第4章 安全模擬仿真技術(shù)(安全信息工程)

1、1主講：楊應(yīng)迪安全信息工程安全信息工程E-mail:學(xué)時：44Del:1395546042024 安全模擬仿真技術(shù)獲取加工展示信 息非結(jié)構(gòu)化時空分析多維分析可視化分析34安全模擬仿真技術(shù)模擬仿真數(shù)值計算44安全模擬仿真技術(shù)模擬仿真天氣預(yù)報54安全模擬仿真技術(shù)模擬仿真實物模型6礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖形繪制、解算與分析軟件 自主軟件4安全模擬仿真技術(shù)模擬軟件74安全模擬仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實電影特效84安全模擬仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實工藝演示94安全模擬仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實災(zāi)害模擬104安全模擬仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實安全培訓(xùn)114安全模擬仿真技術(shù)主要內(nèi)容4.1模擬與仿真基礎(chǔ)4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)4.3模擬仿真技術(shù)在安全中的應(yīng)用4

2、.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)學(xué)時：4124.1 模擬與仿真基礎(chǔ)概念仿真：仿真：就是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、物理模型或數(shù)學(xué)物理模型，并在模型上進(jìn)行實驗和研究一個存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)。13模擬：就是利用物理的、數(shù)學(xué)的模型來類比、模仿現(xiàn)實系統(tǒng)及其演變過程，以尋求過程規(guī)律的一種方法。 4.1模擬與仿真基礎(chǔ)概念14基本思想是建立一個試驗?zāi)Ｐ?，這個模型包含所研究系統(tǒng)的主要特點(diǎn)通過對這個實驗?zāi)Ｐ偷倪\(yùn)行，獲得所要研究系統(tǒng)的必要信息。4.1模擬與仿真基礎(chǔ)概念 模擬側(cè)重于軟件，強(qiáng)調(diào)過程。仿真則側(cè)重于硬件，仿真的重要工作是計算機(jī)。無論模擬還是仿真都與實驗相關(guān)，整個實驗叫仿真，而實驗過程應(yīng)該叫模擬，所以模擬仿真不可分割，發(fā)展到今天統(tǒng)

3、稱為模擬仿真。151)模型參數(shù)任意調(diào)整模型參數(shù)任意調(diào)整 模型參數(shù)可根據(jù)要求通過計算機(jī)程序隨時進(jìn)行調(diào)整、修改或補(bǔ)充，使人們能掌握各種可能的仿真結(jié)果，為進(jìn)一步完善研究方案提供了極大的方便。這正是計算機(jī)仿真被稱為“計算機(jī)實驗”的原因。這種“實驗”與通常的實物實驗比，具有運(yùn)行費(fèi)用低、無風(fēng)險以及方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。4.1模擬與仿真基礎(chǔ)主要特點(diǎn)162)系統(tǒng)模型快速求解系統(tǒng)模型快速求解 借助于先進(jìn)的計算機(jī)系統(tǒng)，人們在較短時間內(nèi)就能知道仿真運(yùn)算的結(jié)果(數(shù)據(jù)或圖象)，從而為人類的實踐活動提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。這是通常的數(shù)學(xué)模型方法所無法實現(xiàn) 的。4.1模擬與仿真基礎(chǔ)主要特點(diǎn)173)運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠 只要

4、系統(tǒng)模型、仿真模型和仿真程序是科學(xué)合理的，那么計算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果一定準(zhǔn)確無誤（除非機(jī)器有故障）。因此，人們毫無顧慮地應(yīng)用計算機(jī)仿真的結(jié)果。4.1模擬與仿真基礎(chǔ)主要特點(diǎn)184)實景仿真形象直觀實景仿真形象直觀 把仿真模型、計算機(jī)系統(tǒng)和物理模型及實物聯(lián)結(jié)在一起的實物仿真(有些還同時是實時仿真)，形象十分直觀，狀態(tài)也很逼真。4.1模擬與仿真基礎(chǔ)主要特點(diǎn)194.1模擬與仿真基礎(chǔ)為什么要進(jìn)行模擬仿真n便于重復(fù)進(jìn)行試驗，便于控制參數(shù)，時間短，代價小。n可以在真實系統(tǒng)建立起來之前，預(yù)測其行為效果，從而可以從不同結(jié)構(gòu)或不同參數(shù)的模型的結(jié)果比較之中，選擇最佳模型。n對于缺少解析表示的系統(tǒng)，或雖有解析表示但無法精確

5、求解的系統(tǒng)，可以通過仿真獲得系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)值結(jié)果。n對于隨機(jī)性系統(tǒng)，可以通過大量的重復(fù)試驗，獲得其平均意義上的特性指標(biāo)。n模擬時間的可伸縮性、仿真運(yùn)行的可控性、仿真實驗的優(yōu)化性204.1模擬與仿真基礎(chǔ)適用模擬仿真解決的問題n難以用數(shù)學(xué)公式表示的系統(tǒng)，或者沒有建立和求解數(shù)學(xué)模型的有效方法。n雖然可以用解析的方法解決問題，但數(shù)學(xué)的分析與計算過于復(fù)雜，這時計算機(jī)仿真可能提供簡單可行的求解方法。n希望能在較短的時間內(nèi)觀察到系統(tǒng)發(fā)展的全過程，以估計某些參數(shù)對系統(tǒng)行為的影響。n難以在實際環(huán)境中進(jìn)行實驗和觀察時，計算機(jī)仿真是唯一可行的方法，例如太空飛行的研究。n需要對系統(tǒng)或過程進(jìn)行長期運(yùn)行比較，從大量方案中尋

