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1、(10)申请公布号 CN 101968934 A(43)申请公布日 2011.02.09CN101968934A*CN101968934A*(21)申请号 201010292235.4(22)申请日 2010.09.26G09B 19/00(2006.01)(71)申请人煤炭科学研究总院重庆研究院地址 400037 重庆市沙坪坝区上桥三村55号(72)发明人胡千庭 赵善扬 李孝揆 刘林杨俊燕 张锐睿 唐述明 张广勋王波 陈迪(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司 11275代理人赵荣之(54) 发明名称矿井仿真模拟培训演练系统(57) 摘要本发明涉及矿井安全技术领域，具体涉及一种针。
2、对矿井工人及救护队员的模拟培训演练系统，能让人身临其境，并能实现人机交互和互动，还可对演练结果进行评价；本发明的目的是这样实现的：矿井仿真模拟培训演练系统，包括3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统、主控模块和培训演练评价子系统，所述主控模块，用于对其余子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价子系统；培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(。
3、12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页CN 101968934 A 1/1页21.矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：包括3D环幕放映子系统，用以放映矿井下的灾害预兆3D场面、灾害发生3D场面和灾害发生后3D场面；人机交互子系统，用以与主控模块交互灾害判断、处置评价测试；同步互动子系统，用以模拟灾害现场的动态效果；人体行为检测子系统，用以检测被训人员行为动作；人体生理监测子系统，用以获取人体生理参数；主控模块，用于对3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为检测子系统、。
4、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价子系统；培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价。2.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述3D环幕放映子系统由120环形银幕和4台投影设备组成，或由360环形银幕和12台投影设备组成。3.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述人机交互子系统包括电子题板或无线耳麦中的至少一种。4.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述同步互动子系统包括强光灯、扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、高温发生装置、浓烟发生装置中的至少。
5、一种。5.如权利要求4所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述震动装置包括仿真模拟培训演练台、至少4只气缸，所述气缸支撑于所述仿真模拟培训演练台下，所述气缸的活塞外套有减震弹簧。6.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述人体行为检测子系统包括摄像装置和分布设置的至少一个光电传感装置。7.如权利要求1所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述人体生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感器。8.如权利要求7所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述人体生理监测子系统还包括无线发射装置，将获取的监测数据无线传输到主控模块。9.如权利要求1至8中。
6、任一项所述的矿井仿真模拟培训演练系统，其特征在于：所述培训演练评价子系统包括人体心理评价模块，通过人体生理监测子系统获得的人体生理参数监测数据，按照医学及心理学原理，对被训人员心理素质及承受能力进行评价；灾害预判评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾害预兆的判断和估计数据，对其预判能力进行评价；人体行为评价模块，通过摄像装置和光电传感装置获得被训人员在模拟灾害中的活动数据，判断人体行为是否正确；灾后处置评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾后的处置方法的判断，对其处置能力进行评价。权 利 要 求 书CN 101968934 A 1/4页3矿井仿真模拟培训演练系统技术领域0001。
