工程机械应急抢险训练系统技术文件.docx
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工程机械应急抢险训练系统技术文件
工程机械应急抢险
训练系统
技
术
文
件
1、技术要求
系统应采用先进的设计思想、合理的体系架构，选用成熟的技术和软硬件产品，使系统功能最优化、模块化，将平台内部各组成部分在技术上的相互依赖性减至最低，确保平台具有较强的生命力。
（一）基于HLA的系统架构
系统的建设涉及多机互联的模拟器，在体系结构设计方面，需采用目前国际上通用的HLA体系结构。
通过基于HLA体系结构的设计及实现，使连接到训练模拟器的各个分系统成为系统总线上的一个可更换的标准组件，HLA框架下的联邦组成逻辑关系如下图1所示。
图1 联邦组成逻辑关系示意图
系统将接收教师端指挥人员提供目标地点的各种环境评估数据，包括水、气候、环境、道路等场景情况，以及目标区域的地形地貌、地表附着物情况等，输入平台后，形成原始工程环境信息。
ARCGIS导出的RAW格式的地形高度栅格数据图，通过平台的数据对接接口读入数据，用算法在虚拟现实引擎内初步绘制场景并进入场景编辑阶段。
工程环境信息要求可视，一是不同色彩表示环境情况，使用色块示例标出不同色彩的环境信息；二是不同区域的环境信息可形成报表，可后台生成和运行，也可随机调出查看和打印。
（二）应用程序的编程语言
应按照J2EE规格，采用VC++或Java编程语言和服务器端Java技术。
（三）面向对象的组件技术
应采用面向对象的组件技术开发可重复使用的组件，以便利用这些组件能顺利地建立分布式应用程序。
（四）扩展性要求
所有模块基于组件开发，可插拔。
项目建成的系统模块间应相对独立，接口清晰，内部的业务流程升级和改造与其它模块无关，应为二次开发提供标准的API等，以满足今后业务规模、业务类型及集成范围的扩展性需要。
2、产品原则
（一）实用性和可能性
系统应具有方便实用、易于部署维护的特点。
要着重提高系统整体运行效率，同时方便用户使用和系统管理。
（二）可靠性和稳定性
系统的设计应从系统整体结构、技术措施、运行管理等方面综合着手，实现最大的平均无故障时间。
（三）先进性和成熟性
平台设计应采用目前先进成熟的技术，开发制作应采用规范的系统工程方法，确保方案的合理性，技术的可行性，方法的科学性。
（四）开放性和标准化原则
系统平台应是开放的、符合业界主流技术标准的，力求硬件环境，通信环境，软件环境、操作系统平台之间的相互依赖性达到最小，易于数据扩充维护，便于新建应用系统部署。
（五）可扩展性
为适应应用的不断扩展，信息资源的不断丰富，系统平台的软硬件环境必须具有良好的扩展性，并易于升级更新。
（六）业务流程易于定制
新建业务系统应面向业务应用，便于部队根据编制体制、教学训练任务的调整变化，随时、方便地调整定制业务流程。
（七）可管理性和可维护性
为便于日常管理与维护，系统本身及第三方软件应具有良好的可管理性和可维护性。
3、系统总体框架结构
该系统可开展工程作战保障环境方案设置、单机模拟训练、单装训练考核、联合训练考核以及保障方案推演验证等实验及训练。
系统平台由装备模拟器、联合作业虚拟场景软件、模拟器互联互通软硬件平台和运行环境编辑器等部分组成。
3.1设备参数要求
3.1.1中央监控台
（1）可监控任意1台半实物模拟操作装备当前的操作、运行状态，分发任务，具备集成各种推演数据进行分析评估的功能，得出验证结果；可以查询联网的每1台模拟操作装备当前操作的明细情况，并打印训练成绩。
可通过摄像监控查看并且可以随机切换各种图像，投向融合监控大屏幕。
（2）除基本的硬件建设外，为发挥硬件的实验功能，有完善的配套软件，包括模拟器单装训练与考核软件、模拟器联合作业软件、联合作业指挥监控与评估软件、联合作业虚拟场景编辑软件等。