6、找最優(yōu)方案21相似原理：幾何相似、性能相似、環(huán)境相似。4.1模擬與仿真基礎(chǔ)基本原理幾何相似：幾何相似：根據(jù)相似原理把原來的實際系統(tǒng)放大可縮小。 幾何相似是指原型與模型的外形相似，其各對應(yīng)角相等，而且對應(yīng)部分的線尺寸均成一定比例。224.1模擬與仿真基礎(chǔ)基本原理性能相似：性能相似：構(gòu)成模型的元素和原系統(tǒng)的不同，但其性能相似。相似原理：幾何相似、性能相似、環(huán)境相似。234.1模擬與仿真基礎(chǔ)基本原理環(huán)境相似環(huán)境相似相似原理：幾何相似、性能相似、環(huán)境相似。244.1模擬與仿真基礎(chǔ)基本原理相似模擬實驗相似模擬實驗25u 仿真是一種數(shù)值計算技術(shù)u 是一種“人工”的試驗手段u 在計算機(jī)上進(jìn)行u 對系統(tǒng)狀態(tài)在

7、時間序列中的動態(tài)寫照u 大多是隨機(jī)性系統(tǒng)仿真4.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真的實質(zhì)及特點(diǎn)26系統(tǒng)系統(tǒng)一些具有特定功能相互之間以一定的規(guī)律聯(lián)系著的物體所組成的總體為了限制所研究問題涉及的范圍, 用系統(tǒng)邊界把所研究的系統(tǒng)與影響系統(tǒng)的環(huán)境區(qū)分開來.系統(tǒng)的對象、系統(tǒng)的組成元素都可以稱為實體系統(tǒng)邊界系統(tǒng)邊界實體實體4.1模擬與仿真基礎(chǔ)常用術(shù)語27屬性反映實體的某些性質(zhì)，它可以是文字型、數(shù)字型或邏輯型系統(tǒng)的狀態(tài)是指在某一時刻實體及其屬性值的集合導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)變化的一個過程為活動活動反映了系統(tǒng)變化的規(guī)律屬性屬性狀態(tài)狀態(tài)活動活動4.1模擬與仿真基礎(chǔ)常用術(shù)語284.1模擬與仿真基礎(chǔ)易混概念l數(shù)值計算有效使用數(shù)字計算機(jī)求數(shù)

8、學(xué)問題近似解的方法與過程，以及由相關(guān)理論構(gòu)成的學(xué)科。數(shù)值計算主要研究如何利用計算機(jī)更好的解決各種數(shù)學(xué)問題，包括連續(xù)系統(tǒng)離散化和離散形方程的求解，并考慮誤差、收斂性和穩(wěn)定性等問題。294.1模擬與仿真基礎(chǔ)易混概念l數(shù)值模擬 數(shù)值模擬也叫計算機(jī)模擬。依靠電子計算機(jī)，結(jié)合有限元或有限容積的概念，通過數(shù)值計算和圖像顯示的方法，達(dá)到對工程問題和物理問題乃至自然界各類問題研究的目的。304.1模擬與仿真基礎(chǔ)易混概念l數(shù)值模擬/仿真 數(shù)值模擬，指用數(shù)值計算方法來首先對物理場景的模擬，以研究一些實驗儀器不易實現(xiàn)的物理現(xiàn)象。 數(shù)值仿真，指用數(shù)值計算方法實現(xiàn)對物理場景的仿真。比如，采用數(shù)值模擬的方法模擬核電站調(diào)試

9、。31問題描述與系統(tǒng)定義系統(tǒng)分析建立系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備建立仿真模型驗證、確認(rèn)模型模型有效？計算機(jī)仿真運(yùn)行分析仿真結(jié)果結(jié)果滿意？實施仿真決策建立文檔Y試驗設(shè)計YNN4.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真步驟建立模型 實驗求解 結(jié)果分析 324.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真分類系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型物理模型物理模型半物理模型半物理模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)解析法解析法數(shù)值法數(shù)值法解析法解析法離散離散連續(xù)連續(xù)面向事件面向事件面向時間面向時間面向進(jìn)程面向進(jìn)程系統(tǒng)模型的分類圖系統(tǒng)模型的分類圖334.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真分類按模型性質(zhì)分實物/物理仿真 物理仿真：按照真實系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物

10、理模型上進(jìn)行實驗的過程稱為物理仿真。物理仿真的優(yōu)點(diǎn)是：直觀、形象，也稱為“模擬”。物理仿真的缺點(diǎn)是：模型改變困難，實驗限制多，投資較大。344.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真分類按模型性質(zhì)分?jǐn)?shù)學(xué)仿真 數(shù)學(xué)仿真數(shù)學(xué)仿真：對實際系統(tǒng)進(jìn)行抽象，并將其特性用數(shù)學(xué)關(guān)系加以描述而得到系統(tǒng)的：對實際系統(tǒng)進(jìn)行抽象，并將其特性用數(shù)學(xué)關(guān)系加以描述而得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實驗的過程稱為數(shù)學(xué)仿真。數(shù)學(xué)模型，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實驗的過程稱為數(shù)學(xué)仿真。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)學(xué)仿真創(chuàng)造了環(huán)境，亦稱為計算機(jī)仿真計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)學(xué)仿真創(chuàng)造了環(huán)境，亦稱為計算機(jī)仿真數(shù)學(xué)仿真優(yōu)點(diǎn)是：方便、靈活、經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)仿真優(yōu)點(diǎn)是：方便、靈活、經(jīng)濟(jì)數(shù)

