淺探虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在隧道救援訓(xùn)練中的應(yīng)用

陳世娥

摘 要 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性、想象性等特征在各領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用前景，由于隧道救援訓(xùn)練在現(xiàn)實(shí)中受到訓(xùn)練條件的制約，很多訓(xùn)練無(wú)法開展，本文從隧道救援的環(huán)境、裝備、技術(shù)訓(xùn)練、指揮、演練等程序上探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在隧道救援訓(xùn)練上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 隧道救援 訓(xùn)練

中圖分類號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本質(zhì)是通過計(jì)算機(jī)圖像構(gòu)成的三維數(shù)字模型，生成一個(gè)以視覺感受為主，聽覺、觸覺、嗅覺為輔的人工環(huán)境，從而使得使用者產(chǎn)生一種沉浸于這個(gè)環(huán)境的感覺，并與之發(fā)生“交互”作用。自該技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)一直受到媒體的追捧，近幾年更是在民用上大展拳腳。隧道救援是開展救援工作的一個(gè)重要組成部分，打牢隧道救援的技能基礎(chǔ)，提高運(yùn)用所學(xué)的隧道知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，對(duì)培養(yǎng)救援技術(shù)專業(yè)人才具有重要的支撐作用。

1隧道救援訓(xùn)練對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)需求

當(dāng)前隧道救援訓(xùn)練存在訓(xùn)練環(huán)境不好構(gòu)筑、訓(xùn)練裝備少、多背景下訓(xùn)練難、組織指揮策略難到位等問題，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠輔助隧道救援技術(shù)訓(xùn)練，彌補(bǔ)訓(xùn)練難到位的問題，提升隧道救援訓(xùn)練效果。

1.1訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)難把控，危險(xiǎn)系數(shù)高，部分課目不敢訓(xùn)

隧道災(zāi)害發(fā)生后，隧道結(jié)構(gòu)往往遭到破壞，內(nèi)部環(huán)境發(fā)生變化，易發(fā)生次生災(zāi)害，開展救援工作前需對(duì)隧道內(nèi)外環(huán)境、隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行的評(píng)估，條件適合后方可開展救援工作。對(duì)于開展救援工作訓(xùn)練：一是真實(shí)的隧道環(huán)境危險(xiǎn)。不管是正在施工的環(huán)境或者是已經(jīng)投入使用的隧道環(huán)境，因?yàn)榘踩蛩氐闹萍s都不大現(xiàn)實(shí);二是裝備使用危險(xiǎn)。隧道搶險(xiǎn)的加固、支撐、搶通等訓(xùn)練項(xiàng)目涉及的裝備基本都是大型裝備，使用難度大，需要多人協(xié)作，稍有不慎可能造成安全事故。

1.2訓(xùn)練環(huán)境難于構(gòu)筑，裝備不到位，部分課目訓(xùn)不了

一是環(huán)境難于構(gòu)筑。隧道救援受空間、時(shí)間、氣象因素限制大，保障比較困難，造成在實(shí)施隧道救援訓(xùn)練過程中，停留在簡(jiǎn)單的技術(shù)操作上，缺乏隧道災(zāi)害發(fā)生預(yù)測(cè)、災(zāi)害等級(jí)評(píng)估、及時(shí)救災(zāi)等實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，形成訓(xùn)練短板，制約隧道救援在實(shí)戰(zhàn)中的現(xiàn)場(chǎng)處置能力的生成。二是訓(xùn)、用裝備不一致。隧道救援訓(xùn)練裝備多數(shù)大、重、貴，現(xiàn)階段隧道救援編配的訓(xùn)練裝備多數(shù)沒有落實(shí)到位，受訓(xùn)者對(duì)于多數(shù)的裝備僅僅停留在資料上的學(xué)習(xí)，沒有訓(xùn)練到位，造成了受訓(xùn)者進(jìn)入崗位后需要重新進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練才能進(jìn)入工作模式。

1.3訓(xùn)練組織受限較多，訓(xùn)練手段單一，部分課目訓(xùn)練層次低

組織隧道救援訓(xùn)練受到場(chǎng)地、裝備、氣候、時(shí)間等諸多因素的制約，訓(xùn)練過程中存在，一是訓(xùn)練手段比較單一。當(dāng)前隧道救援訓(xùn)練層次比較低，有些課目只講解理論，不會(huì)操作;能訓(xùn)的課目難的走過場(chǎng)，不精不細(xì);大量存在只練技能，不練戰(zhàn)術(shù);更是缺乏與其他專業(yè)分隊(duì)的一體化聯(lián)合聯(lián)訓(xùn);二是現(xiàn)代技術(shù)手段綜合應(yīng)用不足。訓(xùn)練中用到的模擬仿真系統(tǒng)各自為戰(zhàn)，技術(shù)訓(xùn)練只管技術(shù)訓(xùn)練，戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練只管戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，受訓(xùn)者形成不了綜合戰(zhàn)斗力。