（3）技术参数要求
功能
要求
详细技术要求
总述
1、▲信息化管理功能：
要求通过“特种设备作业人员智能IC卡”写入、读取、修改、删除学员身份信息、学籍编号、联系方式、培训科目等功能，实现局域网信息联机管理。
2、▲由于采购方现有的多媒体教学系统均采用UE3引擎开发，为实现与原有系统对接，故该程序需采用虚幻引擎UnrealEngine3开发。
3、视频监视功能：
要求实现对每台模拟教学设备屏幕进行实时监控。
4、协同作业管理：
要求实现推土机、挖掘机、装载机模拟教学设备（最多30台）的协同作业训练。
5、考核设定功能：
需实现开设考核房间的功能，可对模拟教学设备、考核时间、考核科目进行自主设定，完成对学员的考核鉴定。
6、考核信息管理：
需对不同设备、不同科目的训练进行数据分析，实现所有数据的图表分析。
例如某一训练课题、协同作业，也可细化到某一考核点。
7、超级管理员可实现对教师管理者的身份注册、注销等功能。
8、▲应包含多种灾害处置应急抢险方案供教员进行讲解：
分洪坝填筑战法、裂缝处置战法、塌岸处置战法、泄洪槽开挖战法、渗水处置战法、管涌抢险战法、泥石流抢险战法等。
通过对多种抢险战法3D视频预演可实现教员对各种战法的指导教学。
功能
模块
系统登陆功能：
管理员可通过输入用户名、密码登入系统。
信息管理功能：
1）所有学员查询
可按学号、姓名、班级、时间来查询学员信息（个人身份信息、培训信息等），并且可以针对对学员的历史成绩，进行评定。
2）在线学员查看
可列出正在上机的所有学员信息、并可实时通过视频查看当前学员正在进行的训练项目。
3）添加学员功能
可增加新学员（个人信息、班级信息、有效期限等）
4）编辑学员信息
可修改、删除学员信息（个人信息、班级信息、有效期限等）
考核管理功能：
1）创建房间：
可创建考核房间进行统一考核管理（考核科目、考核时长等）
2）考核房间列表：
可列出正在进行的考核房间列表信息（房间名称、所用机器、考核科目等）。
班级管理功能：
1）添加班级。
2）编辑班级信息。
教师管理功能：
1）添加教师：
新增教师（个人信息、登陆信息）。
2）编辑教师：
可修改、删除教师信息（个人信息、登陆信息）。
协同服务端管理功能：
1）启动协同服务端
2）重启协同服务端
3）关闭协同服务端
2、硬件配置参数
项目
技术参数
操作平台
1、操作台采用1.2-1.5mm优质ABS无毒材质制作，表面去脂，磷化，酸洗后喷防锈粉。
2、采用高温静电喷涂﹐表面处理细腻、美观。
3、采用全拆装式结构﹐安装方便、便于运输。
4、采用高透气设计﹐配有风扇,百叶窗透风确保系统正常运行。
5、下柜体配层板﹐存储教师物品、教具安全防盗。
服务器
系统运行主机采用Intel酷睿系列处理器、2G内存、GT4601G独立显卡、不低于22寸液晶显示器。
IC卡读写器
通讯接口：
标准RS232
卡座寿命：
10万次
主控制器：
8位51系列单片机
电磁辐射：
抗干扰CE89/336
插卡自检：
判断卡的正反向和卡片类型
通讯速率：
自动选择波特率（57600bp和9600bps）
读写卡型：
SIEMENS：
SLE4404/4406/4432/4442/4428
单台机器提供至少5张特种设备作业人员IC卡用于教学使用。
成绩打印
四色喷墨打印机。
局域网
路由器、国标网线、水晶头等辅件。
整机尺寸
长x宽x高=1250x750x1100
3.1.2推土机机训练系统
一
推土机模拟机
台数
序号
名称
技术参数、功能要求
单位
数量
1
视景装置
1、成像标准：
32'；对比度:
5000:
1；反应时间:
6.5毫秒；清晰度：
≥1080p；扫描频率：
≥64KHz；使用寿命：
≥150000小时
套
1
2
基座
