大型特種車輛駕駛輔助訓(xùn)練與考核技術(shù)研究

劉旭宏 于傳強(qiáng) 侯洪慶 苗倩 楊帆

關(guān)鍵詞： 大型特種車輛; 駕駛訓(xùn)練; 考核評(píng)估; 輔助系統(tǒng); 實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練; 虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào)： TN99?34; U471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）05?0032?04

Research on driving auxiliary training and assessment technology of large special vehicle

LIU Xuhong1， YU Chuanqiang2， HOU Hongqing1， 2， MIAO Qian2， YANG Fan2

（1. The 96604 Army of PLA， Lanzhou 730102， China; 2. Rocket Force University of Engineering， Xian 710025， China）

Abstract： In order to solve the problems of low assessment level， single means and poor assessment result objectivity of driver training for large special vehicle， and meet the needs of large special vehicle for driver′s driving skills， the overall scheme of the driving training and assessment system for large special vehicles is constructed， the driving training and assessment subject are set， and the auxiliary system of driving training and assessment is proposed. The accuracy， objectivity and impartiality of the assessment and evaluation are improved， and the overall quality of the drivers of large special vehicles is enhanced from the source. The system provides a reference for the research on driving skill evaluation technology for large special vehicle drivers， and has important guiding significance for the construction of the training and assessment system for large special vehicle drivers.

Keywords： large special vehicle; driving training; examination and evaluation; auxiliary system; practical training; virtual reality

0 ?引 ?言

隨著武器裝備的不斷發(fā)展，許多與大型裝備相配套的大型特種車輛應(yīng)運(yùn)而生，增大了部隊(duì)對(duì)大型特種車輛駕駛員的需求，特種車輛駕駛員在部隊(duì)的作用和地位日益增大，搞好特種車輛駕駛員訓(xùn)練與考核已成為實(shí)現(xiàn)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要保證[1?3]?，F(xiàn)有的大型特種車輛駕駛員的培養(yǎng)周期長(zhǎng)，培訓(xùn)方法存在體系不完善、科目不完整、培訓(xùn)手段單一，主要是短期培訓(xùn)、應(yīng)急訓(xùn)練、以老帶新的模式;在駕駛員訓(xùn)練考核和評(píng)估方面存在考核標(biāo)準(zhǔn)模糊、考核內(nèi)容隨機(jī)、考評(píng)缺乏數(shù)據(jù)支持等問(wèn)題，極大地制約了大型特種車輛駕駛員的培訓(xùn)能力和效果，因此，有必要開(kāi)展大型特種車輛駕駛員訓(xùn)練與考核評(píng)估技術(shù)的研究[4]。

為了滿足大型特種車輛對(duì)駕駛技能的需求，針對(duì)現(xiàn)有培訓(xùn)手段單一，選拔、考核結(jié)果客觀性差等問(wèn)題，將信息科學(xué)手段引入到駕駛員培訓(xùn)過(guò)程，輔助完成各項(xiàng)培訓(xùn)任務(wù)，并對(duì)駕駛技能做出科學(xué)客觀的評(píng)價(jià)。從構(gòu)建大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核評(píng)估系統(tǒng)總體方案、駕駛訓(xùn)練與考核評(píng)估科目、駕駛技能考核評(píng)估方法及駕駛訓(xùn)練輔助系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等四個(gè)方面開(kāi)展研究，從而全面提升駕駛員訓(xùn)練、考核的科學(xué)性與有效性。解決大型特種車輛駕駛員的科學(xué)培訓(xùn)、客觀考核問(wèn)題，提高大型特種車輛駕駛員培訓(xùn)效率和效益，有效提升大型特種車輛駕駛員實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練水平，這對(duì)提升大型特種車輛快速可靠的機(jī)動(dòng)能力具有重要的軍事意義。

