人員操作真實(shí)設(shè)備完成訓(xùn)練?；趘r/ar技術(shù)構(gòu)建三維虛擬環(huán)境，通過(guò)頭顯設(shè)備提供視覺和聽覺反饋，支持部分手勢(shì)交互。部分系統(tǒng)結(jié)合有限的動(dòng)作捕捉技術(shù)記錄操作軌跡。

3、然而，現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)物理演練難以復(fù)現(xiàn)復(fù)雜災(zāi)害，而虛擬演練缺乏多感官刺激，無(wú)法模擬熱輻射、沖擊波等關(guān)鍵物理效應(yīng)；虛擬系統(tǒng)中操作與反饋脫節(jié)，特別是涉及實(shí)物設(shè)備時(shí)無(wú)法建立自然映射關(guān)系；且現(xiàn)有系統(tǒng)多依賴教練員主觀觀察評(píng)分，對(duì)操作規(guī)范性、應(yīng)激生理指標(biāo)等關(guān)鍵維度缺乏量化分析能力，導(dǎo)致訓(xùn)練效果評(píng)估失真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于多模態(tài)的應(yīng)急演練裝置及其評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)物理演練難以復(fù)現(xiàn)復(fù)雜災(zāi)害，而虛擬演練缺乏多感官刺激，無(wú)法模擬熱輻射、沖擊波等關(guān)鍵物理效應(yīng)；虛擬系統(tǒng)中操作與反饋脫節(jié)，特別是涉及實(shí)物設(shè)備時(shí)無(wú)法建立自然映射關(guān)系；且現(xiàn)有系統(tǒng)多依賴教練員主觀觀察評(píng)分，對(duì)操作規(guī)范性、應(yīng)激生理指標(biāo)等關(guān)鍵維度缺乏量化分析能力，導(dǎo)致訓(xùn)練效果評(píng)估失真的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供一種基于多模態(tài)的應(yīng)急演練裝置，包括：

3、模型建立模塊，用于掃描目標(biāo)工業(yè)場(chǎng)景建立場(chǎng)景模型，并在所述場(chǎng)景模型中動(dòng)態(tài)配置一事故虛擬場(chǎng)景，所述事故虛擬場(chǎng)景包括火災(zāi)發(fā)生及煙霧擴(kuò)散的過(guò)程；

4、多模態(tài)反饋模塊，配置有多區(qū)域振動(dòng)裝置、溫度響應(yīng)模塊和定向聲場(chǎng)裝置，用于生成振動(dòng)反饋、高溫反饋及聲音反饋；

5、滅火設(shè)備，安裝于所述目標(biāo)工業(yè)場(chǎng)景的實(shí)物演練區(qū)域，并與所述事故虛擬場(chǎng)景的虛擬滅火設(shè)備坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，用于對(duì)火災(zāi)事故進(jìn)行滅火操作；

6、處理器，通信連接所述多模態(tài)反饋模塊和所述滅火設(shè)備；

7、其中，所述處理器還配置有一交互邏輯單元，用于當(dāng)所述事故虛擬場(chǎng)景發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)所述多模態(tài)反饋模塊觸發(fā)振動(dòng)反饋、高溫反饋及聲音反饋；

8、所述處理器控制所述滅火設(shè)備進(jìn)行滅火操作得到操作數(shù)據(jù)，將所述操作數(shù)據(jù)映射至所述事故虛擬場(chǎng)景中并動(dòng)態(tài)調(diào)整所述事故虛擬場(chǎng)景中的火災(zāi)演化過(guò)程，得到處理結(jié)果。

9、本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)模型建立模塊對(duì)目標(biāo)工業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行掃描構(gòu)建出具有真實(shí)物理特性的場(chǎng)景模型，并在場(chǎng)景模型中動(dòng)態(tài)配置包含火災(zāi)和煙霧擴(kuò)散過(guò)程的事故虛擬場(chǎng)景，能夠準(zhǔn)確還原工業(yè)環(huán)境的物理特性，同時(shí)通過(guò)動(dòng)態(tài)加載災(zāi)害模擬內(nèi)容，使得演練場(chǎng)景既保持真實(shí)環(huán)境的空間關(guān)系，又能靈活模擬各類事故情景，為后續(xù)的多模態(tài)交互提供了準(zhǔn)確的物理空間基準(zhǔn)和災(zāi)害演化基礎(chǔ)。