1、▲主体框架结构需采用玻璃钢复合（FRP）材质，具有良好的介电绝缘性能和隔热性能以及防水、密度小、热膨胀小等性能，能够确保教学使用安全；其物理性能：
拉伸强度：
≥290MPa ，密度1.5~2.0之间，导电系数4.0～4.8，导热系数：
0.40。
2、需采用真机高档悬置式座椅固定在底座上，与真机驾驶座舱舒适感相同。
其表面材料为黑色PVC材质；座椅上下调节范围：
65mm；前后端高度不低于9度；体重调节功能及调节范围：
40～130Kg；外观尺寸（L*W*H）:
560*570*900mm。
3、基座外观需具备真机相似外形，最大限度仿真于真实机器，如车辆的配重、中控操作台等。
4、根据实训室布局设计要求设备尺寸应不小于：
（L*W*H）:
165*85*120mm；方可满足实训室建设的实用性及美观性。
5、需配置万向轮、支撑脚，方便设备移动或固定。
要求万向轮承重：
≥150Kg，尺寸：
2寸，数量：
4个；支撑脚：
材质45#钢，高度50mm,高度调整范围：
±30mm，数量：
6个。
6、底座采用不低于2.0mm铁板+防滑铝板制作，承重范围：
90～150Kg。
套
1
3
数据处理单元
1、CPU：
E6600、2.3Ghz、MS-N520L；2GB；500G
2、电源：
220V350W
台
1
4
机械装置
1、高精度摇杆，采用与液压先导阀手柄机械部分相同的制造原理，材质为铁制材料及线切割工艺生产。
2、制动器,采用原厂配件，要求高灵敏度。
3、转向操纵杆，铁质材料制作，要求造型美观、手感舒适、坚固耐用、操作方便灵活。
4、变档器，铁质材料，操纵方便灵活。
5、油门摇杆，铁质材料，操纵方便灵活、灵敏度高。
6、减速踏板，需采用原装电子脚踏，操作动作与画面实时响应。
7、松土器摇杆，操纵灵活、线切割工艺生产。
套
1
5
中央操控台
1、功能键需包含油门旋钮、退出、视角切换、点火钥匙、鸣笛按钮、变速档位、菜单选择摇杆。
2、视角调整摇杆需实现第一人称视角、第三人称视角内的360°全景查看。
套
1
6
集成控制器
1、▲需配备特种设备作业人员IC卡，5张/台；不低于CPU8bit/RAM512B/3DES加密。
2、具备USB接口、RS232接口、可以扩展无线接口，可与上位机软件进行数据交互。
模拟量输入：
16路，0-5v模拟量输入精度：
12位模拟量内部基准电压：
2.4V，开关量输入路数：
32路。
套
1
7
程序功能
1、▲由于采用UE3引擎开发的虚拟系统可以最大限度的模拟现实，故该程序需采用虚幻引擎UnrealEngine3开发。
2、系统需提供多种外设接口，具体包含IC卡、3D头盔、动感平台、集成控制器、蓝牙设备等，可实现信息识别、头部跟踪、动作感受、集成控制、资料共享等功能，满足采购方丰富的教学需求。
3、要求培训数据通过联机传输至教师管理平台进行存储、调阅、打印。
4、需实现记录学员培训或考核的成绩功能，要求配备彩色打印机，即时进行联网成绩打印。
5、教师可自主设定训练或考核评分标准，并对受训者进行文字、语音等安全提示。
6、需设置多种视角，如：
第三人称视角、驾驶室视角、侧方视角、360度全视景查看等。
7、需体现出机器状态参数的实时变化，如：
燃油、速度、正反手、安全锁等。
8、▲需具有配合土石方施工设备完成协同作业的课题或场景，协同作业场景不低于6个以实现对人员的培训考核。
9、▲程序需体现油压、油温、水温、变速箱、气压等状态变化。
套
1
8
包装
1、产品包装箱外应有“小心轻放”、“向上”等符合GB/T191-2009《包装储运图示标志》要求，不应因运输条件和自然条件而褪色。
2、外形尺寸（长×宽×高）175x110x130。
3、材质为木质包装箱。
个
1
9
线材
1、VGA线，USB、HDMI线；
2、提供实验室整体网线布局所需线材；
