一种基于vr的海缆布放训练系统

本发明涉及智能训练，特别涉及一种基于vr的海缆布放训练系统。

背景技术：

1、海缆布放是一个复杂而技术性强的任务，涉及到海洋工程、电信和信息技术等多个领域，常见的海缆布放方法包括：①船载布缆：最常见的海缆布放方法是通过专门设计的船只，将海缆从船上放置到海底。这通常涉及到大型的缆船，配备有相应的设备和工具，如缆绞车、水下机器人等。②浮标辅助布放：缆绳或浮标之类的浮力设备可以帮助维持缆线在水面以上，以确保在布放过程中不被沉没或损坏。③水下机器人辅助：使用水下机器人可用于监测和辅助海缆的布放。这些机器人通常配备摄像头、传感器和机械臂，可以执行检查、修理和安装任务。④定点布缆：在某些情况下，需要在特定地点进行布缆，例如连接两个海底站点。这就要求使用定点布缆的方法，确保缆线在特定地点稳固地连接。⑤动力定位系统：一些先进的海缆布放作业使用动力定位系统，通过精确的gps和其他传感器来确保船只能够精准地停留在目标位置，从而实现更加精确和可控的海缆布放。

2、海缆布放是一个涉及复杂技术和专业知识的任务，包括海洋调查、航海技术、电力电子、机电工程以及通信工程等。人工操作可以确保对这些复杂技术的准确理解和执行，即使使用水下机器人等辅助技术，但仍需专业的人员需要进行这些设备的操作和维护，以确保其正常运行和安全性。海洋环境是复杂而多变的，包括海流、海浪、海底地形等因素。人工操作可以更灵活地应对这些变化，采取相应的措施来适应和解决问题。

3、为保障工作人员的安全，通过vr模拟训练，操作人员可以在虚拟环境中练习，减少了在现实情况下可能发生的事故和损害。同时，现有技术中，人工布放海缆与计划布放位置存在较大偏差，因此，采用地上vr模拟训练对海缆布放路径规划也可提高任务执行的效率和准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在技术缺陷或改进需求，本发明的目的在于提出一种基于vr的海缆布放训练系统。

