本发明涉及计算机教育辅助领域，更具体地说，涉及一种危险化学品应急3D虚拟操作考试系统及考试方法。
背景技术：
工业事故，特别是危化品安全已成为中国经济高速发展面临的新问题。各种化工品的生产、运输和应用范围越来越广，由此造成的各种事故不时出现，突出反映了我国工业技术水平不高，机械设备、管理、安全投入不足、安全事故预警和防治技术都处于落后状态，以致作业环境不断恶化，安全事故隐患和危险源日益增多，事故频频发生，危害了人民群众的生命安全，对生态环境造成了破坏，造成了巨大的经济损失，严重制约了企业的可持续发展。
为了加强事故的应急救援能力和效果，传统的方式是进行应急演练。通过构建突发事件场景，使人们熟悉突发事件并提高应对能力，但其范围与规模往往受到一定的限制。
应急实战演练是检验、评价和保持应急能力的一个重要手段。但是实战演练需要实际的人力、物力和财力的消耗，成本较高，实施的次数也会受到限制。因此，此类应急演练往往需要通过桌面演练来发现各环节可能存在的问题，采用计算机进行模拟演练不仅可以提高桌面演练的真实度和覆盖面，而且可以节省成本，并能够通过多次模拟演练来为实战演练做好准备，提高综合演练的效率和效果。
虚拟现实(VirtualReality简称VR)技术利用先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的交互手段，使用户能交互式地观察和操作系统生成的虚拟环境，产生一种身临其境的感觉。虚拟培训系统综合运用虚拟现实技术，在视觉、听觉、触觉等方面为受训者生成一个极为逼真的虚拟场景，模拟生产过程的各种可能情况，使受训者最大限度地贴近实际操作和实战演练，提高标准化操作能力及处理各种事故的能力。
已有的虚拟现实培训系统大多数是基于桌面或者采用投影机将虚拟场景投影在屏幕上的方式，交互设备主要采用鼠标和键盘，通过预先定义的运动规则实现操作，这种操作显然与真实操作有很大差别，培训质量不高、效果不理想；另外，目前虚拟现实培训系统针对加油站火灾及爆炸等事故的应急处理培训几乎没有，受训人员对消防设备的使用、应急救援路线、协同演练等内容没有在虚拟培训系统中进行实现。
技术实现要素：
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的没有针对性的针对化学品应急操作系统的考试方案和系统、评价策略繁琐的问题，本发明提供了一种危险化学品应急3D虚拟操作考试系统及考试方法。它可以实现针对虚拟操作系统进行针对性的考试和评价，考试简单。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种危险化学品应急3D虚拟操作考试系统，考试系统包括考试系统控制端及若干与考试系统控制端链接的考试模拟端，其中，考试系统控制端包括，
管理员管理模块：对整体考试系统后台及考试模拟端进行综合管理和设置，包括权限、人员管理、数据字典、角色配置、考题及试卷规则进行功能管理；
考生管理模块：设定“添加、删除、修改、查询”考生信息；
试题库管理模块：包括3D试题库，对试题库进行修改、增加、查看；
试卷管理模块：对放到考试模拟端的试卷进行定义、分发、记录；
组卷管理模块：针对不同维护模拟考试类型建立组卷规则，每种形式试题选择出题数量及每题分值进行确定；
成绩管理模块：对考试成绩进行储存、修改、分析和输出；
日志管理模块：对管理员的操作以及考生操作信息进行记录和查询；
远程操作管理模块：对考试模拟端进行操作和控制；
考试模拟端对考试系统控制端发送的题目进行显示，对考生输入的信息进行处理，对考试操作进行储存并传输回考试系统控制端进行处理。
更进一步的，管理员管理模块还包括添加考核点模块，在考核过程中在场景中增加考核点。可以实时的插入考试场景，对应测试考生的应急能力。
更进一步的，试题库管理模块，试题库中的试题多层分类并进行储存、查询，试题库管理模块包含自判断模块，试题修改和删除时系统会判断，防止误修改、误删除；对试题题库使用率数据分析、分数设计、考点设置及统计。
更进一步的，考试模拟端包括数据服务模块和演练通讯模块，将用户操作的数据进行实时写入后进行处理，提供考试时候演练的实时数据并传输回考试系统控制端。
