CN112614394B - 一种基于bim的地铁应急培训演练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的地铁应急培训演练系统及方法，该系统包括导调端、存储模块、三维协调模块、VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，基于BIM的三维模型数据和应急事件模拟仿真数据通过导调端定义演练主题，基于三维引擎服务器搭建三维协同模块，三维协同模块所定义的仿真推演信息分别与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端连接，完成多层级多角色协同演练，还原真实处置流程，以上终端均接入评估端，抓取培训演练的信息流，进行单元分类评估、生成评估报告，支持应急能力验证，提升协作效率。

Description

一种基于BIM的地铁应急培训演练系统及方法

技术领域

本发明属于地铁应急培训演练技术领域，更具体地，涉及一种基于BIM的地铁应急培训演练系统及方法。

背景技术

地铁在运营过程中可能会遇到各类突发事件、自然灾害、设施故障失效等影响列车安全运行的紧急事件，此时需要进行应急调度指挥和应急处理。为提升地铁安全事故应急管理能力和应急处置效率，使得在发生紧急突发事件或事故时，能有序、有效地进行应急指挥和处置，需要对应急预案、调度指挥、处置程序等提前进行培训和演练。

目前，传统的应急演练方式有桌面推演和实操演练，以上两种方式演练形式较为单一，无法达到全流程、全要素的覆盖，且受到时间、场地等因素的制约，成本费用较高。虽然现在已有部分模拟演练仿真系统，但都是针对特定的情境和演练模式，覆盖面不够，模拟演练的多级协同性和智能化程度有所欠缺，因而急需一种具有可视化、智能化、全流程覆盖、多角色、多场景的三维模拟地铁应急培训演练系统。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于BIM的地铁应急培训演练系统及方法，其能够模拟各类突发事件，指挥人员可对应急救援的响应、指挥、处置、保障、恢复等各个阶段进行全要素的模拟演练和检验评估。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于BIM的地铁应急培训演练系统，该系统包括：

三维引擎服务器，包括导调端、存储模块和三维协调模块，导调端用于通过人机交互实现演练脚本的自定义编辑，演练脚本的编辑过程包括时间轴设置、预案脚本设置和BIM三维动态模型参数设置，BIM三维动态模型参数包括场景信息数据、地理信息数据、环境信息数据和事故参数；存储模块用于存储预案脚本和BIM三维动态模型数据；三维协调模块用于依据演练脚本的时间轴、预案脚本ID、BIM三维动态模型参数设置实时调取存储模块中的预案脚本和BIM三维动态模型数据，并将调取数据解析为成与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端一一对应的实时控制数据，将实时控制数据分别发送给VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，以搭建基于web service的地铁事件场景，通过BIM同步展示地铁事件场景，实现三维场景的同步、实时系统通讯和实时视频通讯，还用于实时接收VR处置终端获取的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据、指挥终端获取的决策指令数据，基于BIM三维动态模型更新反馈至各个终端的实时控制数据；

VR处置终端用于依据接收的实时控制数据控制穿戴式VR设备的实时显示，通过人机交互获取演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据，以模拟演练者实施演练任务和实施后对演练环境的影响，将演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据反馈给三维协调模块；

指挥终端用于依据实时控制数据显示基于地图的模拟演练环境以辅助指挥人员进行决策，上传获取的决策指令数据，还用于获取演练环境的实时变化数据和执行情况数据；

观摩控制终端用于展示主线阶段任务执行进度状态信息、分支突发事件任务以及应答信息流。

作为本发明的进一步改进，演练环境的实时变化数据获取过程包括：通过设置各种实际判断条件，以判断实时动作数据是否会导致灾害范围自动扩大、人员伤亡和违法操作人伤，并依据判断结果获取演练环境的实时变化数据。

作为本发明的进一步改进，指挥终端通过叠加标绘、标注、测量、信息查询和信息通讯的交互功能，进行任务创建、选择执行对象、配置资源力量和赋予处置技能。

作为本发明的进一步改进，观摩控制终端包括观摩系统信息端和观摩系统地图布局端，观摩控制终端根据观摩者需求即时切换和追踪当前演练处置画面，并提供全面的信息流和任务执行进行跟踪。

作为本发明的进一步改进，该系统还包括评估终端，评估终端分别与导调端、VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端连接，其用于获取演练过程中的演练数据并上传流程日志、形成演练评估和导出演练报告。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种基于BIM的地铁应急培训演练方法，该方法包括：

