本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實及消防訓(xùn)練設(shè)備，具體為一種基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、消防水槍是消防隊伍中不可或缺的裝備，在滅火救援中發(fā)揮著不可替代的作用，為了提高消防戰(zhàn)士在不同的火災(zāi)現(xiàn)場中對消防水槍的使用技巧與水平，消防隊里面需要經(jīng)常進(jìn)行消防水槍使用訓(xùn)練。傳統(tǒng)消防實訓(xùn)依賴真實水源、場地及設(shè)備，單次訓(xùn)練需消耗大量水資源并占用專業(yè)場地，年均維護(hù)成本高，且實訓(xùn)時高溫、有毒煙霧等復(fù)雜火場環(huán)境難以在實體訓(xùn)練中完全模擬，消防員面臨誤操作導(dǎo)致的物理傷害風(fēng)險，傳統(tǒng)實訓(xùn)側(cè)重流程化操作，缺乏對水槍操作細(xì)節(jié)(如水流形態(tài)控制、三維空間定位)的量化評估，難以提升實戰(zhàn)應(yīng)變能力，現(xiàn)有vr消防設(shè)備多采用手柄模擬水槍操作，無法真實還原水槍的重量感、后坐力及閥門操作阻尼，虛擬水流效果與真實物理規(guī)律脫節(jié)，例如未考慮空氣阻力對水流軌跡的影響，導(dǎo)致訓(xùn)練反饋失真，火災(zāi)蔓延模型多為預(yù)設(shè)腳本，缺乏實時環(huán)境響應(yīng)機(jī)制，難以模擬復(fù)雜火場的動態(tài)變化。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、(一)解決的技術(shù)問題
2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，具備了可避開實訓(xùn)成本高不環(huán)保且具有危險性的問題同時能夠模擬真實水槍操作細(xì)節(jié)、提供多維度交互反饋且具備高可靠性的vr訓(xùn)練以提升消防員的實戰(zhàn)能力和應(yīng)急反應(yīng)速度等優(yōu)點，解決了實訓(xùn)成本高不環(huán)保且具有危險性，復(fù)雜火場環(huán)境實訓(xùn)難以模擬出來，現(xiàn)有vr消防設(shè)備硬件功能不足導(dǎo)致訓(xùn)練反饋失真且難以模擬復(fù)雜火場的動態(tài)變化的問題。
3、(二)技術(shù)方案
4、為實現(xiàn)上述可避開實訓(xùn)成本高不環(huán)保且具有危險性的問題同時能夠模擬真實水槍操作細(xì)節(jié)、提供多維度交互反饋且具備高可靠性的vr訓(xùn)練以提升消防員的實戰(zhàn)能力和應(yīng)急反應(yīng)速度的目的，本發(fā)明提供了一種基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，包括：
5、硬件裝置：由槍體、旋轉(zhuǎn)槍頭、多參數(shù)調(diào)節(jié)閥(出水角度調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥、水流形態(tài)調(diào)節(jié)閥)、雙軸力反饋搖桿及多傳感器組件構(gòu)成；
6、傳感器組件：包含六軸imu、激光定位模塊、壓力傳感器及閥門狀態(tài)磁編碼器，用于實時采集水槍姿態(tài)、位置及操作參數(shù)；
7、數(shù)據(jù)通信模塊：采用加密無線傳輸協(xié)議(如ble?5.3)，支持?jǐn)?shù)據(jù)包格式(0x24+命令字+數(shù)據(jù)長度+操作參數(shù)+校驗和+0x5e)；
8、虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)：集成動態(tài)火災(zāi)蔓延模型、物理仿真引擎及智能考評模塊，根據(jù)操作數(shù)據(jù)生成沉浸式訓(xùn)練反饋：
9、優(yōu)選的，調(diào)節(jié)閥模塊的出水角度調(diào)節(jié)閥支持16檔(0°-180°)，流量調(diào)節(jié)閥支持28檔(0-100％)，水流形態(tài)調(diào)節(jié)閥支持3種模式(柱狀/霧狀/開花狀)；
10、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議包含姿態(tài)四元數(shù)(8字節(jié))、壓力值(2字節(jié))及通道編號(1字節(jié))，支持多設(shè)備協(xié)同訓(xùn)練；
11、優(yōu)選的，智能考評系統(tǒng)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，自動識別操作錯誤類型并生成訓(xùn)練建議，反饋方式包括觸覺振動和視覺提示；
12、優(yōu)選的，物理仿真模型包含伯努利方程、湍流模型及后坐力計算公式(f＝ρa(bǔ)v2)，實現(xiàn)虛擬水流與真實操作的毫秒級同步響應(yīng)；
13、優(yōu)選的，槍體的材料采用高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料(密度≤1.8g/cm3，拉伸強(qiáng)度≥3500mpa)，重量≤1.5kg，槍柄設(shè)置摩擦力系數(shù)≥0.8的防滑紋理，以適應(yīng)濕滑環(huán)境操作，設(shè)置支持5檔長度調(diào)節(jié)(300-400mm)的可調(diào)節(jié)肩托，以適配不同體型用戶；