更进一步的，考试系统链接外部的化学品应急演练系统，所述的考试系统控制端设置有数据服务器和同步服务器，数据服务器对外提供数据访问服务，与化学品演练系统的演练数据库直接对接，同步服务器对演练场景中各个考试模拟端的各种模型的位置及状态进行同步。
更进一步的，所述的同步服务器主要是采用同步操作、位置插值方案，对很多复杂性同步数据只需要同步操作数据，以减少同步的数据量；对于位置等同步数据，首先减少其同步数据包的发送频率，并且对同步过来的数据进行平滑插值，以减少数据同步频率并且保证人物位置移动的平滑。
更进一步的，试题库管理模块中包括用户选项试题和多媒体任务试题，多媒体任务试题危险化学品应急所涉及任务的模拟场景。
更进一步的，所述的考生成绩管理模块包括识别模块和评分模块，识别模块对于考生答案进行识别，针对多媒体任务试题模拟场景考生操作的针对性行为进行检测，并进行比对，设定评分对应表，通过成绩管理模块进行评分。
一种危险化学品应急3D虚拟操作考试系统考试方法，步骤如下：
B、若干考生分别通过考试模拟端登入考试系统，通过考生信息确认下载考试内容；
D、考试完成后考试模拟端操作数据传输进入考试系统控制端中；
E、考试系统控制端对考生操作数据识别模块和评分模块进行评分；
更进一步的，步骤C中，考试系统控制端通过添加考核点模块，在考核过程中在场景中增加考核点。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本系统可以3D可视化试题：针对一些实际操作类试题，可以实现试题3D化，虚拟场景化，具有交互功能，通过识别系统针对考生的实时操作进行评价分析，识别对应操作的触发条件进行评分，具有实务考试的功能，评分系统优秀，考试效果好；
(2)本系统支持动画等多媒体类型试题，可在关键帧加入考核点，可以实时的插入考试场景，对应测试考生的应急能力；
(3)考试系统负载能力好，负载能力是检验考试系统是否成熟的核心指标，系统采用数据压缩传输、试卷预生成、底层开发等技术，并使用专门测试工具进行了负载能力测试和优化处理，系统负载能力远超同类产品，试题库中的试题进行多层多级分类并进行储存，储存模式优化；
(4)考试系统链接外部的化学品应急演练系统，所述的考试系统控制端设置有数据服务器和同步服务器，数据服务器对外提供数据访问服务，与化学品演练系统的演练数据库直接对接，同步服务器对演练场景中各个考试模拟端的各种模型的位置及状态进行同步。可以对考试步骤进行监控和储存，保证后期查验，防止作弊情况产生；
(5)同步服务器主要是采用同步操作、位置插值方案，对很多复杂性同步数据只需要同步操作数据，以减少同步的数据量，数据计算量减小，数据分析更快捷；
(6)所述的考生成绩管理模块包括识别模块和评分模块，识别模块对于考生答案进行识别，针对多媒体任务试题模拟场景考生操作的针对性行为进行检测，并进行比对，设定评分对应表，通过成绩管理模块进行评分，学员交卷后自动完成评分，管理维护更简单；学员客户端评分功能，减轻服务器不必要的压力，方便学员练习自测；
(7)试题库模块，与通用文本工具关联，使用EXCEL作为命题工具，简单易行，非计算机专业人员也可以熟练操作，支持试题说明、音频、视频等属性，支持图片嵌入，支持题组定义、文档提交等新试题类型，支持题目多样化；
(8)基于规则数据库的智能评分技术：评分过程可以输出分步骤的评分结果，评分结果可再现、可存档、可复核；作业练习状态下学生可以在工作站端评分，而且可以反复练习、反复评分；
(9)管理员模块包括提供锁屏、抽题组卷、自动交卷等功能模块，考试答题数据暂存在客户机硬盘中，答题期间服务器“零”压力，使用效果更好；
(10)自动出题系统：根据预设可编辑条件，包括考试纲领、试题类型分布系数、试题库选择等，实现自动命题，内置工作流平台，题目编辑更加方便，更加方便插入新题目。
附图说明
图1为本发明的考试系统整体结构示意图；
图2为考试系统控制端内部管理模块示意图；
图3为化学品应急演练系统结构示意图；
图4为化学品应急演练系统控制流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
(1)管理员管理模块
