地震災(zāi)場模擬及救援虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)研究*

王東明

(中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080)

地震災(zāi)場模擬及救援虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)研究*

王東明

(中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080)

實踐證明，開展地震緊急救援工作是防震減災(zāi)的關(guān)鍵舉措之一，是震后最大程度減少人員傷亡的必要政府行為?！翱茖W(xué)救援”是現(xiàn)代救援的重要理念，如何確?！半p安全”，即幸存者和救援人員本身的安全是救援行動中最為重要的問題。救援技能和水平的提高依靠科學(xué)的培訓(xùn)，現(xiàn)實的情況往往無法不斷提供大震巨災(zāi)的模擬訓(xùn)練環(huán)境，而虛擬仿真技術(shù)可以構(gòu)建出逼真的虛擬震災(zāi)場景和救援廢墟環(huán)境。不同規(guī)模的虛擬地震災(zāi)場，能讓救援隊員了解嚴酷的真實救援環(huán)境，并可根據(jù)具體虛擬廢墟開展救援策略和方法的研討。由此可見，開展災(zāi)場模擬和虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)對救援訓(xùn)練來說，具有極其重要的現(xiàn)實意義。本文對地震災(zāi)害場景仿真模擬技術(shù)與方法、地震救援虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)等開展初步的探索性研究。主要研究內(nèi)容摘要如下:

1 系統(tǒng)仿真的理論闡述

從系統(tǒng)科學(xué)、建模理論及相似方法等角度出發(fā)，論述了系統(tǒng)仿真的理論基礎(chǔ)，闡述了系統(tǒng)仿真的涵義、分類方法、研究過程、技術(shù)特性及適用范圍等。為本文的研究奠定基本的理論基礎(chǔ)。

2 基于震害仿真模型的建立方法

總結(jié)了多層磚房、鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)及磚(土)木結(jié)構(gòu)的典型震害特征，從大量震害圖片中提取典型震害特征并進行Photoshop圖形處理，建立典型震害特征圖形庫;應(yīng)用外部建模軟件3DSMax建立多層磚房、框架結(jié)構(gòu)、磚(土)木結(jié)構(gòu)的5個破壞等級的三維震害仿真模型，為本文地震災(zāi)場仿真模型提供了驅(qū)動的主體。

3 建筑廢墟的分類方法

提出基于救援的建筑廢墟分類方法，依據(jù)廢墟的用途與功能將其分為現(xiàn)場救援廢墟、救援訓(xùn)練廢墟、救援演練廢墟、救援仿真廢墟、救援沙盤廢墟等五類，并初步給出定義和基本內(nèi)涵。為今后針對廢墟的救援研究工作奠定了基礎(chǔ)。

4 地震災(zāi)害場景仿真模型

確定了地震災(zāi)害場景仿真模型的研究目標，并依此給出了模型的功能組成和研究思路;闡明了地震災(zāi)害場景中的影響場是不限于特定地震地質(zhì)背景的具有普遍意義的地震影響場估計，介紹了幾種可用于本模型的震中烈度與震級關(guān)系模型、地震烈度圓形衰減模型，并按照等面積原則計算了96個已發(fā)生地震的烈度等效圓半徑，建立數(shù)據(jù)庫進行管理;提出以破壞等級為橋梁，基于震害預(yù)測方法的虛擬地震災(zāi)害場景內(nèi)房屋震害狀態(tài)與分布控制模型，通過數(shù)學(xué)方法推演完成了153個歷史地震的幾類結(jié)構(gòu)的震害矩陣，并建立數(shù)據(jù)庫進行管理。

5 地震災(zāi)害場景仿真生成系統(tǒng)

利用計算機仿真技術(shù)，編程實現(xiàn)了地震災(zāi)害場景仿真模型，開發(fā)了虛擬地震災(zāi)害場景仿真生成系統(tǒng);通過系統(tǒng)的想定參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)生成了設(shè)定地震的虛擬災(zāi)場，模擬了隨影響場的空間分布、不同房屋結(jié)構(gòu)不同震害的空間分布特征;系統(tǒng)生成的災(zāi)場環(huán)境逼真，驗證了地震災(zāi)害場景仿真模型的可靠性，體現(xiàn)了震害三維仿真模型的逼真效果;系統(tǒng)支持在虛擬災(zāi)害場景中添加房屋震害模型，并實現(xiàn)了基于碰撞檢測的廢墟再修改和生成系統(tǒng)，擴展了系統(tǒng)的功能。

6 地震救援虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)

總結(jié)了地震救援行動的原則和方法，著重闡述了營救行動的多個業(yè)務(wù)模型;主要介紹了地震救援虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的功能設(shè)計、整體設(shè)計、結(jié)構(gòu)組成及訓(xùn)練想定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、仿真資源的管理、虛擬人的控制，操作子系統(tǒng)的基本功能等。

震害;三維模型;災(zāi)害場景;緊急救援;廢墟環(huán)境;虛擬仿真;訓(xùn)練系統(tǒng)

P315.9;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.01.011

2009-12-29(以下

相同)。

編者:為了更好地、及時地發(fā)揮地震系統(tǒng)博士學(xué)位論文的作用，促進地震科學(xué)研究及學(xué)科間的交流與滲透，在中國地震局人事教育和科技司(國際合作司)的支持和幫助下，《國際地震動態(tài)》從本期開始，將分3期陸續(xù)刊登中國地震局工程力學(xué)研究所、中國地震局地球物理研究所和中國地震局地質(zhì)研究所2009屆博士學(xué)位論文摘要。