通过人机交互实现演练脚本的自定义编辑，演练脚本的编辑过程包括时间轴设置、预案脚本设置和BIM三维动态模型参数设置，BIM三维动态模型参数包括场景信息数据、地理信息数据、环境信息数据和事故参数；

存储预案脚本和BIM三维动态模型数据，依据演练脚本的时间轴、预案脚本ID、BIM三维动态模型参数设置实时调取存储的预案脚本和BIM三维动态模型数据，并将调取数据解析为成与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端一一对应的实时控制数据，将实时控制数据分别发送给VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，以搭建基于web service的地铁事件场景，通过BIM同步展示地铁事件场景，实现三维场景的同步、实时系统通讯和实时视频通讯；

VR处置终端依据接收的实时控制数据控制穿戴式VR设备的实时显示，通过人机交互获取演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据，以模拟演练者实施演练任务和实施后对演练环境的影响，反馈演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据；

指挥终端依据实时控制数据显示基于地图的模拟演练环境以辅助指挥人员进行决策，上传获取决策指令数据，获取演练环境的实时变化数据和执行情况数据；

观摩控制终端展示主线阶段任务执行进度状态信息、分支突发事件任务以及应答信息流；

实时接收VR处置终端获取的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据、指挥终端获取的决策指令数据，基于BIM三维动态模型更新反馈至各个终端的实时控制数据。

作为本发明的进一步改进，演练环境的实时变化数据获取过程包括：通过设置各种实际判断条件，以判断实时动作数据是否会导致灾害范围自动扩大、人员伤亡和违法操作人伤等，并依据判断结果获取演练环境的实时变化数据。

作为本发明的进一步改进，指挥终端通过叠加标绘、标注、测量、信息查询和信息通讯的交互功能，进行任务创建、选择执行对象、配置资源力量和赋予处置技能。

作为本发明的进一步改进，观摩控制终端包括观摩系统信息端和观摩系统地图布局端，观摩控制终端根据观摩者需求即时切换和追踪当前演练处置画面，并提供全面的信息流和任务执行进行跟踪。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括：

获取演练过程中的演练数据并上传流程日志、形成演练评估和导出演练报告。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统及方法，其基于BIM的三维模型数据和应急事件模拟仿真数据通过导调端定义演练主题，基于三维引擎服务器搭建三维协同模块，三维协同模块所定义的仿真推演信息分别与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端连接，完成多层级多角色协同演练，还原真实处置流程，以上终端均接入评估端，抓取培训演练的信息流，进行单元分类评估、生成评估报告，支持应急能力验证，提升协作效率，通过BIM三维建模技术以及预置的结构化预案或数字化案例能使应急演练的场景再现，最大程度地还原对灾害事故的应急指挥和处置情境，导调端能控制演练的流程，引导和驱动演练事故情境的发生，通过三维协同模块能够将演练信息同步呈现给各个端口，实现跨地域、多层级、跨部门的协同演练，使得综合演练摆脱了地域和时间的负担。

本发明提供的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统及方法，其采用智能VR设备，让演练具有沉浸式的互动体验效果，同时，观摩端能根据需求即时切换当前演练画面，多大化地掌握演练信息和演练任务执行过程。演练操作过程信息汇总到评估端，能提供全面的演练过程数据以及任务评估指标，对演练生成评估报告。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例提供的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统的结构示意图。如图1所示，本发明的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统，其中，该系统包括：

三维引擎服务器，其包括导调端、存储模块和三维协调模块，导调端用于通过人机交互实现演练脚本的自定义编辑，演练脚本的编辑过程包括时间轴设置、预案脚本设置和BIM三维动态模型参数设置，BIM三维动态模型参数包括场景信息数据、地理信息数据、环境信息数据和事故参数，优选的，预案脚本和BIM三维动态模型可以进行自由组态，灵活自主地构建预案脚本和演练环境，使得演练的内容和形式更加多样；进一步地，导调端采用双屏设计，分别用于导调系统基本信息展示和导调系统三维信息展示，使导调人员在组织演练过程中能够最大化的掌握演练信息和演练过程，通过导调系统控制整个演练流程并引导、干预事故情节的发展，导调端不仅能够帮助导调人员完全控制演练流程，还可以灵活的引导和驱动演练事故情景的发生，不论是预案设计的主线事故还是突发事件。