1.4思想不重視，訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)低，部分課目訓(xùn)不到位

在執(zhí)行救援任務(wù)中，參加隧道救援任務(wù)概率較低，思想上放松，麻痹大意，在進(jìn)行隧道救援訓(xùn)練中就出現(xiàn)部分科目不訓(xùn)，或者為了安全降低訓(xùn)練難度。存在“就易不就難”“有所訓(xùn)有所不訓(xùn)”“點(diǎn)到為止”等現(xiàn)象。比如攪拌機(jī)、壓路機(jī)，有些單位配了，有些單位沒有配，已經(jīng)配發(fā)也是擱置到報(bào)廢，沒有配發(fā)的單位就停留在概念上的一個(gè)名詞，知其然不知其所以然。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在隧道救援訓(xùn)練中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠打破時(shí)間、空間、裝備、環(huán)境等因素的限制，通過模塊導(dǎo)入和相關(guān)配件達(dá)到人機(jī)交互的目的，使訓(xùn)練者能夠親身經(jīng)歷、感受和操控，既解決了訓(xùn)練條件的問題，也節(jié)約了訓(xùn)練成本，還規(guī)避了現(xiàn)場(chǎng)觀摩的風(fēng)險(xiǎn)，在使用過程中有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1應(yīng)用于構(gòu)建虛擬訓(xùn)練環(huán)境，提升“浸入感”

相比于傳統(tǒng)的二維成像或者沙漠描述環(huán)境的方式，利用虛擬系統(tǒng)中的三維成像技術(shù)（氣候、隧道結(jié)構(gòu)、交通情況和救援裝備等）、聲音庫(kù)（災(zāi)害的聲音、車輛的摩擦和汽笛聲、受難者的恐懼呻吟聲等）、嗅覺庫(kù)等制造一個(gè)“真實(shí)”的救援環(huán)境，受訓(xùn)者通過顯示設(shè)備和佩戴仿真眼鏡浸入其中。通過觸摸傳感器并借助輔助裝備對(duì)進(jìn)入環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，比如，受訓(xùn)者在使用隧道救援裝備時(shí)，手有抓握的感覺和重量的體驗(yàn)，并且裝備能夠隨著人的移動(dòng)而移動(dòng)。

2.2應(yīng)用于模擬救援裝備操作，提升“真實(shí)感”

對(duì)于展開救援使用的大型裝備，和重型工具，可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的數(shù)據(jù)庫(kù)提供，數(shù)據(jù)庫(kù)里面的工具無(wú)論從外觀還是里面結(jié)構(gòu)，以及使用感覺都跟真實(shí)差別不大，有效緩解訓(xùn)練裝備不到位的問題，還能使受訓(xùn)者得到有效的訓(xùn)練，避免了安全事故，提升安全率。

2.3應(yīng)用于訓(xùn)練專業(yè)救援技能，提升“安全感”

救援人員接到救援任務(wù)以后要迅速帶上裝備，奔赴一線場(chǎng)地，第一時(shí)間打通生命通道，解救被困的人員，要求救援人員要加強(qiáng)技能和適應(yīng)性訓(xùn)練。救援裝備的操作具有很強(qiáng)專業(yè)性，在訓(xùn)練過程中，很多受訓(xùn)者剛開始會(huì)有畏難的情緒，可以利用虛擬系統(tǒng)，使受訓(xùn)者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行重復(fù)性的技能操作，熟悉裝備，就算誤操作也可以回頭重新開始，這樣做可以減少裝備的損耗、減少誤傷、增強(qiáng)受訓(xùn)者心理的適應(yīng)性。

2.4應(yīng)用于訓(xùn)練指揮員決策判斷，提升“指控感”

傳統(tǒng)的指揮手段很難讓指揮員對(duì)整個(gè)救援進(jìn)程有一個(gè)全局的認(rèn)識(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可按照真實(shí)隧道救援實(shí)戰(zhàn)流程，構(gòu)設(shè)指揮課題環(huán)境（參與救援的人員、受困群眾、地理?xiàng)l件，災(zāi)害等級(jí)、氣象及隧道內(nèi)條件、交通情況等因素），進(jìn)行分隊(duì)各級(jí)指揮研練，提高各級(jí)指揮員協(xié)同水平，切實(shí)提高實(shí)戰(zhàn)化水平。如班長(zhǎng)可以對(duì)班組行動(dòng)人員分工劃分、裝備選用、方法選擇、情況處置等內(nèi)容進(jìn)行指揮訓(xùn)練;連排長(zhǎng)，可以對(duì)小組間協(xié)同，信息偵察、情況研判、救援方案運(yùn)用等進(jìn)行訓(xùn)練;交通大隊(duì)長(zhǎng)，可開展對(duì)快捷指揮法、行動(dòng)指揮規(guī)范、情況處置等進(jìn)行訓(xùn)練。