10、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述多模態(tài)反饋模塊具體包括：

11、振動(dòng)發(fā)生裝置，配置有振動(dòng)馬達(dá)陣列，用于根據(jù)所述事故虛擬場(chǎng)景中火災(zāi)事故發(fā)生的位置和強(qiáng)度生成分級(jí)振動(dòng)反饋數(shù)據(jù)，對(duì)不同頻率和振幅進(jìn)行振動(dòng)反饋；

12、溫感發(fā)生裝置，配置有熱電模塊，用于根據(jù)所述事故虛擬場(chǎng)景中火災(zāi)事故的虛擬火源溫度，生成與所述虛擬火源溫度匹配的熱風(fēng)反饋；

13、聲音發(fā)生裝置，在所述目標(biāo)工業(yè)場(chǎng)景中分布設(shè)置有超聲波陣列揚(yáng)聲器，用于根據(jù)參演人員的位置和火災(zāi)發(fā)生時(shí)爆炸點(diǎn)的位置通過(guò)vbap算法進(jìn)行爆炸聲的定位；

14、視覺產(chǎn)生裝置，配置有頭戴顯示器，用于實(shí)時(shí)顯示所述事故虛擬場(chǎng)景中火災(zāi)事故發(fā)生及處理過(guò)程。

15、本發(fā)明實(shí)施例的多模態(tài)反饋模塊通過(guò)配置振動(dòng)發(fā)生裝置、溫感發(fā)生裝置、聲音發(fā)生裝置和視覺產(chǎn)生裝置，在事故虛擬場(chǎng)景觸發(fā)火災(zāi)時(shí)，振動(dòng)馬達(dá)陣列根據(jù)災(zāi)害位置和強(qiáng)度生成分級(jí)振動(dòng)反饋，熱電模塊基于虛擬火源溫度輸出匹配的熱風(fēng)反饋，超聲波揚(yáng)聲器陣列通過(guò)vbap算法實(shí)現(xiàn)空間聲場(chǎng)定位，能夠同時(shí)刺激參演人員的觸覺、溫覺和聽覺感官，增強(qiáng)演練的沉浸感和真實(shí)感。

16、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述滅火設(shè)備具體包括：

17、壓力傳感器，安裝于所述滅火設(shè)備的把手內(nèi)部，用于測(cè)量握持力度；

18、rfid標(biāo)簽，安裝于所述滅火設(shè)備底部，用于存儲(chǔ)所述滅火設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)碼及校準(zhǔn)參數(shù)。

19、本發(fā)明實(shí)施例的滅火設(shè)備通過(guò)在把手內(nèi)部安裝壓力傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)握持力度，底部設(shè)置rfid標(biāo)簽存儲(chǔ)設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)和校準(zhǔn)參數(shù)，使得滅火設(shè)備能夠準(zhǔn)確識(shí)別并與事故虛擬場(chǎng)景中的對(duì)應(yīng)設(shè)備建立映射關(guān)系，通過(guò)捕捉真實(shí)操作力度并將其轉(zhuǎn)換為虛擬場(chǎng)景中的滅火參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)操作與虛擬反饋的交互，為操作訓(xùn)練提供了真實(shí)的力反饋和操作手感。

20、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)工業(yè)場(chǎng)景的實(shí)物演練區(qū)域還安裝有閥門設(shè)備；

21、所述閥門設(shè)備與所述事故虛擬場(chǎng)景的虛擬閥門設(shè)備坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，其包括：

22、運(yùn)動(dòng)傳感器，安裝于所述閥門設(shè)備的轉(zhuǎn)軸末端，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述閥門設(shè)備的旋轉(zhuǎn)角度；