14、優(yōu)選的，交互控制模塊中雙軸搖桿支持線性力反饋(0-5n)，模擬水流反沖力，模擬水帶接口內(nèi)置張力傳感器(量程0-50n)，采用三段式開關(guān)閥，支持“關(guān)-半開-全開”狀態(tài)檢測，通過霍爾傳感器實現(xiàn)無接觸式信號傳輸；
15、優(yōu)選的，支持動態(tài)火災(zāi)蔓延算法(基于元胞自動機(jī)模型)，可模擬火勢擴(kuò)散速度(0.1-5m/s)、煙霧濃度(0-100％)及溫度場分布(20-800℃)；
16、優(yōu)選的，六軸慣性測量單元(imu)包括量程±16g且精度0.001g的加速度計，量程±2000°/s且精度0.1°/s的陀螺儀，用于實時捕捉水槍三維姿態(tài)(俯仰角、偏航角、滾轉(zhuǎn)角)。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，具備以下有益效果：
18、1、該基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，通過互動式消防水槍、數(shù)據(jù)通信模塊以及虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的配合設(shè)置，以vr技術(shù)給消防員模擬出各種火場環(huán)境并由互動式消防水槍提供仿真的滅火反饋，不需要花費各類資源真實復(fù)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場，可避開實訓(xùn)成本高不環(huán)保且具有危險性的問題。
19、2、該基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，通過互動式消防水槍高保真物理仿真，配合多傳感器融合技術(shù)精確捕捉水槍姿態(tài)、位置及閥門狀態(tài)，實時驅(qū)動虛擬水流的動態(tài)變化，再通過智能考評系統(tǒng)基于操作數(shù)據(jù)生成訓(xùn)練報告，根據(jù)訓(xùn)練報告可有效指出消防員的不足并給出有效意見以提高實戰(zhàn)能力和應(yīng)急反應(yīng)速。
20、3、該基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，通過互動式消防水槍以及虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的配合，使模擬火災(zāi)現(xiàn)場可以因消防員的操作變化而變化，進(jìn)而可以模擬出復(fù)雜火場環(huán)境的變化使其更貼近真實火災(zāi)變化。
1.一種基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：調(diào)節(jié)閥模塊的出水角度調(diào)節(jié)閥支持?16?檔（0°-180°），流量調(diào)節(jié)閥支持?28?檔（0-100%），水流形態(tài)調(diào)節(jié)閥支持?3?種模式（柱狀?/?霧狀?/?開花狀）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議包含姿態(tài)四元數(shù)（8?字節(jié)）、壓力值（2?字節(jié)）及通道編號（1?字節(jié)），支持多設(shè)備協(xié)同訓(xùn)練。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：智能考評系統(tǒng)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，自動識別操作錯誤類型并生成訓(xùn)練建議，反饋方式包括觸覺振動和視覺提示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：物理仿真模型包含伯努利方程、湍流模型及后坐力計算公式（f=ρa(bǔ)v2），實現(xiàn)虛擬水流與真實操作的毫秒級同步響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：槍體的材料采用高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料（密度≤1.8g/cm3，拉伸強(qiáng)度≥3500mpa），重量≤1.5kg，槍柄設(shè)置摩擦力系數(shù)≥0.8的防滑紋理，以適應(yīng)濕滑環(huán)境操作，設(shè)置支持5檔長度調(diào)節(jié)（300-400mm）的可調(diào)節(jié)肩托，以適配不同體型用戶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：交互控制模塊中雙軸搖桿支持線性力反饋（0-5n），模擬水流反沖力，模擬水帶接口內(nèi)置張力傳感器（量程?0-50n），采用三段式開關(guān)閥，支持?“關(guān)?-?半開?-?全開”?狀態(tài)檢測，通過霍爾傳感器實現(xiàn)無接觸式信號傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：支持動態(tài)火災(zāi)蔓延算法（基于元胞自動機(jī)模型），可模擬火勢擴(kuò)散速度（0.1-5m/s）、煙霧濃度（0-100%）及溫度場分布（20-800℃）。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)的互動式消防水槍系統(tǒng)，其特征在于：六軸慣性測量單元（imu）包括量程?±16g且精度?0.001g的加速度計，量程?±2000°/s且精度?0.1°/s的陀螺儀，用于實時捕捉水槍三維姿態(tài)（俯仰角、偏航角、滾轉(zhuǎn)角）。