11、學(xué)仿真缺點(diǎn)是：受限于系統(tǒng)建模技術(shù)，即系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不易建立。數(shù)學(xué)仿真缺點(diǎn)是：受限于系統(tǒng)建模技術(shù)，即系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不易建立。 354.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真分類按模型性質(zhì)分半實物/物理仿真 半實物仿真半實物仿真半實物仿真：即將數(shù)學(xué)模型與物理模型甚至實物聯(lián)合起來進(jìn)行實驗。半實物仿真：即將數(shù)學(xué)模型與物理模型甚至實物聯(lián)合起來進(jìn)行實驗。對系統(tǒng)中比較簡單的部分或?qū)ζ湟?guī)律比較清楚的部分建立數(shù)學(xué)模型，并在計對系統(tǒng)中比較簡單的部分或?qū)ζ湟?guī)律比較清楚的部分建立數(shù)學(xué)模型，并在計算機(jī)上加以實現(xiàn)；對比較復(fù)雜的部分或?qū)σ?guī)律尚不十分清楚的系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)算機(jī)上加以實現(xiàn)；對比較復(fù)雜的部分或?qū)σ?guī)律尚不十分清楚的系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型的建立比較

12、困難，則采用物理模型或?qū)嵨?；仿真時將兩者連接起來完成模型的建立比較困難，則采用物理模型或?qū)嵨?；仿真時將兩者連接起來完成整個系統(tǒng)的實驗整個系統(tǒng)的實驗 36364.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真分類按研究系統(tǒng)的分類連續(xù)系統(tǒng)仿真（微分方程或差分方程）連續(xù)系統(tǒng)仿真（微分方程或差分方程） 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般是用微分方程來描述的，模型中的變連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般是用微分方程來描述的，模型中的變量隨時間連續(xù)變化。量隨時間連續(xù)變化。 連續(xù)系統(tǒng)仿真連續(xù)系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)仿真（隨機(jī)事件、隨機(jī)函數(shù)）離散系統(tǒng)仿真（隨機(jī)事件、隨機(jī)函數(shù)） 系統(tǒng)的狀態(tài)變化發(fā)生在隨機(jī)時間點(diǎn)上，稱為離散事件系統(tǒng)，在計算機(jī)上建立

13、相應(yīng)的仿真模型并運(yùn)行和實驗，稱為離散事件系統(tǒng)仿真。37n優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計n預(yù)測系統(tǒng)的性能和參數(shù)n經(jīng)濟(jì)性，降低實驗成本n采用物理模型或?qū)嵨飳嶒灒ㄙM(fèi)巨大。n采用數(shù)學(xué)模型即計算機(jī)數(shù)學(xué)仿真可大幅度的降低成本并可重復(fù)使用。n安全性，減少失敗風(fēng)險n載人飛行器和核電站的危險性不允許。n預(yù)測性，提高預(yù)測能力n對于非工程系統(tǒng)，直接實驗不可能，只能采用預(yù)測的方法。（天氣預(yù)報）n復(fù)原性4.1模擬與仿真基礎(chǔ)仿真優(yōu)點(diǎn)384.1模擬與仿真基礎(chǔ)計算機(jī)仿真存在的問題n仿真不是最優(yōu)化技術(shù)，它只是針對各個不同的具體決策，通過反復(fù)實驗比較得出一個較好的結(jié)論，但不能保證是最優(yōu)的。n仿真僅僅是一種評價性的技術(shù)，不能自己產(chǎn)生決策，產(chǎn)生方案

14、。n在仿真實驗運(yùn)行中，通常要使用大量的隨機(jī)數(shù)，這些隨機(jī)抽樣也會造成仿真的誤差，這種誤差在其它定量分析技術(shù)中一般是不存在的。394.1模擬與仿真基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域404.1模擬與仿真基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域41仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它的特點(diǎn)是面向仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它的特點(diǎn)是面向問題、面向用戶。功能如下：問題、面向用戶。功能如下：模型描述的規(guī)范及處理模型描述的規(guī)范及處理仿真實驗的執(zhí)行與控制仿真實驗的執(zhí)行與控制資料與結(jié)果的分析、顯示及文檔化資料與結(jié)果的分析、顯示及文檔化對模型、試驗程序、資料、圖形的存儲、檢索對模型、試驗程序、資料、圖形的存儲、檢索4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件42

15、4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件仿真軟件的發(fā)展程序編程階段程序軟件包階段交互式語言階段（仿真語言）模型化圖形組態(tài)階段所有問題（如：微分方程求解、矩陣運(yùn)算、繪圖等）都是用高級算法語言（如C、FORTRAN等）來編寫。出現(xiàn)了“應(yīng)用子程序庫”。仿真語言可用一條指令實現(xiàn)某種功能，如“系統(tǒng)特征值的求解”，使用人員不必考慮什么算法，以及如何實現(xiàn)等低級問題。符合設(shè)計人員對基于模型圖形化的描述。43仿真軟件分為仿真軟件分為仿真程序仿真程序、仿真語言仿真語言、仿真環(huán)境仿真環(huán)境三個層次。三個層次。是仿真軟件的初級形式，只需要輸入系統(tǒng)模型和參數(shù)即是仿真軟件的初級形式，只需要輸入系統(tǒng)模型和參數(shù)即可對特定問題仿真。可對特

16、定問題仿真。為用戶提供更強(qiáng)的仿真功能，用高級語言開發(fā)，面向用為用戶提供更強(qiáng)的仿真功能，用高級語言開發(fā)，面向用戶。戶。為用戶提供的仿真界面，用戶在此環(huán)境中進(jìn)行編程仿真。為用戶提供的仿真界面，用戶在此環(huán)境中進(jìn)行編程仿真。4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件44計算流體力學(xué)(CFD)Computational Fluid Dynamics4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件454.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent464.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent474.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent484.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent494.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent504.2現(xiàn)

17、代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluentn可用于非常廣泛的涉及流體運(yùn)動的領(lǐng)域n航空航天n天氣預(yù)測n艦船設(shè)計n汽車工業(yè)n能源工程n化學(xué)工業(yè)n生物工程n體育競賽514.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent現(xiàn)場案例研究課題524.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent 現(xiàn)場案例534.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent 現(xiàn)場案例544.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluentn主要工作流程n幾何描述n說明流動條件n選擇計算的數(shù)學(xué)模型n說明初始條件、邊界條件n網(wǎng)格生成n選擇數(shù)值計算參數(shù)nCFD程序計算n流場結(jié)果的可視化分析處理n準(zhǔn)確度估計554.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例564.2現(xiàn)代模