23、操作反饋單元，與所述運(yùn)動(dòng)傳感器通信連接，用于將所述閥門設(shè)備的開度映射為泄露速率。

24、本發(fā)明實(shí)施例的閥門設(shè)備通過(guò)在轉(zhuǎn)軸末端安裝運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度，并通過(guò)操作反饋單元將開度映射為泄漏速率，使參演人員對(duì)閥門設(shè)備的物理操作能夠直接影響事故虛擬場(chǎng)景中的流體狀態(tài)，通過(guò)建立實(shí)物操作與虛擬參數(shù)之間的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系，增強(qiáng)了操作訓(xùn)練的真實(shí)性和即時(shí)反饋效果，使參演人員能夠直觀感受到操作帶來(lái)的場(chǎng)景變化。

25、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述控制器進(jìn)一步配置為：

26、根據(jù)所述壓力傳感器獲得握持力度數(shù)據(jù)后，通過(guò)無(wú)線通信將所述握持力度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至所述事故虛擬場(chǎng)景中，控制所述事故虛擬場(chǎng)景中虛擬滅火設(shè)備的滅火噴射范圍；

27、所述控制器與所述閥門設(shè)備通信連接，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)傳感器獲得旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)后，通過(guò)無(wú)線通信將所述旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至所述事故虛擬場(chǎng)景中，控制所述事故虛擬場(chǎng)景中虛擬閥門設(shè)備開度對(duì)應(yīng)的泄露速率。

28、本發(fā)明實(shí)施例的控制器通過(guò)無(wú)線通信實(shí)時(shí)傳輸握持力度和閥門設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，并映射到事故虛擬場(chǎng)景中，動(dòng)態(tài)調(diào)整滅火噴射范圍和泄漏速率，建立了實(shí)物操作與虛擬災(zāi)害演化之間的閉環(huán)反饋，使演練過(guò)程能夠根據(jù)操作實(shí)時(shí)變化，通過(guò)即時(shí)響應(yīng)參演人員的操作行為，提高了訓(xùn)練的針對(duì)性和有效性，使演練效果更加貼近實(shí)際情況。

29、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述振動(dòng)發(fā)生裝置進(jìn)一步配置為：

30、當(dāng)所述事故虛擬場(chǎng)景中發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，通過(guò)物理引擎獲得碎片碰撞數(shù)據(jù)，根據(jù)所述碎片碰撞數(shù)據(jù)結(jié)合物理引擎計(jì)算得到?jīng)_擊力數(shù)據(jù)，通過(guò)所述振動(dòng)馬達(dá)陣列對(duì)不同頻率和振幅進(jìn)行振動(dòng)反饋，并根據(jù)慣性測(cè)量單元實(shí)時(shí)追蹤參演人員的姿態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整振動(dòng)方向。

31、本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)生裝置通過(guò)物理引擎獲取碎片碰撞數(shù)據(jù)并計(jì)算沖擊力，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)馬達(dá)陣列生成具有方向性和力度的振動(dòng)反饋，同時(shí)結(jié)合慣性測(cè)量單元實(shí)時(shí)追蹤參演人員姿態(tài)來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整振動(dòng)方向，能夠精確模擬爆炸沖擊波和碎片撞擊的物理特性，通過(guò)提供與虛擬災(zāi)害在空間位置和強(qiáng)度上對(duì)應(yīng)的觸覺反饋，增強(qiáng)了災(zāi)害場(chǎng)景的體感真實(shí)性，使參演人員能夠通過(guò)觸覺感知災(zāi)害的空間分布。

32、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述溫感發(fā)生裝置進(jìn)一步配置為：

33、當(dāng)所述事故虛擬場(chǎng)景中發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，用于根據(jù)所述火災(zāi)事故的熱源位置和溫度變化趨勢(shì)，通過(guò)所述熱電模塊和pid控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫度，并通過(guò)所述熱電模塊將所述溫度與火焰高度進(jìn)行動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)響應(yīng)。