1 ?大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核評(píng)估系統(tǒng)總體方案

大型特種車輛存在車體超長(zhǎng)、超寬，整車質(zhì)量大、重心高，轉(zhuǎn)彎半徑和掃過(guò)寬度大;定點(diǎn)?？繒r(shí)間長(zhǎng)、精度低、夜間停靠難度大的問(wèn)題;在駕駛訓(xùn)練與考核過(guò)程中存在多輛車同時(shí)訓(xùn)練無(wú)法精確定位、缺乏科學(xué)的訓(xùn)練考核手段的問(wèn)題。為扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)訓(xùn)練與考核的弊端，需采用現(xiàn)代技術(shù)手段研發(fā)大型特種車輛駕駛員訓(xùn)練與考核評(píng)估系統(tǒng)，旨在減少大型特種車輛訓(xùn)練考核中人為主觀因素，提高考核評(píng)判的準(zhǔn)確性、客觀性和公正性，從源頭上提高大型特種車輛駕駛員隊(duì)伍的整體素質(zhì)[5?6]。

針對(duì)大型特種車輛行車環(huán)境與要求，從理論學(xué)習(xí)、原理演示與講解、模擬駕駛、輔助訓(xùn)練、考核評(píng)估等多種手段對(duì)駕駛員進(jìn)行全面的培訓(xùn)與考核。通過(guò)深入研究和廣泛調(diào)研，制定了大型特種車輛駕駛員訓(xùn)練與考核評(píng)估的整體技術(shù)方案，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

駕駛訓(xùn)練與考核評(píng)估包括理論學(xué)習(xí)與考核、虛擬操作駕駛訓(xùn)練與考核、實(shí)裝操作駕駛訓(xùn)練與考核三個(gè)子系統(tǒng)。通過(guò)不同階段的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、操作與考核，使導(dǎo)彈發(fā)射車駕駛員的駕駛技能培訓(xùn)更加科學(xué)合理，考核更加準(zhǔn)確、公正，提高導(dǎo)彈發(fā)射車駕駛員隊(duì)伍的整體質(zhì)量。

1.1 ?基于VR技術(shù)的車輛理論學(xué)習(xí)與考核子系統(tǒng)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）的廣泛應(yīng)用，將虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的方法已逐步深入到實(shí)踐教學(xué)中。通過(guò)研究設(shè)計(jì)大型特種車輛構(gòu)造原理與虛擬拆裝輔助示教系統(tǒng)，駕駛員通過(guò)該系統(tǒng)的操作，可便捷重復(fù)地開(kāi)展車輛構(gòu)造原理的學(xué)習(xí)和虛擬拆裝，加深對(duì)零部件的構(gòu)造、原理的學(xué)習(xí)與認(rèn)識(shí)，可輔助駕駛員對(duì)拆裝過(guò)程的理解和記憶，提升駕駛員培訓(xùn)的質(zhì)量與效果[7]。

利用VR技術(shù)可以對(duì)學(xué)習(xí)場(chǎng)景、角色、情境等進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，結(jié)合各種有效的學(xué)習(xí)策略，有力地支持駕駛員的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)效果。基于VR技術(shù)的發(fā)射車?yán)碚搶W(xué)習(xí)與考核方案如圖2所示。

對(duì)于駕駛理論的考核可通過(guò)開(kāi)發(fā)駕駛員理論考核系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛駕駛理論無(wú)紙化考核，并實(shí)現(xiàn)駕駛理論的瀏覽學(xué)習(xí)、模擬考試、培訓(xùn)考核等功能。

1.2 ?虛擬操作駕駛訓(xùn)練與考核子系統(tǒng)

車輛駕駛模擬器是一種能夠比較逼真地模擬車輛運(yùn)行狀況，能夠獲得接近實(shí)車駕駛感受的系統(tǒng)設(shè)備，是一種典型的人在環(huán)路中的半實(shí)物仿真設(shè)備，是用于車輛新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、交通行為特性、道路優(yōu)化、不同駕駛者駕駛特性研究以及駕駛員培訓(xùn)的一種重要工具。因此，可將車輛駕駛模擬器相關(guān)技術(shù)引入到大型特種車輛的虛擬操作駕駛訓(xùn)練考核子系統(tǒng)中。

綜合相關(guān)技術(shù)，虛擬操作駕駛訓(xùn)練與考核子系統(tǒng)主要由車輛動(dòng)力學(xué)模型仿真系統(tǒng)、視景仿真系統(tǒng)、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和考核評(píng)估系統(tǒng)組成。虛擬操作駕駛訓(xùn)練與考核方案如圖3所示。