18、擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l1 繪圖 檢查網(wǎng)格574.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l2 建立求解模型584.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l3 設(shè)置流體的物理屬性594.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l4 設(shè)置邊界條件604.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l4 設(shè)置邊界條件614.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l5 求解624.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l6 顯示初步計算結(jié)果634.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件fluent案例l6 顯示初步計算結(jié)果644.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件Flacs氣體擴(kuò)散爆炸專業(yè)模擬

19、軟件654.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件Flacs氣體擴(kuò)散爆炸專業(yè)模擬軟件664.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件Flacs氣體擴(kuò)散爆炸專業(yè)模擬軟件674.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件Flacs案例68大型超市火災(zāi)時人員安全疏散模型研究4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件FDS694.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件Mat labMATLAB將計算、可視化和編程等功能集于一個易于使用的環(huán)境，并遇有如下特點(diǎn)：u功能強(qiáng)大；u簡單易學(xué)；u編程效率高。704.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件Mat lab矩陣運(yùn)算矩陣求解二維圖形繪制三維圖形繪制71隨著仿真技術(shù)發(fā)展，對計算機(jī)仿真應(yīng)用又有以下新要求。隨著仿真技術(shù)發(fā)展，對計算機(jī)仿真應(yīng)

20、用又有以下新要求。減少模型的開發(fā)時間，即從重視編程轉(zhuǎn)向重視建模。減少模型的開發(fā)時間，即從重視編程轉(zhuǎn)向重視建模。改進(jìn)精度，包括改進(jìn)模型建立的精度和試驗的精度。改進(jìn)精度，包括改進(jìn)模型建立的精度和試驗的精度。改進(jìn)通信，包括人與人之間的通信及人與計算機(jī)之間改進(jìn)通信，包括人與人之間的通信及人與計算機(jī)之間的通信，如圖形輸入與動畫輸出。的通信，如圖形輸入與動畫輸出。4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件新要求72（1）改善建模環(huán)境 采用模塊化、結(jié)構(gòu)化建模技術(shù)。采用模塊化、結(jié)構(gòu)化建模技術(shù)。 如采用圖形建模技術(shù)。如采用圖形建模技術(shù)。（2）一體化仿真 將仿真過程步驟開發(fā)一體化環(huán)境。將仿真過程步驟開發(fā)一體化環(huán)境。（3）計算

21、機(jī)仿真數(shù)據(jù)庫 （4）動畫 圖形建模，顯示仿真結(jié)果直觀。圖形建模，顯示仿真結(jié)果直觀。（5）實現(xiàn)計算機(jī)仿真結(jié)果分析到建模的自動反饋。 4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件發(fā)展方案73分布式計算機(jī)仿真技術(shù)分布式計算機(jī)仿真技術(shù)-協(xié)同計算協(xié)同計算基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的計算機(jī)仿真技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的計算機(jī)仿真技術(shù)-合作計算合作計算計算機(jī)科學(xué)技術(shù)與通信科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，相互滲透，大大計算機(jī)科學(xué)技術(shù)與通信科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，相互滲透，大大加速人類社會信息化進(jìn)程加速人類社會信息化進(jìn)程-全球化進(jìn)程全球化進(jìn)程新型元器件的發(fā)展，提高了計算機(jī)仿真系統(tǒng)的性能價格比。新型元器件的發(fā)展，提高了計算機(jī)仿真系統(tǒng)的性能價格比。計算機(jī)仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

22、計算機(jī)仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。4.2現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)仿真軟件展望744.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用火災(zāi)模擬 爆炸模擬 泄漏模擬 擴(kuò)散模擬 設(shè)計模擬 n無法實施的問題n大量方案比較選優(yōu)n不易為人們所了解的復(fù)雜的大系統(tǒng)n有危險的現(xiàn)象n無法重復(fù)的現(xiàn)象n成本過高的現(xiàn)象754.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用石化行業(yè)石油化工安全評價和安全監(jiān)控涉及工藝過程中的危險識別、風(fēng)險評估、失效分析、事故預(yù)案、事故分析、故障診斷、安全檢測與監(jiān)控等多項內(nèi)容，仿真技術(shù)其中的作用越來越重要。近十年來，仿真技術(shù)在石油化工安全領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在如下幾方面：工藝過程內(nèi)在危險的仿真；爆炸、燃燒、毒物擴(kuò)散對環(huán)境影響的仿真；基于仿真技

23、術(shù)的故障診斷；安全仿真訓(xùn)練等。764.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用石化行業(yè)化工過程的模擬仿真 石油化工過程存在的危險主要包括：裝置內(nèi)部由于操作失誤、控制系統(tǒng)故障或設(shè)備故障等非正常原因，導(dǎo)致物理、化學(xué)變化異常所引起的超溫、超壓或泄等危險，以及故障在流程中傳播的不利后果?；み^程模擬技術(shù)是以工藝過程的機(jī)理模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)方法來描述化工過程，通過應(yīng)用計算機(jī)輔助計算手段，進(jìn)行過程物科衡算、熱量衡算、設(shè)備尺寸估算和能量分析，做出安全和經(jīng)濟(jì)評價。774.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用石化行業(yè)毒物泄漏爆炸、燃燒、擴(kuò)散仿真 石油化學(xué)工業(yè)所特有的爆炸、燃燒、毒物擴(kuò)散事故已成為現(xiàn)代工業(yè)災(zāi)害中最嚴(yán)重的災(zāi)害形式之一

