基本信息
- 项目名称：
- 基于虚拟现实技术的安全事故应急演练教育系统——以“深基坑”为例
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 作品是针对现实安全应急演练中存在的事故现场布置困难、成本较高、带有危险隐患等局限性而设计的一套虚拟演练教育培训软件。作品设计了虚拟应急演练教育系统的框架平台，以 “深基坑”为例，运用虚拟现实技术，综合三维动画技术和多媒体信息技术，完成了对深基坑作业现场、深基坑坍塌事故发生以及相关人员处理过程的真实模拟，通过直观的虚拟的方式替代现场演习，实现降低成本，消除演练风险，达到安全培训教育的目的。
- 详细介绍：
- 突发性安全事故事关人民群众的生命财产安全，事关社会的和谐稳定，事关改革、发展、稳定的大局。近年来我国安全事故时有发生，安全问题受到日益重视，而针对各类突发事件以及重大灾难现场救助等方面的实战演练,现实工作中会面临许多实际问题,如危险性、真实环境的限制、举行大型实战演练所耗费用过高等。而且安全事故的预防工作和安全教育工作是长期的,不是一两次演练就可以完成。针对现实演练的诸多弊端，我们设计了虚拟应急演练教育系统的框架平台，并以“深基坑”为例研发了这套“基于虚拟现实技术的安全事故应急演练教育系统”。 以“深基坑”为例，经过大量的实际调研工作完成了演练脚本的编制，并运用当前先进的虚拟现实（VR）技术和3D仿真技术，综合三维动画技术，集语音、视频、文字等多媒体信息为一体，完成了对深基坑作业现场、深基坑坍塌事故发生以及相关人员处理过程的真实模拟，最终开发了这套安全事故应急演练教育系统。系统实现了事故现场三维再现，应急演练过程模拟，安全知识考核学习等多重功能。系统在真实再现事故现场人员应急救援过程的同时，还可以让用户以虚拟身份参与演练，实行人机高度智能互动，让参演人员明确事故发生的原因、判断方法、预防措施、救援步骤。此外，系统综合当前国内外虚拟现实技术在应急演练方面应用的特点，在技术上进行了改进和创新，实现了操作上的普遍性和应用上的广泛性等创新点，并具备多次重复演练学习功能，达到比现实演练更经济实惠，快速高效的目的。另外，系统能够与广大普通用户相结合，让相关行业的使用人员能够扎实牢固、快速高效地掌握各类突发性安全事故的救援程序和应急技巧，最大限度的维护人民群众的生命财产安全。 技术特点： 1、事故现场三维逼真再现； 2、应急演练过程模拟； 3、安全知识与技能考核学习； 4、支持虚拟身份参与演练； 5、突破现场演练的时空局限，可重复多次演练学习。 主要功能： 共有三种运行模式：演习模式、学习模式和漫游模式。 ★演习模式：采用连贯方式对深基坑坍塌事故预防措施、应急技术行为、应急指挥过程和应急救援小组的救援过程进行模拟； ★学习模式：以项目经理、施工员、安全员、现场班组长和工人等五个不同的角色登陆系统，使用交互式操作和答题两种方式参与演练，演练日志给出演练成绩并进行成绩分析； ★漫游模式：采用三维模式熟悉施工现场，也可以查阅应急救援预案流程和安全作业提示等更为丰富的安全教育资料。 推广应用前景： 系统框架平台可以直接应用于高大模板、脚手架、塔吊、人货两用电梯和起重吊装等建筑施工重大安全危险源事故的应急演练教育系列软件开发；可用来培训涉及事故指挥、处置等环节的相关人员，检验和评估应急预案的可操作性和实用性，切实解决应急救援中潜在的问题，提高应急能力；同时可以推广到石油化工、工矿、消防等企事业单位的应急演练、安全生产管理、应急处置和救援等安全教育方面。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、研发目的 作品基于国家对于安全问题的重视，针对现实安全应急演练中存在的事故现场布置困难、成本较高、带有危险隐患等局限性而设计的一套虚拟演练教育培训软件。通过直观的虚拟的方式替代现场演习，包括完成现实演练无法进行的高难度、高风险的任务；实现降低成本，消除演练风险，达到安全培训教育的目的。 2、基本思路 首先是通过大量的调研工作，针对安全事故的基本特点，以深基坑安全事故应急演练为示范，以当前先进的虚拟现实（VR）技术和3D仿真技术为核心，综合三维动画技术，集语音、视频、文字为一体，实现对深基坑作业现场、深基坑坍塌事故发生以及相关人员处理过程的真实模拟。 其次，详细设计演习模式、学习模式、漫游模式三种不同运行模式，这些模式在运行中会出现相应的重点提示、评价和问答，实现应急演练学习和考核的双重效果。 总之，整个作品的研发旨在设计一套技术先进，操作简便，能够广泛应用于各类企事业单位的应急演练教育系统。 3、主要创新点 ①模式的新颖性 ②操作的简便性 ③互动的优越性 ④应用的广泛性 4、技术关键 ①事故现场和周边环境三维建模 ②事故现场场景仿真 ③应急演练过程三维动画 ④时间轴控制 ⑤应急预案、安全知识等多媒体信息集成 5、主要技术指标 ①界面响应速度：小于0.2秒。 ②程序响应速度：一般小于1秒。 ③三维数据加载速度：大于5mb/s。 ④数据分析速度：通常小于10秒。 ⑤系统稳定性：较高。