7、 本发明涉及矿井安全技术领域，具体涉及一种针对矿井工人及救护队员的模拟培训演练系统。背景技术0002 矿井工作环境复杂，灾害多发，对于煤矿矿井，瓦斯灾害、突出灾害、火灾灾害、透水灾害、顶板灾害均有可能发生，容易造成群死群伤的重大事故。为了降低矿井事故对人的灾害，中国相关安全法规中规定了矿山需对职工进行安全教育、培训，未经安全教育、培训的，不得上岗作业。但是目前的安全教育中通常是以传统的课堂授课或文字材料的方式，不能构建相应的虚拟现实仿真环境，显得不够直观，不能给被培训者以深刻的印象。0003 公开号为CN1821548A的中国发明专利申请公开说明书中公开了一种矿井下自然灾害模拟系统，其设置在废。
8、弃巷道或巷道模型内，用以模拟矿井下的自然灾害，但其不是虚拟现实仿真环境，而是在真实的巷道内布置模拟系统，布置难度较大，受环境影响较大，而且其只是模拟自然灾害，摄像后将图像信号传出供人观看，不能让人身临其境，不能做到人机交互和互动，也不能对演练结果进行评价。发明内容0004 有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种矿井仿真模拟培训演练系统，能让人身临其境，并能实现人机交互和互动，还可对演练结果进行评价。0005 本发明的目的是这样实现的：矿井仿真模拟培训演练系统，包括0006 3D环幕放映子系统，用以放映矿井下的灾害预兆3D场面、灾害发生3D场面和灾害发生后3D场面；0007 人机交互子系统，。
9、用以与主控模块交互灾害判断、处置评价测试；0008 同步互动子系统，用以模拟灾害现场的动态效果；0009 人体行为检测子系统，用以检测被训人员行为动作；0010 人体生理监测子系统，用以获取人体生理参数；0011 主控模块，用于对3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价子系统；0012 培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价。0013 进一步，所述3D环幕放映子系统由。
10、120环形银幕和4台投影设备组成，或由360环形银幕和12台投影设备组成；0014 进一步，所述人机交互子系统包括电子题板或无线耳麦中的至少一种；0015 进一步，所述同步互动子系统包括强光灯、扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、高温发生装置、浓烟发生装置中的至少一种；说 明 书CN 101968934 A 2/4页40016 进一步，所述震动装置包括仿真模拟培训演练台、至少4只气缸，所述气缸支撑于所述仿真模拟培训演练台下，所述气缸的活塞外套有减震弹簧；0017 进一步，所述人体行为检测子系统包括摄像装置和分布设置的至少一个光电传感装置；0018 进一步，所述人体生理监测子系统包括血压传感器、。
11、脉搏传感器和呼吸频率传感器；0019 进一步，所述人体生理监测子系统还包括无线发射装置，将获取的监测数据无线传输到主控模块；0020 进一步，所述培训演练评价子系统包括0021 人体心理评价模块，通过人体生理监测子系统获得的人体生理参数监测数据，按照医学及心理学原理，对被训人员心理素质及承受能力进行评价；0022 灾害预判评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾害预兆的判断和估计数据，对其预判能力进行评价；0023 人体行为评价模块，通过摄像装置和光电传感装置获得被训人员在模拟灾害中的活动数据，判断人体行为是否正确；0024 灾后处置评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾后的处置。
12、方法的判断，对其处置能力进行评价。0025 本发明的优点在于：采用计算机3D模拟仿真，虚拟现实等新技术，可对煤矿井工，救护队员的安全意识，煤矿灾害事故征兆预判，灾害发生时的心理和处置技能进行培训，并给出相应评价。针对煤矿井下灾害预兆，发生过程及灾后环境场景的3D模拟，同步产生与场景同步的声、光、震动、高温、浓烟等灾害动态环境，监测被训人员的互动行为，可对被训人员灾害预判、处置能力和行为进行评判，以及监测人体生理参数，以对被训者心理和生理状况进行评价。0026 本发明的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而。