24、。采用仿真技術(shù)建立泄漏擴(kuò)散模型是用數(shù)學(xué)方法對化學(xué)物質(zhì)發(fā)生泄漏時，其泄漏過程和擴(kuò)散過程的物理描述。用于評價危險物質(zhì)泄漏事故造成的災(zāi)害性后果。有害物質(zhì)泄漏擴(kuò)散模型是在大氣污染、核塵擴(kuò)散的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。迄今為止。已經(jīng)形成數(shù)以百計的泄漏擴(kuò)散模型。應(yīng)用這模型在安全分析中可以壩先進(jìn)行風(fēng)險定量評估。784.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用石化行業(yè)石油化工過程智能故障診斷技術(shù) 石油化工生產(chǎn)自身有很大的危險性故障診斷技術(shù)研究的是系統(tǒng)在非正常工況、甚至是在事故狀態(tài)下的運(yùn)行情況，在實際的流程裝置上進(jìn)行故障試驗是不允許的。所以，建立一個用于故障診斷的仿真試驗系統(tǒng)是非常必要的。該系統(tǒng)主要有以下的特殊作用： (1)過程系

25、統(tǒng)是大型工業(yè)系統(tǒng)流程復(fù)雜、投資巨大、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，從經(jīng)濟(jì)利益和安全性出發(fā)不允許在現(xiàn)場進(jìn)行與事故相關(guān)的試驗，必須借助于仿真手段。 (2)可以用仿真作實際根本尤法作的試驗，如超極限運(yùn)行，毒物泄漏，火災(zāi)、爆炸事故的影響后果試驗、裝置破壞性試驗等。 (3)仿真試驗是建立在數(shù)學(xué)模型上的，可以方便地在線任意修改，特別適用于安全控制方案的選撣試驗。 (4)系統(tǒng)仿真試驗經(jīng)濟(jì)、安全、不受氣象、場地和環(huán)境的限制。794.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用案例事故模擬仿真技術(shù)安元科技安元科技 本技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)事發(fā)現(xiàn)場的氣象條件和事發(fā)裝置及物質(zhì)的特性，利用事故模擬仿真數(shù)學(xué)模型動態(tài)的模擬分析出火災(zāi)、爆炸、毒氣泄漏等重大事故

26、導(dǎo)致的危害影響范圍，能夠幫助領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)的劃定事故警戒和疏散范圍，并判斷和提示應(yīng)啟動的對應(yīng)預(yù)案級別。 系統(tǒng)能夠提供對重大火災(zāi)、爆炸及毒氣泄漏事故進(jìn)行模擬計算分析，如有毒有害氣體發(fā)生泄漏時，事故擴(kuò)散模擬能夠根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向模擬出有毒有害氣體擴(kuò)散速度及擴(kuò)散范圍，并對事態(tài)發(fā)展和可能事故后果進(jìn)行三維模擬展示，以便為救援指揮能夠提供依據(jù)。 同時，系統(tǒng)能夠提供基于地理信息系統(tǒng)的人員疏散范圍計算功能。通過毒氣擴(kuò)散模擬、火災(zāi)、爆炸計算的結(jié)果，結(jié)合地理信息系統(tǒng)中的人員傷亡情況分布和建筑物分布情況，得出需要進(jìn)行人員疏散所涉及單位名稱，并同時給出需要進(jìn)行人員疏散的單位和部門名稱、負(fù)責(zé)人姓名、聯(lián)系電話列表。80安元科技安元科

27、技有毒氣體擴(kuò)散事故模擬模塊：有毒氣體擴(kuò)散事故模擬模塊：模塊根據(jù)輸入泄漏物質(zhì)的名稱、釋放量、事故地點(diǎn)，自動匹配化學(xué)品的相對密度等信息，并自動結(jié)合當(dāng)前氣象和地理信息：如大氣穩(wěn)定度、風(fēng)向、風(fēng)速、空氣濕度、綠化隔離帶、地面粗糙度等相關(guān)參數(shù)，計算并輸出的結(jié)果要包括：泄漏速度、下風(fēng)向中毒危害距離、下風(fēng)向可燃爆距離、危害距離內(nèi)的最大濃度值、以及達(dá)到此濃度值的時間等。同時可以在GIS地圖上動態(tài)顯示泄漏擴(kuò)散后果的覆蓋面積。蒸氣云爆炸事故模擬模塊：蒸氣云爆炸事故模擬模塊：利用此模塊輸入事故發(fā)生地點(diǎn)、危險物質(zhì)名稱和總質(zhì)量，可以自動匹配化學(xué)品的燃燒熱等信息，并自動結(jié)合當(dāng)前氣象和地理信息：如大氣壓力、室內(nèi)外人員密度等相

28、關(guān)參數(shù)，模塊自動計算并輸出結(jié)果包括：死亡半徑、預(yù)計死亡人數(shù)、重傷半徑、預(yù)計重傷人數(shù)等。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故模擬模塊：沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故模擬模塊：模塊中輸入事故發(fā)生地點(diǎn)、危險物質(zhì)名稱和總儲量、物質(zhì)存儲方式等信息，可以自動匹配化學(xué)品的燃燒熱等信息，并自動結(jié)合當(dāng)前氣象和地理信息：如大氣溫度、人員密度等相關(guān)參數(shù)，能夠自動計算并輸出結(jié)果包括：死亡半徑、預(yù)計死亡人數(shù)、重傷半徑、重傷人數(shù)等。池火災(zāi)事故事故模擬模塊：池火災(zāi)事故事故模擬模塊：模塊中輸入事故發(fā)生地點(diǎn)、危險物質(zhì)名稱、池液質(zhì)量等信息，可以自動匹配化學(xué)品的燃燒熱等信息，并自動結(jié)合當(dāng)前氣象和地理信息，自動計算并輸出結(jié)果包括：死亡半徑、預(yù)計死亡人

