本发明涉及虚拟现实，特别涉及一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法及系统。
背景技术：
1、近年来，随着港口工程规模和复杂度的增加，施工安全管理面临着更高的挑战。传统的安全教育和培训方法往往依赖于课堂讲解和简化的模拟，无法真实反映复杂的施工现场和实时风险管理需求。此外，现有的虚拟现实技术和信息建模技术如bi m在建筑工程领域已有广泛应用，但在港口工程领域的应用尚显有限。
2、因此，本发明背景技术部分介绍了基于bim技术和ue游戏引擎的港口工程施工安全教育方法。bim技术能够准确建立港口工程施工的三维模型，包括结构、设备及施工序列等关键信息，为后续的虚拟现实模型转换提供了必要的数据基础。ue游戏引擎作为一种强大的虚拟现实技术平台，能够将bim模型转换为高度交互和视觉逼真的虚拟现实环境，实现用户身临其境的虚拟体验。
3、此外，模块-安全信息映射表的建立和安全规范信息的整合，使得虚拟学习系统能够有效结合理论知识与实际操作，提升学习者在安全规范下的操作技能和应对突发情况的能力。标准库和评价指标库的设立，则为教育培训提供了统一的安全管理标准和评估体系，确保港口工程施工的安全性和效率性得到有效提升。
4、综上所述，本发明背景技术部分提供了一种集成先进虚拟现实技术与港口工程安全管理需求的创新方法，以应对传统教育方法存在的局限性，推动港口工程施工安全教育向智能化和高效化发展。
技术实现思路
1、为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法及系统。
2、本发明第一方面提供了一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，包括：
3、基于bim技术建立港口工程施工的三维模型，基于ue游戏引擎对所述三维模型进行格式转换，生成高精度的港口工程施工虚拟现实模型；
4、将所述港口工程施工虚拟现实模型按照施工分区和设施功能进行模型功能模块划分，获取港口工程施工的安全规范信息，对模型中每个功能模块进行分析，确定每个功能模块与安全规范信息的安全映射关系，得到模块-安全信息映射表；
5、建立港口工程施工安全控制级别、防护措施、操作规范以及紧急情况应对措施的标准库和考核评价指标库；
6、将所述标准库和考核评价指标库与所述港口工程施工虚拟现实模型进行结合，形成港口工程施工的虚拟学习系统；
7、根据港口工程施工安全教育培训流程，结合所述模块-安全信息映射表在港口工程施工的虚拟学习系统中进行施工学习与考核，得到学习与考核结果；
8、根据所述学习与考核结果进行学习效果评估。
9、本方案中，所述基于bim技术建立港口工程施工的三维模型，基于ue游戏引擎对所述三维模型进行格式转换，生成高精度的港口工程施工虚拟现实模型，具体为：
10、获取港口工程施工的教学示范设计图纸数据，根据所述教学示范设计图纸数据获取港口工程中不同施工区域的地形图、建筑结构图、设施安置图；
11、根据所述教学示范设计图纸数据、不同施工区域的地形图、建筑结构图、设施安置图确定港口工程中不同施工区域的建筑位置、设备位置信息；
12、基于所述不同施工区域的地形图、建筑结构图、设施安置图确定待建模内容，所述待建模内容包括每个施工区域的地形、建筑结构、设备；
13、基于bim技术对所述待建模内容构建三维模型，根据教学示范设计图纸数据、不同施工区域的地形图、建筑结构图、设施安置图对构建的三维模型进行连接整合，形成完整的港口工程三维模型；
14、将所述港口工程三维模型导入ue游戏引擎中，并将所述港口工程三维模型划分为n个单位体积模型，根据ue游戏引擎模型对所述港口工程三维模型进行预渲染操作，实时获取所述港口工程三维模型中每个单位体积内的多边形数量、材料复杂度、纹理大小，得到预渲染性能影响信息；
15、根据所述预渲染性能影响信息评估ue游戏引擎对港口工程三维模型每个单位体积的渲染性能影响程度，对渲染影响程度高的单位体积模型进行标记，并确定影响渲染性能的影响项目，将影响项目标记为待优化项目；