科学性、先进性
- （1）目前关于虚拟现实技术在安全领域的应用尚无一个规范的试点型仿真演练系统架构范本。本作品设计研发的虚拟应急演练教育系统的技术框架和安全知识库已形成一个较为完备的体系。 （2）国内关于安全事故虚拟演练的研究还主要停留在理论阶段，缺乏有实际意义的成果，比如江西省建筑工程重大安全危险源事故应急中还没有一个成熟的虚拟应急演练教育系统。本作品的研发在很大程度上弥补了信息化模式的安全事故应急救援教育在某些行业内的空缺，起到很好的培训教育作用。 （3）国内一些救援虚拟演练系统的研究主要集中于一些特定的专门的领域，主要技术多半受控于相关领导和技术人员，不具备针对普通大众的推广性。本作品通过在技术上的改进创新，有效实现了与普通用户的结合。做到了成本经济，操作简便。 （4）本作品突破了一般虚拟系统的模式化操作，即虚拟人物以一种表演化的形式机械完成演练任务，而忽视现实人员的参与性。鉴于此，作品设计了三个模式，增加了问答、评价、提示等界面，实行高度人机互动，实现演练与考核的双重效果。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年2月江西省建设工程安全质量监督管理局组织生产安全专家试用系统并建议推广使用。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 非专利技术转让
作品可展示的形式
- 1、在电脑上现场演示 2、录像展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 据国家发改委、财政部等相关部门关于应急产业市场前景预测，2011年达到1000亿元，如果包括带动的相关产业链，年容量近4000亿元。本作品所研究的系统平台将可作为应急产业中软件体系的安全教育软件，拥有比较广阔的前景。 按照江西省《安全生产“十一五”规划》的目标，将在全省11个地级市和99个县级市建立安全监管系统。2010年10月江西省施工企业中标情况数据统计，建筑业工程项目个数共计818项。在项目前期重点以江西省的高端产品和高危企业为目标客户，根据产品价格策略，平均每套软件平台软硬件基本配置及服务预计销售价格为5,000元。考虑了市场竞争因素，按市场的10-15%预测销售量，从这一市场数据分析来算，本作品的预计一年内收回研发成本，三年销售总额达到600万。
同类课题研究水平概述
- 在国际上， 美国SRI研究中心在1991年后就进行了利用VR技术对军用飞机或车辆驾驶的训练研究，试图通过仿真来减少飞行事故。此外，美国军方还积极利用VR技术打造一个虚拟演练平台，模拟战争场景以训练士兵，减少战争伤亡。但目前美国在该领域的基础研究主要还是集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。其次是日本和英国，英国的若丁汉大学矿场资源工程系的AIMS研究小组利用虚拟技术模拟了一个井下房柱式开采系统，人们可以随时从真三维各个方位观察这个开采中各个设备的运转情况及整个系统的运行状况，还可以实时的改变开采系统的配置，系统自动给出各种情况下的效率参数，通过对比来获得最佳的开采效率下的设备和人员配置，他们还模拟了露天矿的交通安全训练与教育系统，井下矿车出轨撞人的场景。但这些国家利用VR技术研究的领域主要还是集中在一些高精尖行业，比如航天，医药，化学。 目前我国对于虚拟应急演练的重视有了进一步提高。2007年，在北京召开的第二届中国系统建模与仿真技术高层论坛就提出要将新兴的三维虚拟现实技术与成熟的过程动态模型技术相结合，为安全领域寻求一种新的演练手段。但和一些发达国家相比，我国VR技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。在安全事故虚拟演练方面，尤其是基于我国事故多发的煤矿、建筑、道路交通等高危行业和部门，以及地震，泥石流等自然灾害，有关单位和人员做了一些有意的探索和尝试。比如浙江工业大学的“地铁事故应急救援技能培训系统设计与开发”，这项研究旨在探讨桌面型虚拟现实技术在地铁站务员事故应急救援技能培训中的应用,开发了一个站务员技能培训系统，重点解决基于技能习得理论的设计需求,系统框架以及实现过程中的若干关键技术，以求实现线路查询、安全知识库、仿真操作演练等功能。另外平顶山职业技术学院的“虚拟现实技术在矿井生产仿真系统中的运用”研究介绍了利用3DSMax、Maya进行三维模型建模、贴图和渲染和利用Virtools DEV进行交互设计和整合，在短时期内开发了一个较为完整的矿井生产安全仿真系统。但这些研究普遍局限于理论的阶段，多半没有形成一个具体的成果，另外即使有了成果的研发也主要还是依赖于政府的对于突发事件的应急指挥和调度，并不具备向广大普通用户的推广性，没有很好地与大众结合，使得社会的受益面很窄。