29、數(shù)、重傷半徑、預(yù)計重傷人數(shù)等。4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用案例事故模擬仿真技術(shù)81安元科技安元科技4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用案例事故模擬仿真技術(shù)82安元科技安元科技4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用案例事故模擬仿真技術(shù)83安元科技安元科技4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用案例事故模擬仿真技術(shù)84安元科技安元科技4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用案例事故模擬仿真技術(shù)854.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用危險源事故后果分析86氣體或蒸汽經(jīng)小孔泄漏模型氣體或蒸汽經(jīng)小孔泄漏模型液體經(jīng)管道泄漏模型液體經(jīng)管道泄漏模型液體經(jīng)管道上小孔泄漏模型液體經(jīng)管道上小孔泄漏模型儲罐中的液體經(jīng)小孔泄漏模型儲罐中的液體經(jīng)

30、小孔泄漏模型兩相流泄漏模型兩相流泄漏模型4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用泄漏模型87泄漏物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散的計算模型泄漏物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散的計算模型泄漏物質(zhì)在水中的擴(kuò)散模型泄漏物質(zhì)在水中的擴(kuò)散模型4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用擴(kuò)散模型88壓力容器物理爆炸計算模型壓力容器物理爆炸計算模型點(diǎn)源化學(xué)爆炸的計算模型點(diǎn)源化學(xué)爆炸的計算模型蒸氣云爆炸（蒸氣云爆炸（UVCE）計算模型）計算模型沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸（BLEVE）計算模型）計算模型池火災(zāi)的計算模型池火災(zāi)的計算模型噴射火的計算模型噴射火的計算模型熱輻射傷害準(zhǔn)則熱輻射傷害準(zhǔn)則沖擊波毀傷準(zhǔn)則沖擊波毀傷準(zhǔn)則4.3 模擬仿真技術(shù)在安全

31、中應(yīng)用火災(zāi)爆炸模型894.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用火災(zāi)爆炸模型904.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用煤礦 煤礦生產(chǎn)具有人員多、作業(yè)分散、設(shè)備設(shè)施多、分布面廣、自然條件惡劣、不安全因素多、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)。自然災(zāi)害和生產(chǎn)事故的危險因索始終影響和制約著煤礦的安全生產(chǎn)。因此，在該領(lǐng)域中迫切需要新技術(shù)的應(yīng)用。 礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的開發(fā)，可以構(gòu)造出逼真的礦山工程三維空間環(huán)境。因此，要對礦井中用到的設(shè)備、設(shè)施及場景、人物角色等進(jìn)行三維建模。人員可以通過人機(jī)交互、漫游、參與其間的活動，從而達(dá)到礦山作業(yè)人員安全教育和技術(shù)培訓(xùn)的目的。 914.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用煤礦礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸的研究 礦井火災(zāi)

32、和瓦斯爆炸是井下工作人員所面臨的主要災(zāi)害。礦井火災(zāi)的防治，首先要解決兩個關(guān)鍵技術(shù)：災(zāi)害的數(shù)值模擬和災(zāi)害現(xiàn)象的真實描述。計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，使得在災(zāi)變條件下復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的快速解算成為可能從而指導(dǎo)井下火災(zāi)發(fā)生時正確地控制風(fēng)流確保井下人員安全撤出。防止火災(zāi)和有害氣體、煙氣的蔓延。我國在這方面已有較為成熟的火災(zāi)模擬軟件。這類軟件通過解算與火災(zāi)和爆炸物相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，可以較準(zhǔn)確地預(yù)測礦井火災(zāi)時期火區(qū)附近的溫度、火風(fēng)壓及其他燃燒產(chǎn)物的實時分布情況。因此仿真技術(shù)為礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸研究的可視化提供了重要手段，使這種研究進(jìn)入了一個新的領(lǐng)域。應(yīng)用仿真技術(shù)還可以快速、有效地以一系列三維圖像在計算機(jī)屏幕上再現(xiàn)各種

33、事故發(fā)生的過程事故調(diào)查者可以從各種角度占觀測、分析事故發(fā)生的過程，找出事故原因，包括系統(tǒng)設(shè)計和現(xiàn)場人員的動作行為。通過交互改變模型中環(huán)境的參數(shù)或狀態(tài)，從而防止其他與此相關(guān)的潛在事戰(zhàn)的出現(xiàn)。924.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究博士論文93瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究博士論文4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播94瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究博士論文4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播95

34、瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究博士論文4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播96瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究博士論文4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播97瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播98瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播99瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究

35、4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播100瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究瓦斯爆炸對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動力效應(yīng)研究4.3 模擬仿真技術(shù)在安全中應(yīng)用爆炸在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中傳播1014.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種綜合應(yīng)用計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能等技術(shù)，制造逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效地模擬人在自然環(huán)境中的各種感知的高級的人機(jī)交互技術(shù)。定義（virtual reality）安全應(yīng)急預(yù)案三維仿真系統(tǒng) 102安全應(yīng)急預(yù)案三維仿真系統(tǒng) 4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)103u沉浸感(Immersion)：又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。u交互性(I

36、nteraction)指參與者對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度。u構(gòu)想性(Imagination)指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答，形成新的概念。 u多感知性（Multi-Sensory）：指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺之外，還有聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動感，甚至包括味覺、嗅覺等。 4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本特征104模擬與虛擬 模擬是對真實事物或者過程的虛擬。模擬要表現(xiàn)出選定的物理系統(tǒng)或抽象系統(tǒng)的關(guān)鍵特性。模擬的關(guān)鍵問題包括有效信息的獲取、關(guān)鍵特性和表現(xiàn)的選定、近似簡化和假設(shè)的應(yīng)用，以及模擬的重現(xiàn)度和有效性。可以