三维协调模块用于依据演练脚本的时间轴、预案脚本ID、BIM三维动态模型参数设置实时调取存储模块中的预案脚本和BIM三维动态模型数据，并将调取数据解析为成与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端一一对应的实时控制数据，将实时控制数据分别发送给VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，以搭建基于web service的地铁事件场景，通过BIM同步展示地铁事件场景，实现三维场景的同步、实时系统通讯和实时视频通讯，异地多应用系统能进行协同演练，使得综合演练摆脱了地域和时间的负担；还用于实时接收VR处置终端获取的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据、指挥终端获取的指挥数据，基于BIM三维动态模型更新反馈至各个终端的实时控制数据。

VR处置终端用于依据接收的实时控制数据控制穿戴式VR设备的实时显示，VR处置终端还用于存储动态模型和指令集，通过人机交互获取演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据，以模拟演练者实施演练任务和实施后对演练环境的影响，将演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据反馈给三维协调模块；其中，演练环境的实时变化数据获取过程包括：通过设置各种实际判断条件，以判断实时动作数据是否会导致灾害范围自动扩大、人员伤亡和违法操作人伤等，并依据判断结果获取演练环境的实时变化数据，可以通过灾害范围自动扩大、人员伤亡、违法操作人伤等各种判断条件和实时动作数据判断是否更改演练环境，从而真实的展现救援过程中的各种实际动作，使得演练更真实，更贴近实际。

指挥终端用于依据实时控制数据显示基于地图的模拟演练环境以辅助指挥人员进行决策，获取决策指令数据，还用于获取演练环境的实时变化数据和执行情况数据。具体地，指挥终端用于通过叠加标绘、标注、测量、信息查询、信息通讯等交互功能，进行任务创建、选择执行对象、配置资源力量和赋予处置技能，呈现出指挥人员所关注的内容以及帮助其实现分析研判功能，并可通过任务创建分配资源及模型。

观摩控制终端用于展示主线阶段任务执行进度状态信息、分支突发事件任务以及应答信息流，其采用双屏设计，具体分为观摩系统信息端和观摩系统地图布局端。观摩控制终端起到导播作用，根据观摩者需求即时切换和追踪当前演练处置画面，并提供全面的信息流和任务执行进行跟踪，这样可使导调人员在组织演练的过程中能够多大化地掌握演练信息和演练过程。

优选的，该系统还包括评估终端，评估终端分别与导调端、VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端连接，其用于获取演练过程中的演练数据并上传流程日志、形成演练评估和导出演练报告，从而为培训演练人员提供全面的演练过程数据及任务评估指标，不但支持对主线任务进行有指标的评估，还可以对“突发事件任务”的评估结果手动录入，将各任务的评估结果汇总形成评估报告。

一种基于BIM的地铁应急培训演练方法，该方法包括：

通过人机交互实现演练脚本的自定义编辑，演练脚本的编辑过程包括时间轴设置、预案脚本设置和BIM三维动态模型参数设置，BIM三维动态模型参数包括场景信息数据、地理信息数据、环境信息数据和事故参数；

存储预案脚本和BIM三维动态模型数据，依据演练脚本的时间轴、预案脚本ID、BIM三维动态模型参数设置实时调取存储的预案脚本和BIM三维动态模型数据，并将调取数据解析为成与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端一一对应的实时控制数据，将实时控制数据分别发送给VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，以搭建基于web service的地铁事件场景，通过BIM同步展示地铁事件场景，实现三维场景的同步、实时系统通讯和实时视频通讯；

VR处置终端依据接收的实时控制数据控制穿戴式VR设备的实时显示，通过人机交互获取演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据，以模拟演练者实施演练任务和实施后对演练环境的影响，反馈演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据；

指挥终端依据实时控制数据显示基于地图的模拟演练环境以辅助指挥人员进行决策，上传获取决策指令数据，获取演练环境的实时变化数据和执行情况数据；

观摩控制终端展示主线阶段任务执行进度状态信息、分支突发事件任务以及应答信息流；

实时接收VR处置终端获取的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据、指挥终端获取的决策指令数据，基于BIM三维动态模型更新反馈至各个终端的实时控制数据。该方法的实现原理、技术效果与上述系统类似，此处不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于BIM的地铁应急培训演练系统，其特征在于，该系统包括：