16、识别所述待优化项目，当待优化项目为多边形数量优化时，通过网格简化技术进行多边形数量剪裁操作，当待优化项目为材料复杂度优化时，将港口工程中使用的多个材质进行合并操作，当待优化项目为纹理大小优化时，对存在纹理大小优化的单位体积模型进行纹理压缩操作，得到模型优化方案；
17、根据所述模型优化方案对港口工程三维模型进行优化操作，对优化操作后的港口工程三维模型通过ue游戏引擎进行正式渲染和格式转换，生成高精度的港口工程施工虚拟现实模型。
18、本方案中，所述将所述港口工程施工虚拟现实模型按照施工分区和设施功能进行模型功能模块划分，获取港口工程施工的安全规范信息，对模型中每个功能模块进行分析，确定每个功能模块与安全规范信息的安全映射关系，得到模块-安全信息映射表，具体为：
19、将港口工程施工虚拟现实模型的建筑按照施工分区划分为x个建筑模块，并按照设施功能将港口工程施工虚拟现实模型划分为y个设备模块，对每个建筑模块和设备模块进行命名标记，得到港口工程施工虚拟现实模型的功能模块；
20、获取港口工程施工的安全规范手册数据，根据所述安全规范手册数据对每个功能模块进行分析，确定每个功能模块在施工过程中存在的安全风险场景，得到每个功能模块的施工安全风险场景信息；
21、根据所述每个功能模块的施工安全风险场景信息确定每个安全风险场景的对应措施相关的设备模块，得到安全风险应对模块信息；
22、将每个功能模块的施工安全风险场景与对应的安全风险应对模块信息进行匹配，建立初步的模块-安全规范映射关系，检查映射关系的一致性和完整性，确保每个功能模块的安全风险场景都具有对应的安全风险应对模块；
23、根据匹配结果，编制模块-安全信息映射表。
24、本方案中，所述建立港口工程施工安全控制级别、防护措施、操作规范以及紧急情况应对措施的标准库和考核评价指标库，具体为：
25、对港口工程施工虚拟现实模型进行分析，确定每个功能模块在不同施工阶段存在的安全风险项目，并基于信息熵权重法评估安全风险项目对港口工程的施工安全的影响权重，根据所述影响权重确定每个安全风险项目的安全控制级别；
26、获取应对安全风险项目的防护措施数据和港口工程施工中每个功能模块的施工操作规范数据；
27、根据所述不同施工阶段存在的安全风险项目获取在发生安全风险项目的紧急情况下应对措施，所述应对措施包括应急响应步骤、逃生路线、急救措施；
28、将所述安全控制级别、防护措施数据、施工操作规范数据、紧急情况下应对措施构建为安全标准数据库；
29、获取港口工程施工安全教育的考核范围数据和考核目标数据，所述考核范围数据包括操作规范、防护措施、应急响应，所述考核目标数据包括操作正确率、防护措施落实率、应急响应时间；
30、将所述考核范围数据与考核目标数据制定评分规则，将所述考核范围数据、考核目标数据、评分规则构建为考核评价指标库。
31、本方案中，所述将所述标准库和考核评价指标库与所述港口工程施工虚拟现实模型进行结合，形成港口工程施工的虚拟学习系统，具体为：
32、构建标准库和考核评价指标库与港口工程施工虚拟现实模型之间的数据接口；
33、根据所述数据接口将所述标准库和考核评价指标库与港口工程施工虚拟现实模型进行结合，将标准库和考核评价指标库嵌入至港口工程施工虚拟现实模型中，形成港口工程施工的虚拟学习系统。
34、本方案中，所述根据港口工程施工安全教育培训流程，结合所述模块-安全信息映射表在港口工程施工的虚拟学习系统中进行施工学习与考核，得到学习与考核结果，具体为：
35、获取港口工程施工安全教育培训流程数据，根据所述港口工程施工安全教育培训流程数据在所述虚拟学习系统中构建初始学习路径；
36、根据所述模块-安全信息映射表构建初始学习路径中的安全风险发生场景，在所述安全风险发生场景中预制学习要点、视频和图片，并设定未按要求操作出现的虚拟后果场景，得到完整学习路径；
37、当用户进入虚拟学习系统中选择学习时，通过vr设备使用户进入港口工程施工虚拟仿真模型中，按照完整学习路径中的学习内容对用户进行学习引导操作，所述学习内容包括施工安全操作、安全知识、紧急情况应对方案，实时记录用户的学习过程，得到学习结果数据，所述学习结果数据包括操作行为、学习时间；