34、本發(fā)明實(shí)施例的溫感發(fā)生裝置通過(guò)熱電模塊和pid控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出溫度，使其與虛擬火源溫度和火焰高度變化實(shí)時(shí)匹配，能夠準(zhǔn)確還原熱輻射隨距離衰減的特性，通過(guò)提供與虛擬火源在空間位置和溫度梯度上一致的熱反饋，實(shí)現(xiàn)了高溫環(huán)境的精準(zhǔn)模擬，顯著提升了參演人員對(duì)熱危險(xiǎn)的感知能力，使其能夠通過(guò)溫度變化判斷火源位置和強(qiáng)度。

35、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述聲音發(fā)生裝置進(jìn)一步配置為：

36、當(dāng)所述事故虛擬場(chǎng)景中發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，通過(guò)vbap算法將所述事故虛擬場(chǎng)景中的爆炸點(diǎn)坐標(biāo)映射到所述超聲波陣列揚(yáng)聲器的物理位置，根據(jù)參演人員與火災(zāi)發(fā)生時(shí)爆炸點(diǎn)的距離實(shí)時(shí)調(diào)整聲壓級(jí)。

37、本發(fā)明實(shí)施例的聲音發(fā)生裝置利用vbap算法將爆炸點(diǎn)坐標(biāo)映射到超聲波揚(yáng)聲器陣列，并根據(jù)距離實(shí)時(shí)調(diào)整聲壓級(jí)，能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)聲波在三維空間中的傳播特性，通過(guò)提供具有精確方位和距離感的聽覺反饋，使參演人員能夠通過(guò)聽覺精確定位災(zāi)害位置，增強(qiáng)了環(huán)境感知的立體性和真實(shí)性，為應(yīng)急決策提供了重要的感官依據(jù)。

38、本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述視覺產(chǎn)生裝置進(jìn)一步配置為：

39、當(dāng)所述事故虛擬場(chǎng)景中發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，通過(guò)所述頭戴顯示器顯示根據(jù)所述碎片碰撞數(shù)據(jù)得到的碎片飛散軌跡，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議觸發(fā)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的爆炸光影顯示。

40、本發(fā)明實(shí)施例的視覺產(chǎn)生裝置通過(guò)頭戴顯示器呈現(xiàn)碎片飛散軌跡和爆炸光影效果，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議觸發(fā)的動(dòng)態(tài)光影變化，能夠完整展現(xiàn)災(zāi)害的視覺特征，通過(guò)提供與物理計(jì)算結(jié)果一致的視覺效果，有效降低了大腦對(duì)虛擬場(chǎng)景的認(rèn)知負(fù)荷，提升了演練的真實(shí)感和有效性。

41、本發(fā)明一些實(shí)施例進(jìn)一步提供一種基于多模態(tài)的應(yīng)急演練裝置的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括：

42、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集參演人員通過(guò)應(yīng)急演練裝置進(jìn)行演練過(guò)程中生成的操作軌跡、生理指標(biāo)及環(huán)境參數(shù)；

43、數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述操作軌跡、生理指標(biāo)及環(huán)境參數(shù)計(jì)算評(píng)估指標(biāo)，并通過(guò)ahp-熵權(quán)法建立多維度評(píng)估模型；

44、評(píng)價(jià)分析模塊，用于根據(jù)所述多維度評(píng)估模型對(duì)所述評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行分析，得到分析結(jié)果，根據(jù)所述分析結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整場(chǎng)景參數(shù)。

45、本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊獲取操作軌跡、生理指標(biāo)和環(huán)境參數(shù)的多維數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊運(yùn)用ahp-熵權(quán)法構(gòu)建多維度評(píng)估模型，最后通過(guò)評(píng)價(jià)分析模塊動(dòng)態(tài)調(diào)整場(chǎng)景參數(shù)，能夠全面量化分析演練效果，通過(guò)建立操作行為、生理反應(yīng)與環(huán)境變化之間的關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)急能力的科學(xué)評(píng)估，基于評(píng)估結(jié)果的動(dòng)態(tài)調(diào)整使系統(tǒng)能夠自適應(yīng)不同訓(xùn)練需求，持續(xù)優(yōu)化演練效果，為應(yīng)急能力提升提供客觀依據(jù)。