13、易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明0027 图1示出了矿井仿真模拟培训演练系统的结构示意图；0028 图2示出了矿井仿真模拟培训演练系统中震动装置的结构示意图；0029 图3示出了矿井仿真模拟培训演练系统中冲击波发生装置的结构示意图。具体实施方式0030 以下将结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。0031 参见图1，矿井仿真模拟培训演练系统，包括3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统、人体生理监测子系统、主控模块和培训演练评价子系统。0032 3。
14、D环幕放映子系统，由120环形银幕和4台投影设备组成，每2台投影设备为一说 明 书CN 101968934 A 3/4页5组，两组投影设备分别与120环形银幕的左、右侧相对设置，可投影3D影像，用以放映矿井下的灾害预兆3D场面、灾害发生3D场面和灾害发生后3D场面，现场沉浸感强；此外，3D环幕放映子系统也可由360环形银幕和12台投影设备组成。0033 人机交互子系统，由电子题板和无线耳麦组成，可与主控模块进行交互，主控模块将灾害现场参数和情况通过电子题板和/或无线耳麦传输给被训者，被训者亦可通过电子题板和无线耳麦回答相关问题，以确定其对灾害预兆和灾害处置的判断能力；用以与主控模块交互灾害判断。
15、、处置评价测试。0034 所述同步互动子系统包括强光灯、扬声装置、震动装置、冲击波发生装置、高温发生装置、浓烟发生装置，用以同步制造灾害现场的声、光、震动、高温、浓烟等灾害动态环境，以增强体验；参见图2，所述震动装置包括仿真模拟培训演练台4，以及至少4只气缸5，所述气缸5的活塞导杆1支撑于所述仿真模拟培训演练台4下，所述活塞导杆1外套有减震弹簧3，气缸5可支撑于地面，或和底板2上；所述强光灯为产生强光的脉冲氙灯，当屏幕出现爆炸，火灾等场景时，由控制系统控制脉冲氙灯的开启，同步产生强光效果；所述扬声装置包括功率放大和扬声器。当屏幕出现有声音的场景时，由控制系统控制，同步播放相应的声音效果；参见图。
16、3，所述冲击波发生装置由导向管筒6和冲击波发生源组成，所述冲击波发生源设置在导向管筒6内，冲击波发生源由高压空气罐8和罐盖开启机构7组成，也可以由一定容量罐装的爆炸性气体组成，当屏幕出现爆炸场景时，由控制系统控制高压气罐盖的瞬间开启或点爆爆炸性气体，产生冲击波，导向管筒将冲击波引向被训者。所述高温发生装置由电加热红外发生器组成，当屏幕出现火灾场景时，控制系统根据火烧大小控制发热器温度高低，主要以辐射方式让被训者感受高温。所述浓烟发生装置可采用舞台发烟机，当屏幕出现火灾闷烧场景时，主控模块控制其发烟，并根据能见度要求控制发烟量的大小。0035 人体行为检测子系统，包括摄像装置和光电传感装置，所述。
17、光电传感装置为对射式红外传感器，分布式安装在培训演练现场，将获取的数据传输到主控模块。当人体移动时，人体会挡住光线，从而可检测出人体的移动，可通过图像识别软件分析摄像装置获得的图像中的人体移动数据，并综合光电传感装置获得的人体移动数据，从而作出评判。0036 所述人体生理监测子系统包括血压传感器、脉搏传感器、呼吸频率传感器和无线发射装置，血压传感器、脉搏传感器和呼吸频率传感器获得的数据通过无线发射装置发射到主控模块。0037 主控模块，可使用PC机，用于对3D环幕放映子系统、人机交互子系统、同步互动子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统进行控制，并交互数据，将人机交互子系统、人体行为检。
18、测子系统、人体生理监测子系统获取的数据传输给培训演练评价系统。0038 培训演练评价子系统，根据人机交互子系统、人体行为检测子系统和人体生理监测子系统获得的数据，对培训演练效果进行评价；具体包括：0039 人体心理评价模块，通过人体生理监测子系统获得的人体生理参数监测数据，按照医学及心理学原理，对被训人员心理素质及承受能力进行评价。0040 灾害预判评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾害预兆的判断和估计数据，对其预判能力进行评价。具体为：当屏幕出现某种灾害预兆场景或出现文字提问时，被训人员通过电子体板或无线耳麦，报告和回答相关问题，根据答题的对错给以相应分数。说 明 书CN 1019。
19、68934 A 4/4页60041 人体行为评价模块，通过摄像装置和光电传感装置获得被训人员在模拟灾害中的活动数据，判断人体行为是否正确，根据人体行为正确与否，给于相应分数。0042 灾后处置评价模块，根据人机交互子系统获得的被训人员对灾后的处置方法正确与否的判断，给予相应分数，对其处置能力进行评价。0043 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。说 明 书CN 101968934 A 1/1页7图1图2图3说 明 书 附 图。