一种基于虚拟现实的长期核电职业健康风险培训方法

本发明属于安全生产与管理领域，具体涉及一种基于虚拟现实的长期核电职业健康风险培训方法。

背景技术：

0、技术背景

1、核电作为一种安全、可靠、清洁的能源，利用核能发电已经成为当前社会必不可少的重要资源。核电职业健康风险评估与风险可视化工作是有效减少风险暴露，遏制核电相关职业病高发的基本方法。长期职业健康风险有隐匿性、迟发性、累积性，因此管理中也往往被忽视，容易在实际工作中对生产者造成影响。然而传统职业健康风险评估主要针对短期安全风险，如高空坠落等，缺少针对长期健康风险的评估，更加缺少针对核电职业健康风险的评估。传统核电职业健康培训多以教室教学为主，内容单一，没有临场感，参与度低，培训效果差。而可视化培训可以增强学员的学习兴趣，提高参与度，加强记忆，培训效果好。虚拟现实技术(vr)可以人为构造所需的虚拟环境，并使用头戴式显示器、手柄等设备获得沉浸式体验，较大程度还原了真实环境，同时又不会受到真实的物理伤害。结合本发明提出的长期职业健康风险评估办法，为核电站职业健康防护工作提供科学依据，提高核电工作人员对核电职业健康风险源的辨识能力以及对核电职业健康风险预估的能力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟现实的长期核电职业健康风险培训方法，发明方法的总体流程如图1所示。

2、所述的一种基于虚拟现实的长期核电职业健康风险培训系统，其特征在于包括以下步骤：

3、1)构建需要进行核电职业健康安全培训的虚拟实验场景；使用建模软件建立物理模型，使用unity 3d构建实验所需的虚拟环境；

4、2)长期职业健康安全风险“发生可能性”评估；分析核电职业健康疾患的产生机理，根据影响机理探究各类风险随时域维度变化引发职业健康疾患可能性，构建风险发生可能性测量量表。具体过程是，通过查看核电厂历史运行文档的数据，识别出最主要的三个长期职业健康风险类型，即噪声风险、高温风险、辐射风险，并对各风险可能发生的概率进行计算。

5、3)长期职业健康安全风险“后果严重性”评估，根据各风险类型导致人员“生活质量降低”的严重程度为理论，运用残疾评定量表who-das的方法，统一量化各多源异构风险后果严重性，构建风险后果严重性测量量表。根据所述who-das量表中各问题完成程度的评分，计算基于who-das方法的职业健康风险后果严重性。

6、其中“生活质量降低”理论属于现有常规技术，可参见文献ji z,wang y,zhang y,et al.integrating diminished quality of life with virtual reality foroccupational health and safety training[j].safety science,2023,158:105999。

7、根据步骤2)各风险可能性发生的概率以及步骤3)风险的后果严重性，计算某行为会带来的职业健康总风险。

8、4)核电职业健康风险可视化；结合核电站工人的工作种类，工作场景，生产操作流程等，设计以虚拟现实技术为载体的核电职业健康风险可视化平台。

9、进一步地，步骤2)中，长期职业健康安全风险“发生可能性”评估的具体步骤如下：

10、s1：长期职业健康风险发生可能性具有时域维度特点，如下列公式1计算职业健康风险发生可能性：

11、l＝f(t,t) (1)

12、式中，t表示工人在该类风险下暴露时长；t表示职业健康疾患产生的所需风险暴露时长；l表示职业风险发生可能的概率，用百分数形式表示，概率值在0％至100％区间内。不同职业健康疾患产生的所需风险暴露时长t因不同健康疾患产生的机理不同，因此需按照风险类别分别进行进一步的讨论与分析。

13、公式1为一个总的表达式，意为不同风险发生可能性l与t和t呈函数关系，不同风险对应的t和t值在下文做分别讨论。

14、s2：噪声风险-职业性噪声耳聋发生可能性

15、职业性噪声耳聋的发病机理主要与等效声级和暴露在等效声级中的时长有关。

16、首先，按声级相近的原则把一天的工作时间分为n个时间段，用积分声级计测量每个时间段的等效声级，按公式2计算全天的等效声级：

17、

18、式中，laeq,t表示全天的等效声级，单位为分贝(db)；表示时间段ti内等效声级，单位为分贝(db)；t表示所有时间段的时间总和，单位为小时(h)；ti表示i时间段的时间，单位为小时(h)；n表示总的时间段的个数；

19、工人每日允许暴露在噪声环境中的最大时长由全天等效声级确定，如式3所示：

20、

21、式中，tmax表示暴露时间限值，单位为时(h)；laeq,t表示全天的等效声级，单位为分贝(db)；当工作场景中的等效声级确定的情况下可以求出tmax值；

22、公式3中构建过程中，查阅相关文献，当环境声级为82db时，建议每天处于其中的最长时间为16h，并且声级每上升3db，该时间减为一半。

23、另外由于人员的工作时间不连续，在上午可能是在82db环境下工作2h，下午可能在88db环境下工作3h，因此需要把不同时间段的等效声级，统一为全天的等效声级。