38、当用户进入虚拟学习系统中选择考核时，在所述虚拟学习系统随机对港口工程施工虚拟现实模型的每个功能模块进行结合，生成虚拟考核场景，并在所述虚拟考核场景中随机设定预设数量的安全风险场景对用户进行考核操作，得到考核结果数据，所述考核结果数据包括任务完成情况、错误次数、应急处理反应时间、操作行为记录。
39、本方案中，所述根据所述学习与考核结果进行学习效果评估，具体为：
40、根据所述学习与考核结果获取用户在考核场景中的移动轨迹、操作行为记录、应急处理反应时间，通过路径记录算法生成用户的任务路径图；
41、根据所述考核评价指标库生成虚拟考核场景的标准操作流程数据，所述标准操作流程数据包括最佳移动路径、标准操作动作、预期操作时间；
42、将所述任务路径图与所述最佳移动路径进行叠加，基于几何算法评估叠加后的路径进行相似性分析，得到路径相似性结果；
43、通过动作匹配算法将用户的操作动作记录与所述标准操作动作进行对比，识别用户的操作动作顺序和准确度，记录缺失动作和动作，分析用户操作过程中的错误类型和频率，得到操作评估结果；
44、将应急处理反应时间与预期操作时间进行对比，计算每个任务的时间差异，根据所述时间差异评估用户的完成效率，得到应急反应时间评估结果；
45、通过对指标加权算法对所述路径相似性结果、操作评估结果、应急反应时间评估结果进行学习效果评分，得到学习效果评估结果。
46、本发明第二方面还提供了一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法程序，所述虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：
47、基于bim技术建立港口工程施工的三维模型，基于ue游戏引擎对所述三维模型进行格式转换，生成高精度的港口工程施工虚拟现实模型；
48、将所述港口工程施工虚拟现实模型按照施工分区和设施功能进行模型功能模块划分，获取港口工程施工的安全规范信息，对模型中每个功能模块进行分析，确定每个功能模块与安全规范信息的安全映射关系，得到模块-安全信息映射表；
49、建立港口工程施工安全控制级别、防护措施、操作规范以及紧急情况应对措施的标准库和考核评价指标库；
50、将所述标准库和考核评价指标库与所述港口工程施工虚拟现实模型进行结合，形成港口工程施工的虚拟学习系统；
51、根据港口工程施工安全教育培训流程，结合所述模块-安全信息映射表在港口工程施工的虚拟学习系统中进行施工学习与考核，得到学习与考核结果；
52、根据所述学习与考核结果进行学习效果评估。
53、本方案中，所述根据港口工程施工安全教育培训流程，结合所述模块-安全信息映射表在港口工程施工的虚拟学习系统中进行施工学习与考核，得到学习与考核结果，具体为：
54、获取港口工程施工安全教育培训流程数据，根据所述港口工程施工安全教育培训流程数据在所述虚拟学习系统中构建初始学习路径；
55、根据所述模块-安全信息映射表构建初始学习路径中的安全风险发生场景，在所述安全风险发生场景中预制学习要点、视频和图片，并设定未按要求操作出现的虚拟后果场景，得到完整学习路径；
56、当用户进入虚拟学习系统中选择学习时，通过vr设备使用户进入港口工程施工虚拟仿真模型中，按照完整学习路径中的学习内容对用户进行学习引导操作，所述学习内容包括施工安全操作、安全知识、紧急情况应对方案，实时记录用户的学习过程，得到学习结果数据，所述学习结果数据包括操作行为、学习时间；
57、当用户进入虚拟学习系统中选择考核时，在所述虚拟学习系统随机对港口工程施工虚拟现实模型的每个功能模块进行结合，生成虚拟考核场景，并在所述虚拟考核场景中随机设定预设数量的安全风险场景对用户进行考核操作，得到考核结果数据，所述考核结果数据包括任务完成情况、错误次数、应急处理反应时间、操作行为记录。
58、本方案中，所述根据所述学习与考核结果进行学习效果评估，具体为：
59、根据所述学习与考核结果获取用户在考核场景中的移动轨迹、操作行为记录、应急处理反应时间，通过路径记录算法生成用户的任务路径图；
60、根据所述考核评价指标库生成虚拟考核场景的标准操作流程数据，所述标准操作流程数据包括最佳移动路径、标准操作动作、预期操作时间；