37、認(rèn)為仿真是種重現(xiàn)系統(tǒng)外在表現(xiàn)的特殊的模擬。虛擬是對真實的模仿，對訓(xùn)練過程的假想。 4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)區(qū)別105虛擬現(xiàn)實與模擬仿真 虛擬現(xiàn)實是模擬仿真在高性能計算機(jī)系統(tǒng)和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術(shù)拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計算的例子來說明這個問題。 在構(gòu)建分布式虛擬環(huán)境的煙塵干擾環(huán)境能見度的計算，從而影響環(huán)境的視覺效果、仿真實體的運(yùn)行和決策。某些仿真平臺和圖形圖像生成系統(tǒng)也研究煙塵干擾下的能見度計算，仿真平臺強(qiáng)調(diào)煙塵的準(zhǔn)確物理模型、干擾后的能見度精確計算以及對仿真實體的影響程度；圖形圖像生成系統(tǒng)著重于建立細(xì)致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。 虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見度計算，不

38、但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運(yùn)動的客觀規(guī)律，計算影響仿真結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實時運(yùn)行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。 4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)區(qū)別106技術(shù)支持4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)技術(shù)支持1074.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)n動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)n立體顯示和傳感器技術(shù)立體顯示和傳感器技術(shù)n系統(tǒng)開發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)。n實時三維圖形生成技術(shù)實時三維圖形生成技術(shù)n系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)108由于硬件的諸多局限性，使得軟件的開發(fā)費(fèi)用十分驚人，而且軟件所能實現(xiàn)的效果受到時間和空間的很大影響，算法和許多相關(guān)理論也

39、很不完善。另外，人們對大腦和人類行為的認(rèn)識還需進(jìn)一步提高。 數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的速度、容量還十分不足，而顯示設(shè)備的昂貴造價和它顯示的清晰度等問題也沒能很好地解決，為VR制造的大部分專用設(shè)備不但造價高、使用起來很不方便、效果有限，而且局限性很大，還不能達(dá)到人們的要求，更不能達(dá)到VR所定義的那種環(huán)境軟硬件問題軟硬件問題4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)存在問題1094.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用n對出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行模擬對出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行模擬。n通過虛擬現(xiàn)實針對模擬的情況進(jìn)行必要的改進(jìn)通過虛擬現(xiàn)實針對模擬的情況進(jìn)行必要的改進(jìn)。n通過通過VR重現(xiàn)事故現(xiàn)場，分析事故原因重現(xiàn)事故現(xiàn)場，分析事故原因。n進(jìn)行安全教育用進(jìn)行

40、安全教育用VR技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場模擬技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場模擬。1104.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用對出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行模擬：對出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行模擬：在實際生產(chǎn)系統(tǒng)中，引發(fā)事故的原在實際生產(chǎn)系統(tǒng)中，引發(fā)事故的原因多種多樣，人、機(jī)械、環(huán)境三要素中任何一個發(fā)生的隨機(jī)事件因多種多樣，人、機(jī)械、環(huán)境三要素中任何一個發(fā)生的隨機(jī)事件都可能引發(fā)嚴(yán)重的事故，有很強(qiáng)的不可預(yù)見性。利用都可能引發(fā)嚴(yán)重的事故，有很強(qiáng)的不可預(yù)見性。利用VRVR技術(shù)，可技術(shù)，可以事先模擬事件的發(fā)生過程及可能造成的嚴(yán)重后果。以事先模擬事件的發(fā)生過程及可能造成的嚴(yán)重后果。通過虛擬現(xiàn)實針對模擬的情況進(jìn)行必要的改進(jìn)：可以對現(xiàn)場有更多的了解，采取措施進(jìn)行改進(jìn)

41、，如隔離、設(shè)置安全通道，設(shè)置警示牌，改進(jìn)設(shè)計或改進(jìn)現(xiàn)場布置等。111通過通過VR重現(xiàn)事故現(xiàn)場，分析事故原因：重現(xiàn)事故現(xiàn)場，分析事故原因：對已經(jīng)發(fā)生的事故,根據(jù)現(xiàn)場的情況進(jìn)行模擬，再現(xiàn)事故現(xiàn)場，以清楚了解事故發(fā)生的全部原因，杜絕同類事故的再次發(fā)生。4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用用用VR技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場模擬進(jìn)行安全教育：技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場模擬進(jìn)行安全教育：讓工作人員在虛擬環(huán)境中熟悉了解工作現(xiàn)場、工作程序及安全注意事項，直觀生動，效果好。1124.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用礦山安全113礦山生產(chǎn)系統(tǒng)展示 礦山生產(chǎn)系統(tǒng)展示設(shè)計是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦生產(chǎn)應(yīng)用的一個重要方面。我國工程技術(shù)人員在進(jìn)行礦山設(shè)計時，都是

42、在二維坐標(biāo)系上進(jìn)行的，如礦井開拓平面圖、工程平面圖、井上下對照圖等。但是僅靠圖紙他們很難清楚地了解煤礦的生產(chǎn)、運(yùn)行等狀況?；诜抡婕夹g(shù)的礦山設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)町以使設(shè)計者“所想即所見”。礦山系統(tǒng)虛擬設(shè)計可以即時生成工程師們設(shè)計的開拓、運(yùn)輸、通風(fēng)、壓排供等系統(tǒng)的三維虛擬模型，并且這些模型可以與設(shè)計者實現(xiàn)自然交互，可以任意選撣漫游路徑。三維、交互式的礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的布置狀況及牛產(chǎn)工藝流程的展示使不熟悉礦井的人也能較容易直觀了解整個礦井生產(chǎn)系統(tǒng)。4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用礦山安全114u應(yīng)用應(yīng)用VRVR技術(shù)進(jìn)行礦山生產(chǎn)環(huán)境的風(fēng)險評價技術(shù)進(jìn)行礦山生產(chǎn)環(huán)境的風(fēng)險評價u應(yīng)用應(yīng)用VRVR技術(shù)進(jìn)行礦山工作人員的