2.5應(yīng)用于隧道救援演練，提升“全局感”

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開展救援的實(shí)戰(zhàn)化演練，可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練模式的變革。一是利用虛擬平臺(tái)的模塊拓展，增加新情景和內(nèi)容，例如通過隧道內(nèi)的空間、濕度、災(zāi)害類型、環(huán)境、噪音的精準(zhǔn)建模，并通過預(yù)先的預(yù)仿真訓(xùn)練，能夠提升救援人員在陌生地域展開救援的人裝結(jié)合能力;二是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理、傳感器等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)救援人員和各級(jí)指揮機(jī)構(gòu)的聯(lián)演聯(lián)訓(xùn)，開展紅藍(lán)對(duì)抗，甚至可以組織虛擬機(jī)構(gòu)和真實(shí)救援分隊(duì)的對(duì)抗訓(xùn)練，檢驗(yàn)救援方案的有效性與合理性;三是利用通信模塊，促進(jìn)警地協(xié)同。一個(gè)救援行動(dòng)往往是軍地共同合作，公安、電力、交通、運(yùn)營(yíng)商、環(huán)保、氣象、水務(wù)、應(yīng)急救援部各種應(yīng)急力量的參與，通過平臺(tái)使災(zāi)害信息的實(shí)時(shí)共享，減少指揮環(huán)節(jié)，為救援贏得寶貴的時(shí)間，搶占生命的通道。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在隧道救援訓(xùn)練中應(yīng)用應(yīng)把握的幾個(gè)問題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為隧道救援訓(xùn)練提供很多的便利，在應(yīng)用過程中也不能一味的強(qiáng)調(diào)技術(shù)的便利，應(yīng)該在現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上，合理設(shè)置參數(shù)，提升效費(fèi)比。

3.1要注重與實(shí)際訓(xùn)練手段相結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只是虛擬的出來(lái)場(chǎng)景環(huán)境，可以作為訓(xùn)練的延伸，也可作為適應(yīng)性和重復(fù)性訓(xùn)練，但是不能完全替代實(shí)兵實(shí)戰(zhàn)。一方面身體體驗(yàn)感不同。在隧道救援的現(xiàn)場(chǎng)，時(shí)刻處在危險(xiǎn)的邊緣，自然、裝備給予身體的痛傷是常見的，而在虛擬環(huán)境中就不會(huì)有身體上的傷痛。另一方面面臨的壓力不一樣。在大自然面前，人的力量是微小的。當(dāng)真正的災(zāi)害來(lái)臨時(shí)，面對(duì)隧道內(nèi)坍塌滾落的石頭、熊熊的烈火、泄露的化學(xué)危險(xiǎn)品，面對(duì)逃離的群眾，作為逆行者面對(duì)的心理壓力和聽視覺沖擊，在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)不到的。

3.2要注重與實(shí)際技戰(zhàn)術(shù)要求相結(jié)合

利用VR技術(shù)開展隧道救援訓(xùn)練，虛擬系統(tǒng)是訓(xùn)練的一種重要形式，也就是說(shuō)訓(xùn)練系統(tǒng)有著舉足輕重的重要。選擇訓(xùn)練系統(tǒng)的質(zhì)量要注重系統(tǒng)的科學(xué)性，從隧道的地理環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖層類型、結(jié)構(gòu)特征設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，救援級(jí)別對(duì)應(yīng)的措施、裝備、人力應(yīng)該設(shè)置合理，不能為了難而增加難度，或者隨意減低標(biāo)準(zhǔn)，給受訓(xùn)者于錯(cuò)誤的誤導(dǎo)。

3.3要注重與經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(shí)整套系統(tǒng)的架設(shè)，包括軟件的開發(fā)，傳感器、頭盔、三維眼鏡、體感衣服、感應(yīng)手套、動(dòng)態(tài)控制器、動(dòng)作捕捉器等外圍設(shè)備，全部配發(fā)下來(lái)，價(jià)格不菲，是一筆較大的投入，因此在實(shí)際操作中根據(jù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算，采取合理的配套，既能達(dá)到訓(xùn)練的效果，也要做到最大的經(jīng)費(fèi)優(yōu)化。

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