三维引擎服务器，包括导调端、存储模块和三维协调模块，所述导调端用于通过人机交互实现演练脚本的自定义编辑，演练脚本的编辑过程包括时间轴设置、预案脚本设置和BIM三维动态模型参数设置，BIM三维动态模型参数包括场景信息数据、地理信息数据、环境信息数据和事故参数；所述存储模块用于存储预案脚本和BIM三维动态模型数据；所述三维协调模块用于依据演练脚本的时间轴、预案脚本ID、BIM三维动态模型参数设置实时调取存储模块中的预案脚本和BIM三维动态模型数据，并将调取数据解析为成与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端一一对应的实时控制数据，将实时控制数据分别发送给VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，以搭建基于web service的地铁事件场景，通过BIM同步展示地铁事件场景，实现三维场景的同步、实时系统通讯和实时视频通讯，还用于实时接收VR处置终端获取的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据、指挥终端获取的决策指令数据，基于BIM三维动态模型更新反馈至各个终端的实时控制数据；

VR处置终端用于依据接收的实时控制数据控制穿戴式VR设备的实时显示，通过人机交互获取演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据，以模拟演练者实施演练任务和实施后对演练环境的影响，将演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据反馈给三维协调模块；

指挥终端用于依据实时控制数据显示基于地图的模拟演练环境以辅助指挥人员进行决策，上传获取的决策指令数据，还用于获取演练环境的实时变化数据和执行情况数据；演练环境的实时变化数据获取过程包括：通过设置各种实际判断条件，以判断实时动作数据是否会导致灾害范围自动扩大、人员伤亡和违法操作人伤，并依据判断结果获取演练环境的实时变化数据；

观摩控制终端用于展示主线阶段任务执行进度状态信息、分支突发事件任务以及应答信息流；

该系统还包括评估终端，评估终端分别与导调端、VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端连接，其用于获取演练过程中的演练数据并上传流程日志、形成演练评估和导出演练报告。

2.如权利要求1所述的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统，其中，所述指挥终端通过叠加标绘、标注、测量、信息查询和信息通讯的交互功能，进行任务创建、选择执行对象、配置资源力量和赋予处置技能。

3.如权利要求1所述的一种基于BIM的地铁应急培训演练系统，其中，所述观摩控制终端包括观摩系统信息端和观摩系统地图布局端，所述观摩控制终端根据观摩者需求即时切换和追踪当前演练处置画面，并提供全面的信息流和任务执行进行跟踪。

4.一种基于BIM的地铁应急培训演练方法，其特征在于，该方法包括：

通过人机交互实现演练脚本的自定义编辑，演练脚本的编辑过程包括时间轴设置、预案脚本设置和BIM三维动态模型参数设置，BIM三维动态模型参数包括场景信息数据、地理信息数据、环境信息数据和事故参数；

存储预案脚本和BIM三维动态模型数据，依据演练脚本的时间轴、预案脚本ID、BIM三维动态模型参数设置实时调取存储的预案脚本和BIM三维动态模型数据，并将调取数据解析为成与VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端一一对应的实时控制数据，将实时控制数据分别发送给VR处置终端、指挥终端和观摩控制终端，以搭建基于web service的地铁事件场景，通过BIM同步展示地铁事件场景，实现三维场景的同步、实时系统通讯和实时视频通讯；

VR处置终端依据接收的实时控制数据控制穿戴式VR设备的实时显示，通过人机交互获取演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据，以模拟演练者实施演练任务和实施后对演练环境的影响，反馈演练者的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据；

指挥终端依据实时控制数据显示基于地图的模拟演练环境以辅助指挥人员进行决策，上传获取决策指令数据，获取演练环境的实时变化数据和执行情况数据；演练环境的实时变化数据获取过程包括：通过设置各种实际判断条件，以判断实时动作数据是否会导致灾害范围自动扩大、人员伤亡和违法操作人伤，并依据判断结果获取演练环境的实时变化数据；

观摩控制终端展示主线阶段任务执行进度状态信息、分支突发事件任务以及应答信息流；

实时接收VR处置终端获取的实时动作数据以及对应的演练环境的实时变化数据、指挥终端获取的决策指令数据，基于BIM三维动态模型更新反馈至各个终端的实时控制数据；

该方法还包括：

获取演练过程中的演练数据并上传流程日志、形成演练评估和导出演练报告。

5.如权利要求4所述的一种基于BIM的地铁应急培训演练方法，其中，所述指挥终端通过叠加标绘、标注、测量、信息查询和信息通讯的交互功能，进行任务创建、选择执行对象、配置资源力量和赋予处置技能。

6.如权利要求4所述的一种基于BIM的地铁应急培训演练方法，其中，所述观摩控制终端包括观摩系统信息端和观摩系统地图布局端，所述观摩控制终端根据观摩者需求即时切换和追踪当前演练处置画面，并提供全面的信息流和任务执行进行跟踪。

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