六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與視景仿真系統(tǒng)都作用于駕駛員，分別通過(guò)運(yùn)動(dòng)體感和視覺(jué)向其提供較為真實(shí)的駕駛感覺(jué)。駕駛員通過(guò)操作方向盤、油門踏板、制動(dòng)踏板、離合踏板等人機(jī)交互設(shè)備對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)進(jìn)行控制，利用車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算求解車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，并將該數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給視景仿真系統(tǒng)，把車輛位姿信息經(jīng)過(guò)體感濾波算法處理以后傳遞給體感運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)。這樣就形成一個(gè)駕駛員操作到駕駛員對(duì)道路及車輛運(yùn)行情況感受的駕駛仿真閉環(huán)，綜合起來(lái)為駕駛員提供逼真的駕駛體驗(yàn)[8]。在系統(tǒng)中加入相關(guān)駕駛科目的訓(xùn)練與考核，通過(guò)科目考核評(píng)估系統(tǒng)評(píng)價(jià)科目的訓(xùn)練效果，實(shí)時(shí)給出考核成績(jī)。

1.3 ?實(shí)裝操作駕駛訓(xùn)練與考核子系統(tǒng)

針對(duì)大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核中存在的問(wèn)題，實(shí)裝操作駕駛訓(xùn)練與考核方案可采用已應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車駕駛考試系統(tǒng)的成熟技術(shù)。以北斗衛(wèi)星定位技術(shù)為基礎(chǔ)，融合組合導(dǎo)航技術(shù)、3D電子地圖技術(shù)、信息融合技術(shù)、智能評(píng)判技術(shù)，研究能夠滿足大型特種車輛駕駛員訓(xùn)練與考核的高精度、全自動(dòng)智能評(píng)判的駕駛訓(xùn)練與考核信息化管理系統(tǒng)方案。經(jīng)調(diào)研論證，擬采用基于北斗/慣導(dǎo)組合技術(shù)的實(shí)裝駕駛訓(xùn)練與考核系統(tǒng)方案，系統(tǒng)技術(shù)方案如圖4所示。

系統(tǒng)由車載分系統(tǒng)、監(jiān)控管理中心、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、測(cè)繪分系統(tǒng)和科目場(chǎng)地分系統(tǒng)組成。

車載分系統(tǒng)安裝在導(dǎo)彈發(fā)射車上，由北斗/慣導(dǎo)終端、音視頻設(shè)備、車載工控機(jī)等設(shè)備組成[9?10]。

監(jiān)控管理中心由計(jì)算機(jī)、北斗差分基站、有/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、大屏幕顯示等設(shè)備構(gòu)成?？己吮O(jiān)控軟件運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上，全面管理駕駛員考核全過(guò)程，管理并維護(hù)所有分系統(tǒng)。北斗差分基站廣播高精度的差分修正信息，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳至車載分系統(tǒng)的北斗/慣導(dǎo)終端，修正北斗的定位精度。監(jiān)控管理中心接收車載分系統(tǒng)傳送的考核過(guò)程和評(píng)判結(jié)果數(shù)據(jù)，結(jié)合視頻數(shù)據(jù)對(duì)考核過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是連接車載分系統(tǒng)和監(jiān)控管理中心的紐帶，根據(jù)場(chǎng)地不同、考核科目不同，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可選擇公共平臺(tái)的3G/4G網(wǎng)絡(luò)，也可建設(shè)獨(dú)立的WiFi或獨(dú)立無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)方式。

測(cè)繪分系統(tǒng)包括測(cè)繪基準(zhǔn)站、測(cè)繪移動(dòng)站、后處理軟件、測(cè)繪量具等。該分系統(tǒng)一方面完成場(chǎng)地地圖的測(cè)繪，另一方面完成虛擬傳感器標(biāo)識(shí)測(cè)繪，同時(shí)還完成考核車輛的輪廓測(cè)繪。測(cè)繪精度越高自動(dòng)評(píng)判的準(zhǔn)確度就越高。測(cè)繪分系統(tǒng)是整個(gè)考核系統(tǒng)的保障系統(tǒng)，用于建立場(chǎng)地、虛擬傳感器、車輛輪廓三者的空間關(guān)系。