61、将所述任务路径图与所述最佳移动路径进行叠加，基于几何算法评估叠加后的路径进行相似性分析，得到路径相似性结果；
62、通过动作匹配算法将用户的操作动作记录与所述标准操作动作进行对比，识别用户的操作动作顺序和准确度，记录缺失动作和动作，分析用户操作过程中的错误类型和频率，得到操作评估结果；
63、将应急处理反应时间与预期操作时间进行对比，计算每个任务的时间差异，根据所述时间差异评估用户的完成效率，得到应急反应时间评估结果；
64、通过对指标加权算法对所述路径相似性结果、操作评估结果、应急反应时间评估结果进行学习效果评分，得到学习效果评估结果。
65、本发明公开了一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法及系统。首先利用bi m技术建立港口工程施工的高精度三维模型，再通过ue游戏引擎转换成虚拟现实模型。模型根据施工分区和设施功能划分为功能模块，并结合安全规范信息进行安全映射，形成模块-安全信息映射表。同时建立安全控制级别、防护措施、操作规范和应急情况措施的标准库和评价指标库。这些库与虚拟学习系统结合，为学习者提供交互式的学习环境，支持施工学习和考核。通过模拟真实工程场景和风险，学习者能够在安全控制下进行虚拟施工操作，并根据学习与考核结果进行效果评估，从而提升港口工程施工安全教育的效果和质量。
1.一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，所述基于bim技术建立港口工程施工的三维模型，基于ue游戏引擎对所述三维模型进行格式转换，生成高精度的港口工程施工虚拟现实模型，具体为：
3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，所述将所述港口工程施工虚拟现实模型按照施工分区和设施功能进行模型功能模块划分，获取港口工程施工的安全规范信息，对模型中每个功能模块进行分析，确定每个功能模块与安全规范信息的安全映射关系，得到模块-安全信息映射表，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，所述建立港口工程施工安全控制级别、防护措施、操作规范以及紧急情况应对措施的标准库和考核评价指标库，具体为：
5.根据权利要求1所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，所述将所述标准库和考核评价指标库与所述港口工程施工虚拟现实模型进行结合，形成港口工程施工的虚拟学习系统，具体为：
6.根据权利要求1所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，所述根据港口工程施工安全教育培训流程，结合所述模块-安全信息映射表在港口工程施工的虚拟学习系统中进行施工学习与考核，得到学习与考核结果，具体为：
7.根据权利要求1所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法，其特征在于，所述根据所述学习与考核结果进行学习效果评估，具体为：
8.一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育系统，其特征在于，所述虚拟现实技术的港口工程施工安全教育系统包括储存器以及处理器，所述储存器包括虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法程序，所述虚拟现实技术的港口工程施工安全教育方法程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育系统，其特征在于，所述根据港口工程施工安全教育培训流程，结合所述模块-安全信息映射表在港口工程施工的虚拟学习系统中进行施工学习与考核，得到学习与考核结果，具体为：
10.根据权利要求8所述的一种虚拟现实技术的港口工程施工安全教育系统，其特征在于，所述根据所述学习与考核结果进行学习效果评估，具体为：