24、综上，职业性噪声耳聋风险发生可能性可由公式4表示

25、

26、式中，lh表示职业性噪声耳聋风险发生可能性，用百分数形式表示；t表示在噪声风险中暴露的时间，单位为时(h)。

27、s3：高温风险-职业性热应激发生可能性

28、职业性热应激风险发生可能性可以由式5表示：

29、

30、式中，lt表示职业性热应激风险发生可能性；t表示在高温环境中暴露的时长，单位为分钟(min)；tf表示在查询温度为f时，工人每小时可持续工作的最大时间，单位为分钟(min)。

31、s4：放射性风险-职业性辐射病发生可能性

32、核电工人在放射性环境中持续工作会受到一定剂量以上的放射线照射，存在得放射性疾病的职业健康安全风险。中国规定的核电放射性剂量应符合gb 18871—2002与gbz/t 232—2010的相关要求，设定20毫希沃特为年剂量限值，并以此为标准构建核电辐射病发可能性评估方法。

33、职业性辐射病风险发生可能性可由公式6、7确定

34、

35、e＝ep+t×e (7)

36、式中，lr表示职业性辐射病风险发生可能性；e表示工作人员累积照射剂量，单位为毫希沃特(msv)；el表示辐射剂量限制值，即20msv；ep表示工作人员该年已累积的照射剂量，单位为毫希沃特(msv)；t表示在放射性风险中暴露的时间，单位为时(h)；e表示单位时间内的放射量，单位为毫希沃特/时(msv/hr)。

37、所述的一种基于虚拟现实的长期核电职业健康风险培训系统，其特征在于步骤3)中，长期职业健康安全风险“后果严重性”评估的具体步骤如下：

38、s1：运用“生活质量降低”理论设计后果严重性度量标准。采用whodas量表进行后果严重性度量。不同维度的影响困难程度使用李克特量表“0-4”进行表征，其中“0”表示没有困难；“4”表示无法完成或极度困难。表3是whodas后果严重性分析表。基于whodas的职业健康风险后果严重性c可由公式8计算。

39、

40、式中，q为whodas题目中的困难程度评价分数，取值为0-4的整数，γ为whodas题目序号。a表示who-das量表中的题目总数，本发明采用36题的量表，因此a＝36；b表示who-das量表的最大总分，本发明中的总分b＝36×4＝144。c经计算后转换为百分数形式表达，c值越大代表改后果对生活质量影响越大，因此表示该风险带来的后果严重性越大，c值越小代表风险带来的后果严重性越小。

41、表3：whodas-36item后果严重性分析表(部分)

42、

43、

44、针对表3中每个问题，人员在风险暴露后的完成程度都进行打分，分数值在0-4之间的整数。

45、s2：风险融合计算。提出核电职业健康总风险可使用公式9进行计算。

46、

47、式中rsum代表某行为会带来的职业健康总风险，rn代表n风险源的风险值，ln代表工人暴露在n风险源下可能产生职业健康疾患的可能性(n风险源对应上述的噪声风险、高温风险、辐射风险三种情况)，cn代表工人暴露在n风险源下受到的生活质量下降量，即n风险源的风险后果的严重性。

48、进一步地，步骤4)中核电职业健康风险可视化，即是构建与工作场景、作业过程相关的“职业健康风险可视化”界面。使用unity 3d虚拟引擎对核电厂三维模型进行场景渲染与多重纹理融合的材质贴图操作，得到高还原度的虚拟核电工厂。添加人物控制模块、碰撞检测模块以及人机交互模块实现虚拟工厂漫游交互功能。虚拟场景界面如图4所示。进行风险可视化建模，构建职业健康风险表征模块。该可视化表征可以用来实时监测工人操作过程中暴露的职业健康风险，提示工人相关操作带来的职业健康风险等级，减少工人危险操作，降低工人自主暴露在职业健康风险下的概率，提高工人风险源辨识能力，提高其自我健康安全保护意识，如图5所示。

49、本发明的一种基于虚拟现实的长期核电职业健康风险培训系统，可以在vr环境中实时向使用者展示与其操作相关的职业健康风险数值和风险等级，具体包括4个步骤，即构建虚拟培训场景、评估长期职业健康安全风险“发生可能性”、评估长期职业健康安全风险“后果严重性”、核电职业健康风险可视化。该系统可以提高使用者的职业健康安全保护意识，降低核电职业健康风险的自主暴露概率。

50、相对于现有技术，本发明取得的有益效果是：核电生产、维修过程中面临的职业健康风险是巨大的，然而传统的维修培训过程侧重于对技能层面的培训，缺少对于职业健康风险的培训。本系统可以直观地将长期核电职业健康风险展示在用户界面上，提高了用户对职业健康风险源的辨识和对风险的规避能力。同时虚拟培训也排除了在实地培训过程中对培训者造成实际伤害的可能，保护了核电工作人员生命健康。