2 ?大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核科目設(shè)置

在進(jìn)行大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)訓(xùn)練場(chǎng)地、訓(xùn)練科目?jī)?nèi)容、訓(xùn)練等級(jí)難度等進(jìn)行較為完善的設(shè)置，使系統(tǒng)能真正起到對(duì)駕駛員進(jìn)行全面訓(xùn)練，提高駕駛技能和培訓(xùn)效果進(jìn)行科學(xué)的評(píng)判。

根據(jù)大型特種車輛駕駛中存在大型特種車輛體積大、掃過(guò)范圍寬、在狹窄路段通過(guò)能力差等問(wèn)題，本文項(xiàng)目擬設(shè)置窄路行車、直角轉(zhuǎn)彎、“S”形道路行車、有障礙限制路行車、進(jìn)出車庫(kù)、定點(diǎn)對(duì)中、定位定向等科目，全面考核駕駛員對(duì)車輛前、后、左、右空間位置的判斷能力和準(zhǔn)確度。大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核科目如圖5所示。

定點(diǎn)對(duì)中針對(duì)的是定點(diǎn)?？繂?wèn)題，而在鐵路裝卸載時(shí)，特種車輛與鐵路平板車兩者之間中軸線的平行度和偏差有嚴(yán)格的要求;車輛的定位定向科目是針對(duì)特種車進(jìn)場(chǎng)路線和定位精度要求比較嚴(yán)格時(shí)的訓(xùn)練。通過(guò)上述針對(duì)性訓(xùn)練考核科目以及基礎(chǔ)訓(xùn)練科目的設(shè)置，可全面提升駕駛員的駕駛訓(xùn)練技能，滿足實(shí)際作戰(zhàn)的需求。

3 ?駕駛訓(xùn)練考核輔助系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

駕駛訓(xùn)練考核輔助系統(tǒng)是車載信息處理終端，是針對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射車的駕駛技能進(jìn)行訓(xùn)練與考核的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，已在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)GIS技術(shù)也具有較強(qiáng)的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析功能，已開(kāi)始應(yīng)用于駕考系統(tǒng)?；谶@樣的研究背景，提出集北斗、慣導(dǎo)、GIS技術(shù)及考核自動(dòng)評(píng)判于一體的導(dǎo)彈發(fā)射車駕駛訓(xùn)練考核輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，如圖6所示。

車載終端系統(tǒng)安裝在導(dǎo)彈發(fā)射車上，由北斗/慣導(dǎo)終端、音視頻設(shè)備、車載工控機(jī)等設(shè)備組成。其中北斗/慣導(dǎo)終端是核心設(shè)備，用于測(cè)量車輛精確的位置信息、速度、方向等數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，融合慣性IMU測(cè)量單元的數(shù)據(jù)，可有效提高惡劣環(huán)境下北斗高精度定位定向接收機(jī)的抗干擾能力，準(zhǔn)確測(cè)定考試車輛的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。北斗/慣導(dǎo)終端通過(guò)嵌入GIS電子地圖和考核評(píng)估軟件可實(shí)時(shí)報(bào)告考核項(xiàng)目的結(jié)果。這些結(jié)果一方面通過(guò)語(yǔ)言播報(bào)對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒，另一方面通過(guò)串口或網(wǎng)絡(luò)傳輸給車載工控機(jī)，相關(guān)數(shù)據(jù)信息還可通過(guò)車載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控中心[11]。

駕駛訓(xùn)練考核車載終端設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是硬件設(shè)備采集信息融合、特種車輛考核科目GIS電子地圖的制作、駕駛訓(xùn)練考核科目評(píng)判知識(shí)庫(kù)的制定。

大型特種車輛駕駛員駕駛技能智能評(píng)判是一個(gè)基于多源信息的多屬性決策問(wèn)題，在研究過(guò)程中必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一是如何有效利用多源信息;二是評(píng)估模型的設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法。根據(jù)相關(guān)資料顯示，駕駛員的駕駛行為與道路交通事故有密切關(guān)系，安全駕駛行為標(biāo)準(zhǔn)也逐步成為智能駕考系統(tǒng)的規(guī)范?；谝陨戏治?，擬從駕駛科目考核評(píng)估、駕駛行為考核評(píng)估兩方面開(kāi)展特種車輛駕駛技能考核評(píng)估技術(shù)的研究，綜合分析確定用于駕駛員考核評(píng)估的指標(biāo)參數(shù)。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