3、提供插线板、信号转换头等辅助设备。
批
1
3.1.3挖掘机训练系统
1、软件功能参数
功能要求
详细技术要求
总述
▲1、软件系统需实现局域网内多种设备多机协同；具有开设协同作业房间、开设单机考核房间、开设协同考核房间的功能，在同一施工场景内完成多种设备联合或独立施工作业。
2、需实现最大30台套的挖掘机、推土机、装载机模拟器联网协同作业训练。
3、需实现学员挖掘机单机训练、协同作业、文本教学、图片教学、视频教学、理论考核等教学功能。
4、需实现教师自主添加或修改理论考核题库、文档、图片、视频等教学资料。
▲5、实现教师自主录入学员身份信息，如姓名、学籍号、班级、组别、身份ID信息，并通过局域网联机传输至教师管理平台控制系统中进行存储、调阅、打印。
6、数据存储功能：
需记录受训者的各种操作信息、错误信息、考核成绩，存储至教师端服务器。
7、需对不规范的操作给予文字和语音提示，同时以图片和文字的形式规范学员操作。
8、软件需设置多个视角，如：
第三人称视角、驾驶室视角、侧方视角等；并可通过视角摇杆进行360度全视角查看。
9、需具有显示挖掘机各项参数及实时状态的功能，如：
油压、油温、水温等。
10、辅助功能：
微缩图实时状态的显示功能；b可自主修改课题中的安全操作提示内容；c操作过程中机器的正确姿势提示。
▲11、软件中包含2种不同吨位（6吨、20吨）多种品牌的挖掘机模型供学员选择练习，6吨挖掘机需实现推土铲操作功能。
12、该系统需配备协同作业教师管理平台，实现信息化管理功能，将局域网内所有学员的身份信息、培训信息及考核成绩汇总到教师端管理系统中，方便教师对各类信息进行汇总、分析、查询、打印。
13、软件根据国家职业技能鉴定中心颁布的职业标准（NY/T1777-2009）开发的操作课题，公平公正的对培训学员进行考核。
理论学习
通过IC卡智能管理考核系统，需实现幻灯片课件教学、视频教学，机械构造认知等理论学习内容。
教师可自行添加、删减。
操作课题
具有挖掘机作业的各种基础训练，考核培训等课件功能，可通过设置不同的训练时间、训练强度、考核项目进行各种课题训练。
课题包括：
1、行走练习2、上下坡3、挖土甩方4、装车作业5、吊装作业6、挖沟7、破碎作业8、找平作业9、刷坡
协同课题
▲需具有配合推土机、装载机模拟教学设备完成协同作业的课题，包括：
1、山体滑坡（道路清障）2、地震抢修3、堰塞湖疏通I（基本案列）4、堰塞湖疏通II（唐家山）
5、泥石流清淤6、雪灾抢险
2、教师可自主设定协同作业训练考核的标准，并下发至学员进行训练。
2、硬件技术参数
项目
技术参数
设备底座
底座需采用不低于2.5材质型材制作，该组部件工艺需采用整体喷漆处理，防静电、防锈，可承载重量最少150kg。
驾驶座舱
▲为确保使用安全需使用玻璃钢材质整体开模，要求电绝缘性好、安全系数高,阻燃耐腐蚀。
设备座椅
需采用液压悬浮式工程座椅C9型；底座采用液压悬浮支架，要求上下前后进行调节，表面材料为黑色PVC。
仿真液压先导手柄
HZ-35型高精度操作手柄，可以进行挖掘机手柄4个方向8个操作动作的模拟操作，要求采用与液压先导阀手柄机械部分相同的制造原理，材质为铁制材料及线切割工艺生产。
行走脚踏
仿真HZ-15型，铁质材料制作，要求带防滑铝板设计，带行走操纵杆，采用与真机相同的制造原理及工艺。
推土铲操纵杆
▲与小挖真实操作部件相同，要求坚固耐用，操作方便灵活。
中枢控制
平台
1、需配备点火启动控制模块；
2、视角环视功能，可进行360度视角全景旋转、拉伸等；
3、需配备液压安全锁、破碎锤装置、视角调整摇杆、油门控制、推土铲操作杆、速度控制等功能模块；
4、考核成绩联机打印功能；
5、联网视频监控功能；
6、IC卡信息扫描识别功能；
7、需配备数字触摸板；
视景显示装置