2、本发明提供的一种基于vr的海缆布放训练系统，包括：vr硬件设备模块、虚拟环境模拟模块、任务仿真模块和实时评估模块；

3、其中，所述vr硬件设备模块用于采集和显示用户操作状态和环境状态；

4、所述虚拟环境模拟模块用于创建虚拟的海底环境；

5、所述任务仿真模块用于基于所述vr硬件设备模块和所述虚拟环境模拟模块模拟不同海缆布放训练任务；

6、所述实时评估模块用于评估海缆布放训练任务完成的准确性得到实时评估结果，并对用户进行应急项目训练。

7、可选地，所述vr硬件设备模块包括：控制及感应单元、显示单元、vr仿真主机和仿真操作室；

8、其中，所述控制及感应单元用于控制用户的操作动作并感知动作信号；

9、所述显示单元用于现实画面与虚拟画面的同步显示；

10、所述vr仿真主机用于对用户的操作动作及感知动作信号进行数据处理；

11、所述仿真操作室用于基于绿色幕布进行虚拟场景与操作人员的虚实结合。

12、可选地，所述控制及感应单元包括：模拟晃动平台、体感背心、操作手柄、控制终端和用户跟踪传感器；

13、其中，所述模拟晃动平台用于基于六自由度运动平台模拟海上船体的晃动环境；

14、所述体感背心用于用户感知操作动作信号和外力效果信号；其中，所述操作动作信号包括触觉信号、听觉信号；所述外力效果信号包括撞击信号、点击信号；

15、所述操作手柄用于模拟现实中工具、手部的作业动作；

16、所述控制终端用于基于操作台按钮操控仿真任务训练；

17、所述户跟踪传感器用于捕捉用户的操作动作和用户的位置信息。

18、可选地，所述显示单元包括：混合现实头显设备、外置显示器和高频率无线数字视频帧同步器；

19、其中，所述混合现实头显设备用于为用户提供个人视觉界面；

20、所述外置显示器用于将用户的操作环境和操作过程以音频形式显示；

21、所述高频率无线数字视频帧同步器用于保证视频中的现实画面与虚拟画面同步显示。

22、可选地，所述vr硬件设备模块还包括配套设备，所述配套设备包括：加密狗、音响和配线架；

23、其中，所述加密狗用于存储、加密系统数据；

24、所述音响用于输出声音信息；

25、所述配线架用于管理若干条网络电缆。

26、可选地，所述虚拟环境模拟模块包括：场景设计单元、交互性设计单元、导航单元和声效单元；

27、其中，所述场景设计单元用于基于地形建模、海缆建模、水体模拟、光照模拟和生物模拟构建海底布局；

28、所述交互性设计单元用于构建虚拟工具为用户提供环境交互；

29、所述导航单元用于基于海底布局构建海底导航系统；

30、所述声效单元用于模拟海底声音信息。

31、可选地，所述任务仿真模块包括：第一单元和第二单元；

32、其中，所述第一单元用于对待布放海底区域建立栅格地图；

33、所述第二单元用于构建usv侦察模型并基于所述usv侦察模型采用快速扩展随机树算法自适应性地规划海缆布放路径。

34、可选地，所述第二单元包括：随机树构建子单元、路径搜索子单元和路径优化子单元；

35、其中，所述随机树构建子单元用于规划空间中初始化一个包含起始状态的树结构；

36、所述路径搜索子单元用于基于模拟无人船在规划空间中得到第一覆盖路径轮廓线；

37、所述路径优化子单元用于采用快速扩展随机树算法对第一覆盖路径轮廓线进行搜索得到最终覆盖路径轮廓线，基于所述最终覆盖路径轮廓线得到规划好的海缆布放路径。

38、可选地，所述实时评估模块包括：效率评估单元、优化单元和应急单元；

39、其中，所述效率评估单元用于基于用户的操作动作计算布放效率；

40、所述优化单元用于基于所述布放效率对用户操作进行优化，并生成优化方案；

41、所述应急单元用于基于用户的操作动作与环境反馈信息判断当前环境危险系数，并对用户进行应急项目训练。

42、本发明具有如下技术效果：

43、本系统提供了一种安全的、无需实际海底操作的培训方法，帮助练习者提高技能，减少错误和事故的发生。

44、模拟训练对于提高操作人员的技能水平、降低风险、减少成本以及改进工作流程都起着至关重要的作用。这种训练能够使操作人员在实际任务中更加胸有成竹，从而提高任务执行的效率和安全性。

45、实际海缆布放任务可能涉及昂贵的设备和资源，而vr模拟训练可以在不消耗实际资源的情况下进行，从而节约成本。操作人员可以在虚拟环境中进行多次训练，提高效率。

技术特征：

1.一种基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，包括：vr硬件设备模块、虚拟环境模拟模块、任务仿真模块和实时评估模块；

2.根据权利要求1所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述vr硬件设备模块包括：控制及感应单元、显示单元、vr仿真主机和仿真操作室；

3.根据权利要求2所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述控制及感应单元包括：模拟晃动平台、体感背心、操作手柄、控制终端和用户跟踪传感器；

4.根据权利要求3所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述显示单元包括：混合现实头显设备、外置显示器和高频率无线数字视频帧同步器；

5.根据权利要求4所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述vr硬件设备模块还包括配套设备，所述配套设备包括：加密狗、音响和配线架；

6.根据权利要求1所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述虚拟环境模拟模块包括：场景设计单元、交互性设计单元、导航单元和声效单元；

7.根据权利要求6所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述任务仿真模块包括：第一单元和第二单元；

8.根据权利要求7所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述第二单元包括：随机树构建子单元、路径搜索子单元和路径优化子单元；

9.根据权利要求8所述的基于vr的海缆布放训练系统，其特征在于，所述实时评估模块包括：效率评估单元、优化单元和应急单元；

技术总结本发明公开了一种基于vr的海缆布放训练系统，包括：VR硬件设备模块、虚拟环境模拟模块、任务仿真模块和实时评估模块；其中，所述VR硬件设备模块用于采集和显示用户操作状态和环境状态；所述虚拟环境模拟模块用于创建虚拟的海底环境；所述任务仿真模块用于基于所述VR硬件设备模块和所述虚拟环境模拟模块模拟不同海缆布放训练任务；所述实时评估模块用于评估海缆布放训练任务完成的准确性得到实时评估结果，并对用户进行应急项目训练。本系统提供了一种安全的、无需实际海底环境的培训方法，帮助练习者提高技能，减少错误和事故的发生。技术研发人员：王希晨,舒畅,乔小瑞,魏巍,徐量受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11