系统设定一个最高权限管理员，如账户名：admin，初始密码：123456，密码可随意修改，由最高权限管理员保管。可添加二级管理员，二级管理员权限可由最高权限管理员设定，赋予“修改、查看”选项。
可以对整体考试系统后台及考试模拟端进行综合管理和设置，包括权限、人员管理、数据字典、角色配置、考题及试卷规则等的所有功能的管理。相对于其他考试系统，管理员管理模块还包括添加考核点模块，在考核过程中在场景中增加考核点。可以实时的插入考试场景，对应测试考生的应急能力。管理员的功能还可以在场景中添加突发考核点，以考察考生的应变能力。具体的办法：管理员可以在考试场景中合适位置添加火灾、爆炸以及泄漏等等突发事故，系统触发附加任务，由相应的考生用户去完成未知的突发事件的处置。
(2)考生管理模块
1、设定“添加、删除、修改、查询”考生信息，考生信息包含：考号、证件类别、证件号、姓名、性别、工作单位、通讯地址、作业类别、准操项目。
2、可以通过EXCEL表批量导入，也可以批量导出EXCEL表单。
考生需要相应的角色，以完成相应的角色任务
4、每个考生权限统一设置或单独设置。
5、删除考生时进行考试资格判断，以防人员误删除。
6、设置分管理员自动赋予分管权限以保证考生信息更完善。
7、考生成绩查询系统。
(3)试题库管理模块
包括3D试题库：针对一些实际操作类试题，可以实现试题3D化，虚拟场景化，具有交互功能。根据国家《特种作业培训及考核大纲》中所列专业选择一种有代表性危化专业(如合成氨)作为首先研制目标，按照考核大纲中要求把具有普遍性、重要性的安全作业归纳成题。负载能力是检验考试系统是否成熟的核心指标，系统采用数据压缩传输、试卷预生成、底层开发等技术，并使用专门测试工具进行了负载能力测试和优化处理，系统负载能力远超同类产品。
2、试题类型提供多层多级分类，不使用简单的单层模式。
3、试题修改和删除时系统会判断是否被试卷使用。以防误修改、误删除。
4、试题题库查询、使用率数据分析、分数设计、考点设置、统计功能等。
5、随机及设置试题库的可使用性。
6、提供更人性化的题库管理界面。
7、单题编辑和批量编辑功能。
8、对试题设定查看功能，导入新的试题，由于3D试题特殊，需要进行开发制作，制作完成后由管理员模块导入试题。
9、针对考题的配置，系统还可以提供多媒体格式的考题，可以在试题的标题以及选项添加图片，还可以为整个考题添加flash动画，以丰富考题的展示形式。
(4)试卷管理模块
1、定义试卷时新增未答、答错的倒扣分机制，以满足更多的用户需求。
2、提供入考场IP范围设置功能。试卷模板提供定义的参数更丰富。
3、自定义抽题规则时，可以用百分比或具体的试题题目数量来设置。
4、补录支持读取已录人员列表，以对比人员信息。
5、补考支持试卷参数和人员范围的自由选择、试卷抽题规则的延续。
6、考生每次考试试卷全部记录下来，通过试卷管理可以查询学员试卷并可以生成WORD文档
(5)考试管理模块
1、提供标准格式的准考证打印功能。
2、提供监考所有试卷或监考自己所建试卷权限的自由设置。
3、提供考试次数显示功能，并可以控制强行交卷、重考功能等。
5、自由设置允许或禁止离开考场功能。
(6)组卷管理模块
3D试题组卷：
根据考试形式分类，对每种形式试题选择出题数量及每题分值。
针对不同维护模拟考试类型建立组卷规则，规则可以用来设置和设定每种类型考题的数量及分数，针对考生不同专业类型情况，系统自动提取考试组卷规则相应的3D考题进行综合实操模拟考试。支持动画等多媒体类型试题，可在关键帧加入考核点。利用3D虚拟现实技术，通过构建化工企业、危化仓储运输企业工作场地的虚拟场景，构建设备的3D模型，结合操作的逻辑关系和原理，实现虚拟考试。试题库管理模块中包括用户选项试题和多媒体任务试题，多媒体任务试题危险化学品应急所涉及任务的模拟场景。根据预设可编辑条件，包括考试纲领、试题类型分布系数、试题库选择等，实现自动命题，内置工作流平台。
(7)成绩管理模块
查询所有考生成绩，并可以条件查询自己想要的信息。因特殊情况，最高权限管理员可以删除、修改考生成绩，并且可以将学生成绩导出到EXCEL表单。所述的考生成绩管理模块包括识别模块和评分模块，识别模块对于考生答案进行识别，针对多媒体任务试题模拟场景考生操作的针对性行为进行检测，并进行比对，设定评分对应表，通过成绩管理模块进行评分。评分过程可以输出分步骤的评分结果，评分结果可再现、可存档、可复核；作业练习状态下学生可以在工作站端评分，而且可以反复练习、反复评分。