32寸品牌高清LED显示屏
系统配置
品牌PC（全国三年联保）Intel酷睿系列CPU、主板MS-N520L、大容量500G高速存储硬盘、ATIRadeonR72401GPCIExpressx16显卡、4G内存
数据采集系统
电源电压5V静态电压50%Vcc，7.5mV/mT~20mV/mT灵敏度，输出电压低端<1.0V，输出电压高端>4.2V。
采用霍尔集成电路传感器，由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。
学员信息采集系统
支持卡型：
符合ISO/IEC14443TYPEB；1、工作频率：
13.56MHz；2、通讯速率：
106Kbps3、校验：
循环冗余校验（CRC）；4、感应面积：
100*120mm；5、感应距离：
大于50mm6、传输速率：
USB接口12Mbps；7、RS232接口9.6-115.2Kbps；8、软件接口：
支持VC、VB、DELPHI等；9、电源：
计算机供电（USB接口）
集成控制系统
电源电压5V静态电压，USB接口，工作电流<30mA。
3.1.4高速装载机训练系统
一
装载机模拟机
台数
序号
名称
技术参数、功能要求
单位
数量
1
视景装置
1、成像标准：
32'；对比度:
5000:
1；反应时间:
6.5毫秒；清晰度：
≥1080p；扫描频率：
≥64KHz；使用寿命：
≥150000小时。
套
1
2
基座
1、▲主体框架结构需采用玻璃钢复合（FRP）材质，具有良好的介电绝缘性能和隔热性能以及防水、密度小、热膨胀小等性能，能够确保教学使用安全；其物理性能：
拉伸强度：
≥290MPa ，密度1.5~2.0之间，导电系数4.0～4.8，导热系数：
0.40。
2、需采用真机高档悬置式座椅固定在底座上，与真机驾驶座舱舒适感相同。
其表面材料为黑色PVC材质；座椅上下调节范围：
65mm；前后端高度不低于9度；体重调节功能及调节范围：
40～130Kg；外观尺寸（L*W*H）:
560*570*900mm。
3、基座外观需具备真机相似外形，最大限度仿真于真实机器，如车辆的配重、中控操作台等。
4、根据实训室布局设计要求设备尺寸应不小于：
（L*W*H）:
165*85*120mm；方可满足实训室建设的实用性及美观性。
5、需配置万向轮、支撑脚，方便设备移动或固定。
要求万向轮承重：
≥150Kg，尺寸：
2寸，数量：
4个；支撑脚：
材质45#钢，高度50mm,高度调整范围：
±30mm，数量：
6个。
6、底座采用不低于2.0mm铁板+防滑铝板制作，承重范围：
90～150Kg。
套
1
3
数据处理单元
1、CPU：
E6600、2.3Ghz、MS-N520L；2GB；500G
2、电源：
220V350W
台
1
4
机械装置
1、转向器需采用原装配件+高灵敏度电位器，将动作与程序实时响应，实现真实的操作效果；工作圈数为3圈，与采购方真机设备相同。
2、换挡器、转向灯、远光灯组合开关采用汽车原装手拨档位组合开关，实现真机操作效果。
3、动臂操作杆：
实现动臂上下动作。
铲斗操作杆：
实现铲斗开合动作。
操作角度±15°，操纵力度20~50N。
4、油门、刹车踏板：
需采用原装电子脚踏，操作动作与画面实时响应。
5、驻车制动器：
车辆专用手刹。
套
1
5
中央操控台
1、功能键需包含退出、视角切换、点火钥匙、菜单选择摇杆。
2、视角调整摇杆需实现第一人称视角、第三人称视角内的360°全景查看。
套
1
6
集成控制器
1、需配备特种设备作业人员IC卡，5张/台；不低于CPU8bit/RAM512B/3DES加密。
2、具备USB接口、RS232接口、可以扩展无线接口，可与上位机软件进行数据交互。
模拟量输入：
16路，0-5v模拟量输入精度：