大型特種車輛的可靠、快速、機(jī)動(dòng)能力在很大程度上取決于駕駛員的駕駛技能，高超的駕駛技能是車輛可靠、快速、機(jī)動(dòng)的基礎(chǔ)和保證。加強(qiáng)大型特種車輛駕駛員駕駛技能的訓(xùn)練是提高作戰(zhàn)保障力生成的迫切需要，開(kāi)展大型特種車輛駕駛訓(xùn)練與考核方法的研究，提升大型特種車輛駕駛員的駕駛技能，對(duì)于提高大型特種車輛的可靠、快速、機(jī)動(dòng)能力，促進(jìn)戰(zhàn)斗力的快速生成等具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 姬成敏，閆彬，魏建秋，等.大型特種車駕駛員“統(tǒng)一、加二”訓(xùn)練模式研究[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，16（14）：79?82.

JI Chengmin， YAN Bin， WEI Jianqiu， et al. Study on large special vehicle driver′s training mode of ″unified organization and two?step training″ [J]. Journal of Military Transportation University， 2014， 16（14）： 79?82.

[2] 王建中，唐毅，張學(xué)玲.大型特種車駕駛模擬系統(tǒng)體感算法研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（8）：670?673.

WANG Jianzhong， TANG Yi， ZHANG Xueling. Proprioceptive simulation algorithm for the driving simulator system for special heavy vehicles [J]. Transactions of Beijing Institute of Technology， 2008， 28（8）： 670?673.

[3] 呂王朋.基于特種車的故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2017.

L? Wangpeng. Research on the system of prognostics and health management based on special vehicle [D]. Nanjing： Nanjing University of Science & Technology， 2017.

[4] 閆彬，張中舉，鮑利平.大型特種車駕駛員實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練中的安全問(wèn)題[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，17（12）：57?60.

YAN Bin， ZHANG Zhongju， BAO Liping. Safety problems for large special vehicle drivers in actual combat training [J]. Journal of Military Transportation University， 2015， 17（12）： 57?60.

[5] 王武宏，孫逢春，曹琦.道路交通系統(tǒng)中駕駛行為理論與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

WANG Wuhong， SUN Fengchun， CAO Qi. Theory and method of driving behavior in road traffic system [M]. Beijing： Science Press， 2001.

[6] 郭洪洋，韓雪松，劉澗，等.駕駛員交通安全行為可靠性風(fēng)險(xiǎn)度量研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）：103?109.

GUO Hongyang， HAN Xuesong， LIU Jian， et al. Study on measuring of drivers′ traffic safety behavior reliability risks [J]. China safety science journal， 2013（6）： 103?109.

[7] 顧浩煒.直臂式高空作業(yè)車虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2017.

GU Haowei. Study and design of visual reality training system for telescopic boom aerial work platform [D]. Shanghai： East China University of Science and Technology， 2017.

[8] 楊果.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的駕駛模擬仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].重慶：重慶大學(xué)，2016.

YANG Guo. Development of driving simulation system based on virtual reality [D]. Chongqing： Chongqing University， 2016.

[9] 李華，王亞軍，董麗穎.大型特種車輛駕駛員崗位能力研究[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，17（12）：5?8.

LI Hua， WANG Yajun， DONG Liying. Post ability of large special vehicle driver [J]. Journal of Military Transportation University， 2015， 17（12）： 5?8.

[10] 遲家升.基于北斗高精度定位的駕考系統(tǒng)[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2013（6）：15?18.

CHI Jiasheng. Driving test system of high precision positio?ning based on BD [J]. Satellite application， 2013（6）： 15?18.

[11] 王雪梅，張登銀，袁豪，等.基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的駕培系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江蘇通信，2016，32（4）：10?11.

WANG Xuemei， ZHANG Dengyin， YUAN Hao， et al. Design and implementation of driving training system based on the BD satellite navigation [J]. Jiangsu communication， 2016， 32（4）： 10?11.