1、提供更人性化的成绩管理界面，支持考试成绩单的标准格式打印功能。
2、自由归档时可以自动删除归档成功的成绩数据，也可人为删除。
3、考试分析自由选择多份试卷并综合分析，并自动产生分析报表。
4、成绩排行支持同分同名用时排序的综合设置功能。
5、成绩管理支持以考生为单位的统一显示，再点击明细的显示方式。
6、支持自由排序和数据导出功能。
(8)日志管理模块
(9)远程操作管理模块
考试前，在服务器端使用远程控制管理实现一键启动所有客户机考试系统，考试结束后，一键关闭所有客户端机器。
考试模拟端包括数据服务模块和演练通讯模块，将用户操作的数据进行实时写入后进行处理，提供考试时候演练的实时数据并传输回考试系统控制端。
考试系统链接外部的化学品应急演练系统，如图3、4所示，所述的考试系统控制端设置有数据服务器和同步服务器，数据服务器对外提供数据访问服务，与化学品演练系统的演练数据库直接对接，同步服务器对演练场景中各个考试模拟端的各种模型的位置及状态进行同步。它们可以部署在不同的机器上，以增强服务器工作能力。
数据服务器采用微软的WCF(WindowsCommunicationFoundation)技术,以保证数据传输的稳定性和高并发性，以提高客户端对服务器数据访问能力。同步服务器主要是采用同步操作、位置插值等技术，对很多复杂性同步数据只需要同步操作数据，以减少同步的数据量；对于位置等同步数据，首先减少其同步数据包的发送频率，并且对同步过来的数据进行平滑插值，以减少数据同步频率并且保证人物位置移动的平滑，从而有效提高系统的负载能力。
本系统在使用中通过防作弊措施和数据安全保障手段：提供锁屏、抽题组卷、自动交卷等功能，考试答题数据暂存在客户机硬盘中，答题期间服务器“零”压力。
本系统运用《特种作业培训及考核大纲》作为系统开发的指导原理，紧密配合教材,编排实训考试试题。紧密配合教材的内容和考核大纲的要求，有重点的选择考点内容进行编制考题。提供知识库链接包括基本原理、法规法则，以及危险化学品作业考试复习题等作为辅助教学手段，构建丰富的自主学习平台。
以真实的危险化学品生产企业、运输企业、使用单位等为背景，将生产工艺、运输安全、使用注意事项等安全规范尽可能真实的操作流程进行模拟操作，来打造贴近真实环境的虚拟考试场景及考题。
实务界面直观，大量采用操作导航和快捷键，操作简单易行，便于掌握，有效降低使用的障碍和培训成本；系统管理维护简单，对技术人员依赖程度低。
采用实务界面，如使用游戏操作界面，融知识性与趣味性为一体，让学生在类似游戏的轻松操作中，迅速理解并掌握现实各种类型企业的管理流程、运作模式。在操作方式，通过鼠标点选答题，即使无电脑基础的考生也可轻松独立的完成考试，整个系统使用极为方便、又富趣味性。
实施例2
在进行具体考试中设置考试试卷如下：
(1)设备安全操作、急救措施与隐患识别题目内容较大，每部分可抽取1～2道题；运输装卸与故障处理可抽取2～3道题。
(2)百分制，60分及格；每道题程序内设置评分标准，每操作完一个实操互动步骤或考点，系统后台自动进行判定，答题结束后电脑自动形成得分结果。对于能造成重大或特大事故的操作，将取消积分，并给以3D特效及声光警报。
(2)单项操作：危化企业工艺、设备的某项操作。(10道题)
(3)运输装卸操作：危化仓储运输企业的作业流程操作(9道题)
(4)故障处理：考核工艺、设备发生故障时的处理操作能力。(9道题)
(5)急救措施：发生人身或设备事故后的应急措施。(8道题)
(6)隐患识别：通过3D场景、设备模型和视频查找事故隐患。(4道题)
系统中主要的考核点有两类，一种是用户答题，一种是用户执行系统的模拟实务任务，如灭火、关阀门等。
(2)任务评分，首先是针对危险化学品应急所涉及的任务进行分类，对每类的任务设定有针对性行为监测。下面是任务的监测基本示例：
表1监测基本示例
对考试成绩进行保存和评价。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。