12位模拟量内部基准电压：
2.4V，开关量输入路数：
32路。
块
1
7
程序功能
1、▲由于采购方现有的多媒体教学系统均采用UE3引擎开发，为实现与原有系统对接，故该程序需采用虚幻引擎UnrealEngine3开发。
2、系统需提供多种外设接口，具体包含IC卡、3D头盔、动感平台、集成控制器、蓝牙设备等，可实现信息识别、头部跟踪、动作感受、集成控制、资料共享等功能，满足采购方丰富的教学需求。
3、要求培训数据通过联机传输至教师管理平台进行存储、调阅、打印。
4、需实现记录学员培训或考核的成绩功能，要求配备彩色打印机，即时进行联网成绩打印。
5、教师可自主设定训练或考核评分标准，并对受训者进行文字、语音等安全提示。
6、需设置多种视角，如：
俯视角、外部视角、驾驶室视角、360度全视景查看等。
7、可选择30和50两种型号的车型。
8、需体现出机器仪表参数的实时变化，如：
转向机变动、燃油表、车速变化等。
9、▲需具有配合土石方施工设备完成协同作业的课题或场景，协同作业场景不低于6个以实现对人员的培训考核。
10、▲需具有更换工作装置功能，如更换木材抓具进行木材装车训练。
套
1
8
包装
1、产品包装箱外应有“小心轻放”、“向上”等符合GB/T191-2009《包装储运图示标志》要求，不应因运输条件和自然条件而褪色。
2、外形尺寸（长×宽×高）175x110x130。
3、材质为木质包装箱。
个
1
9
线材
1、VGA线，USB、HDMI线；
2、提供实验室整体网线布局所需线材；
3、提供插线板、信号转换头等辅助设备。
批
1
3.1.5重型运输卡车训练系统
3.2软件技术要求
3.2.1联合作业虚拟场景软件基本要求
（1）支持场景自定义编辑功能，可加载预设的建筑模型，通过鼠标的操作在场景中设置建筑的位置及方向，作为抢建的任务目标。
通过鼠标点击对场景进行破坏，作为抢修的任务目标。
设定抢修抢建所需设备的种类、数量以及抢修抢建任务完成时限来制定作业计划。
（2）设计的三维场景应包括静态的建筑物、山体和动态的灰尘、积雪、鸟禽、天空、装备、保障车辆等。
所有模型均建为矢量图（机场特有），比例1:
1。
（3）持联合作业回放功能。
3.2.2联合作业训练子系统
通过虚拟现实技术创建联合作业环境，或根据作战工程环境评估实验数据导入真实保障环境，依据预设的抢修抢建方案、作战保障方案，或由工程抢修抢建实验室生成的各种方案，启动工程保障模拟器，融合计算机自同步协作装备，进行工程装备作战保障联合训练，各种理论方案推演验证。
指控平台可从不同角度查看、协调参与训练的作业情况，可投放到大屏幕上进行作业情况讲评，可进行方案推演情况回放分析等，联合作业环境可编辑、可设置。
（1）联合作业环境可根据指定的方案、预案进行编辑、设置。
（2）作业过程中，遇到故障、障碍、影响安全的干扰时，能够提示告警，并在任务完成效率上体现。
（3）作业进程时间压缩比可设置。
（4）联合作业时背景融入顺畅，仿真度不低于90%。
（5）可切换观察角度进行作业监控，能够从不同角度回放单装、联合作业过程。
（6）能够生成联合作业情况评估报告，并进行保存、打印。
（7）可进行系统升级服务，便于更新系统资源。
3.2.3单装模拟训练子系统
（1）专业实施科目不低于6个。
（2）作业过程中，遇到故障、障碍、影响安全的干扰时，能够提示告警，并在任务完成效率上体现。
（3）作业进程时间压缩比可设置。
（4）模拟器单装可进行四季（春夏秋冬）、光照（白天夜晚）、天气（雨雪雾）等不低于12种环境的设置，联合作业训练接口标准，联合作业时背景融入顺畅，仿真度不低于90%.
（5）可切换观察角度进行作业，能够从不同角度回放作业过程。
（6）可自行设置常见故障及其排除的理论训练与考核。
（7）可进行系统升级服务，便于更新系统资源。
升级会员 