43、技術(shù)培訓(xùn)技術(shù)進(jìn)行礦山工作人員的技術(shù)培訓(xùn)u應(yīng)用應(yīng)用VRVR技術(shù)進(jìn)行事故調(diào)查技術(shù)進(jìn)行事故調(diào)查u應(yīng)用應(yīng)用VRVR技術(shù)進(jìn)行礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸的研究技術(shù)進(jìn)行礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸的研究4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用礦山安全115煤礦人員安全教育和技術(shù)培訓(xùn) 在礦業(yè)領(lǐng)域尤其是地下開采，工作環(huán)境比較復(fù)雜，對礦工的培訓(xùn)也相應(yīng)比較困難，而新技術(shù)、新設(shè)備的不斷引進(jìn)，對礦工的安全教育和技術(shù)培訓(xùn)有了更高的要求。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬出井下各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，使被培圳者身臨其境去體驗和感受。并從中學(xué)會如何采取有效的應(yīng)急措施去處理各種險情排除隱患。與傳統(tǒng)的培圳模式相比既效果明顯又節(jié)約成本而礦工索質(zhì)的提高必將促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效益的提

44、高。4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用礦山安全1164.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用礦山安全煤礦重大事故案例警示教育系統(tǒng)煤礦重大事故案例警示教育系統(tǒng)117 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于反恐、緊急突發(fā)事件等公共安全問題，在國外已經(jīng)開始廣虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于反恐、緊急突發(fā)事件等公共安全問題，在國外已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，但在我國基本還是空白。泛應(yīng)用，但在我國基本還是空白。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在反恐、突發(fā)緊急事件中，具虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在反恐、突發(fā)緊急事件中，具有明顯的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值，主要表現(xiàn)在：有明顯的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值，主要表現(xiàn)在：降低了演練成本；降低了演練成本；數(shù)字化技術(shù)提供了數(shù)字化技術(shù)提供了 豐富、豐富、多變的內(nèi)

45、容；多變的內(nèi)容；提供了長期、便利的提供了長期、便利的 訓(xùn)練訓(xùn)練方法；方法；可以反復(fù)分析、評估可以反復(fù)分析、評估強(qiáng)化了關(guān)鍵技能；強(qiáng)化了關(guān)鍵技能；培養(yǎng)了公眾在危難時刻，培養(yǎng)了公眾在危難時刻，救護(hù)和自保的能力。救護(hù)和自保的能力。4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用公共安全118 虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于建筑施工虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于建筑施工安全管理。在虛擬環(huán)境中，建立安全管理。在虛擬環(huán)境中，建立施工場景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備施工場景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備等的三維模型（虛擬模型），形等的三維模型（虛擬模型），形成基于計算機(jī)的仿真系統(tǒng)，讓系成基于計算機(jī)的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，并對統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，并對系

46、統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬施工，根系統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬施工，根據(jù)虛擬施工結(jié)果驗證其是否正確，據(jù)虛擬施工結(jié)果驗證其是否正確，在人機(jī)交互的可視化環(huán)境中對施在人機(jī)交互的可視化環(huán)境中對施工方案進(jìn)行設(shè)計和修改，找出安工方案進(jìn)行設(shè)計和修改，找出安全隱患，制定安全防范措施，得全隱患，制定安全防范措施，得到優(yōu)化設(shè)計方案，使到優(yōu)化設(shè)計方案，使“預(yù)防為主預(yù)防為主”的標(biāo)準(zhǔn)化安全管理體系有了實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化安全管理體系有了實現(xiàn)的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實施工方案設(shè)計模式虛擬現(xiàn)實施工方案設(shè)計模式用戶界面用戶界面（項目管理工作）（項目管理工作）工程項目信息工程項目信息構(gòu)建構(gòu)建3D模型模型圖形編輯、修改圖形編輯、修改信息數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)庫虛

47、擬環(huán)境虛擬環(huán)境編輯器編輯器可視化管理可視化管理施工方案施工方案資源管理、專家支持器資源管理、專家支持器危險源辨識危險源辨識結(jié)果庫結(jié)果庫4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用建筑安全119 安全仿真技術(shù)始終貫穿于工程施工的整個過程當(dāng)中，安全仿真技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾方面：施工設(shè)計階段。施工工件動力學(xué)分析：如應(yīng)力分析、強(qiáng)度分析：施工工件運(yùn)動學(xué)仿真：如機(jī)構(gòu)之間的連接與碰掩、施工工程全景漫游；施工培訓(xùn)階段。施工過程虛擬培訓(xùn)；施工實施階段。施工過程安全仿真；工程維修階段。維修施工安全仿真。 (1)施工設(shè)計中的虛擬原型設(shè)計 虛擬原型是在CAD模型的基礎(chǔ)上，利用仿真技術(shù)對工料的虛擬J泉型進(jìn)行兒何、結(jié)構(gòu)、功能、制造等方面交互的建模與分析。 (2)施工設(shè)計中結(jié)構(gòu)破壞過程模擬 工程結(jié)構(gòu)在各種外加荷載和環(huán)境作用下的各種反應(yīng)，特別是其破壞過程和極限承載力是人們所關(guān)心的。計算機(jī)仿真試驗可完全按足尺進(jìn)行模型試驗，不需縮小比例。當(dāng)研究某些參數(shù)的影響時，只需修改幾個輸人參數(shù)，非常方便易行。 (3)施工設(shè)計中對巖石狀況的模擬 巖土處于地下，往往難于直接觀察，而計算機(jī)仿真則可把內(nèi)部過程展示出來有很大的實用價值。 4.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全中應(yīng)用建筑安全120 (4)工程可視化 工程可視化仿真技術(shù)是計算機(jī)可視化技術(shù)和系統(tǒng)建模技術(shù)相結(jié)合后應(yīng)