虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦安全培訓中的應(yīng)用

劉文龍

摘 要：近年來，煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全形勢令人關(guān)注，頻繁發(fā)生的傷亡事故觸目驚心。煤塵、瓦斯、頂板、機電運輸、涌水等潛在危險源形成了煤礦復雜多變的生產(chǎn)環(huán)境，關(guān)系到每個職工的生命安危。隨著計算機科學水平的發(fā)展，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與煤礦安全培訓相融合，可以形象逼真地讓學員沉浸在虛擬生產(chǎn)環(huán)境中，進而提升煤礦企業(yè)的培訓效果，從而實現(xiàn)當代煤礦企業(yè)安全培訓的技術(shù)與形式創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：煤礦安全培訓 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 煤礦安全生產(chǎn) 信息技術(shù)

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與煤礦安全培訓的關(guān)系

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）可以創(chuàng)建和體驗虛擬的三維場景。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術(shù)，提供了一種實時的、三維的虛擬環(huán)境。使用者完全可以進入其中，觀看計算機產(chǎn)生的虛擬世界，多感官感知，具有較強的沉浸感與交互性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在社會各領(lǐng)域應(yīng)用十分廣闊，無論在軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，還是在建筑與工業(yè)設(shè)計、文化娛樂等各方面，都有虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的成果實例。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到煤礦企業(yè)，可以提升煤礦安全培訓水平，在學員培訓教學過程中，利用虛擬仿真技術(shù)，在成像與互動中，形成逼真的影像效果，增強學員的沉浸感，提高學員的認知興趣。煤礦安全培訓軟硬件實力水平，需要虛擬現(xiàn)實技術(shù)助推創(chuàng)新發(fā)展，墨守成規(guī)、故步自封難以實現(xiàn)煤礦企業(yè)在安全培訓領(lǐng)域的跨越發(fā)展。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與培訓并相融合發(fā)展，有利于提高培訓的效果與質(zhì)量，有利于提高安全領(lǐng)域的生命力量，有利于著實提高煤礦企業(yè)安全培訓教學的創(chuàng)新發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦安全培訓中的實現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機技術(shù)，生成虛擬現(xiàn)實場景以輔助傳統(tǒng)的培訓教學，可以靈活生動地生成一系列沉浸效果震撼、具備實時交互的多感知虛擬場景，通過人機交互使學員在身臨其境的教學過程中，激發(fā)學習興趣、強化學習效果。欲想實現(xiàn)如此有效的培訓，需建立完備的軟硬件培訓環(huán)境。

1.教室布置及硬件裝配

整套系統(tǒng)要以培訓、考核為目的，充分結(jié)合煤礦企業(yè)安全培訓教學實際情況，以高仿真效果呈現(xiàn)，系統(tǒng)具備“教、學、練、考”等多層次的培訓功能。場地選擇過程要依據(jù)后期培訓計劃，按需選定培訓教室，結(jié)合教室實地情況，規(guī)劃操作室、投影屏幕及座椅布置。按設(shè)計計劃鋪設(shè)線纜、建設(shè)投影系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖形圖像處理系統(tǒng)，并配套建設(shè)音效系統(tǒng)、空調(diào)和UPS電源等輔助設(shè)施。系統(tǒng)建成后，具備虛擬仿真技術(shù)等多媒體手段，能夠?qū)Π踩芾砼c操作人員進行全面培訓，確保提高職工和管理干部的風險辨識與預(yù)防、自救逃生與搶險救災(zāi)等綜合能力。

2.軟件定制及開發(fā)

軟件系統(tǒng)是培訓的關(guān)鍵，系統(tǒng)建成后受訓人員能以第一人稱視角在場景中自由行動，逼真地再現(xiàn)場景內(nèi)的人與系統(tǒng)環(huán)境，實現(xiàn)人與人、人與現(xiàn)場環(huán)境互動、聯(lián)動的生動效果。

（1）建立虛擬場景。針對煤礦企業(yè)開發(fā)的安全培訓系統(tǒng)，場景以井上車間和井下巷道和工作面為主，能夠充分建設(shè)煤礦礦井特有的安全生產(chǎn)系統(tǒng)，如通風、運輸、水文地質(zhì)、供電、提升、壓風、采煤、掘進、供排水等系統(tǒng)，以及再現(xiàn)井下巷道的不同支護方式等。場景建成后可以實現(xiàn)各培訓模塊的融合接入，可以真正實現(xiàn)學員的身臨其境感觸。

（2）開發(fā)虛擬培訓功能模塊。該系列模塊是培訓教學的核心，開發(fā)過程結(jié)合使用企業(yè)實際情況進行設(shè)計開發(fā)，使得學員在虛擬場景漫游過程中，有選擇地實現(xiàn)“教、學、練、考”等功能。實現(xiàn)過程可以讓學員熟悉自己工作的井上下環(huán)境，學習和掌握井上下礦容礦貌和完整的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。還可以進行崗位描述、崗位風險辨識、虛擬操作、避災(zāi)路線演練等操作，在形象生動地認識煤礦的同時，輕松掌握采、掘、開、機、運、通等主要的生產(chǎn)系統(tǒng)。

（3）融合現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)。虛擬仿真系統(tǒng)依據(jù)新型計算機技術(shù)，利用開發(fā)連接、融合煤礦企業(yè)原有生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可以方便實現(xiàn)新老系統(tǒng)融合，譬如接入井下皮帶，可以方便地查看井下皮帶的真實運行狀態(tài)，了解該皮帶的運行參數(shù)及實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，從而為學員展現(xiàn)虛擬仿真的逼真效果，同時也可為礦井生產(chǎn)指揮調(diào)度提供一定的支持。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦安全培訓中的應(yīng)用前景

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在煤礦安全培訓領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。它可以利用高效能的計算機技術(shù)，深入結(jié)合煤礦企業(yè)特征，可以針對性地開發(fā)生成安全培訓教學模塊，在原有培訓教學基礎(chǔ)上豐富教學互動手段、激發(fā)學員學習興趣、大大增強培訓效果。展望未來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)優(yōu)勢顯著，今后的煤礦安全培訓工作一定會向虛擬仿真技術(shù)傾斜，培訓技術(shù)手段也會逐漸加強，虛擬現(xiàn)實技術(shù)定會隨之得以應(yīng)用推廣。

（作者單位：冀中能源峰峰集團有限公司教育培訓中心）