歐洲應(yīng)急救援組織虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的啟示

北京華中僑興科技有限公司 李純｜文、圖

經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對公眾已不再是一個(gè)陌生的詞匯?；谔摂M現(xiàn)實(shí)開發(fā)的應(yīng)用日趨增多，在軍事、航天、醫(yī)療、應(yīng)急救援等各個(gè)行業(yè)都得到深入的結(jié)合和發(fā)展。由于應(yīng)急救援和消防領(lǐng)域具有高風(fēng)險(xiǎn)的工作環(huán)境、災(zāi)害情景的不可重現(xiàn)等特殊的工作性質(zhì)，對于借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行指揮決策、危險(xiǎn)認(rèn)知和識別、團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)等方面的訓(xùn)練和演練有著更為專業(yè)化的需求。本文簡要介紹歐洲國家的應(yīng)急救援單位對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用情況，文中引用數(shù)據(jù)來自澳大利亞消防局關(guān)于《歐洲國家應(yīng)急救援虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用報(bào)告》。該報(bào)告通過走訪、問題表、電話/視頻會議等方式對于歐洲主要國家的39個(gè)應(yīng)急救援單位進(jìn)行了調(diào)研工作。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

歐洲的應(yīng)急救援部門采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為日常訓(xùn)練和演習(xí)的補(bǔ)充輔助手段已逾十年。從技術(shù)的角度來說，虛擬現(xiàn)實(shí)已有非常明確的科學(xué)定義，而從應(yīng)急救援的實(shí)際應(yīng)用來看，可以將其簡化為以下4 個(gè)要點(diǎn)：

1.由三維環(huán)境和3D 的物件模型，例如人物、車輛等組成的災(zāi)害或突發(fā)事件現(xiàn)場；

圖1 應(yīng)急救援行業(yè)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用方向

圖2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要應(yīng)用培訓(xùn)場景

2.參與者可通過虛擬角色分配在三維現(xiàn)場中移動，例如行走、駕駛車輛，操控飛行器等等；

3.可以通過屏幕或者頭戴式顯示設(shè)備播放畫面；

4.可以選擇性地加入可交互或者可穿戴式設(shè)備。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用方向與場景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要被應(yīng)用在中高階指揮員的指揮訓(xùn)練上，這也是其早期應(yīng)用于應(yīng)急救援行業(yè)的最初目的。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備以及可交互式設(shè)備的發(fā)展，對于單兵技能訓(xùn)練的需求也在不斷提升。

虛擬現(xiàn)實(shí)用于ICS（Incident command system 事故指揮系統(tǒng)）訓(xùn)練

在20 世紀(jì)70 年代早期，消防指揮官們意識到需要新的方法來管理迅猛蔓延的火災(zāi)的必要性。大規(guī)模、復(fù)雜的火災(zāi)暴露了指揮體系中存在的弱點(diǎn)和問題。如果沒有合適的指揮體系和架構(gòu)，消防人員通常會面對以下問題：

1.過多的人員向同一指揮員匯報(bào)；

2.消防部門經(jīng)常需要與其他執(zhí)法和管理單位協(xié)同工作，可能會造成組織指揮方面的混亂；

3.不明確的指揮權(quán)界限，人員不清楚對誰負(fù)責(zé)或與誰協(xié)調(diào)合作；

4.突發(fā)事件的處置目標(biāo)往往不明確或不清楚；

5.情報(bào)信息沒有在組織內(nèi)部很好地傳達(dá)和流動，導(dǎo)致缺乏可靠的現(xiàn)場情景認(rèn)知和風(fēng)險(xiǎn)辨識。

進(jìn)行指揮體系和指揮鏈的訓(xùn)練和演習(xí)相對更為困難。在現(xiàn)實(shí)世界中很難重建一個(gè)可視化的突發(fā)事故場景或者自然災(zāi)害的環(huán)境，如今這些都可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。特別是對于單一指揮或者聯(lián)合指揮的部分，對于最初抵達(dá)現(xiàn)場的第一指揮員和后續(xù)指揮權(quán)交接或者災(zāi)情擴(kuò)大后的聯(lián)合指揮員，都可以進(jìn)行很好的沉浸式訓(xùn)練。在實(shí)際的滅火作戰(zhàn)中，大多數(shù)的火情都是在初級指揮階段就可以控制和撲滅，因此單一指揮能力的訓(xùn)練是至關(guān)重要的。

英國消防局不僅將虛擬現(xiàn)實(shí)作為培訓(xùn)演練手段，更將其列為重要的指揮官職業(yè)能力評定考核工具。通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件進(jìn)行災(zāi)害的情景構(gòu)建，并加入一定的事件發(fā)展和觸發(fā)條件，已經(jīng)成為英國很多消防隊(duì)或應(yīng)急救援綜合培訓(xùn)中心的考核手段。

英 國 的SFJ（Skills for Justice 司法技能 英國用于培訓(xùn)和評定警察、消防員、社區(qū)工作者以及武裝部隊(duì)人員職業(yè)能力的組織）很早就把模擬訓(xùn)練寫入其消防和應(yīng)急指揮官（Incident command in fire and rescue service）的職業(yè)資格手冊中，目前各地都在采用虛擬現(xiàn)實(shí)手段提升模擬、情景化訓(xùn)練的沉浸度和真實(shí)感。在疫情期間，筆者參與了英國德比郡消防救援培訓(xùn)中心采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的遠(yuǎn)程研討，獲得了良好得使用體驗(yàn)。

除了指揮訓(xùn)練層面的應(yīng)用，基于穿戴式和人機(jī)交互的應(yīng)用也不斷被開發(fā)出來并應(yīng)用到基層隊(duì)伍中。英國消防學(xué)院的國際培訓(xùn)部主任曾向筆者介紹了一套穿戴式的虛擬現(xiàn)實(shí)消防水槍訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)由便攜式計(jì)算機(jī)、仿真水槍、水帶、加熱消防背心、VR 眼鏡等幾部分組成，可以非常真實(shí)地重現(xiàn)火場情景。受訓(xùn)人員可以在虛擬場景中進(jìn)行現(xiàn)場觀察，情況匯報(bào)，水槍使用技術(shù)和技巧等的訓(xùn)練，提前為進(jìn)入真火訓(xùn)練階段做好準(zhǔn)備。這大大提高了消防救援隊(duì)伍的準(zhǔn)備程度，同時(shí)也減低了可能發(fā)生的傷亡和健康風(fēng)險(xiǎn)。在疫情期間，該系統(tǒng)也很好地解決了保持隊(duì)伍訓(xùn)練頻次的問題。

歐盟民防組織支持的IGNIS 研究項(xiàng)目

通過模擬仿真技術(shù)進(jìn)行大型火災(zāi)全球管理的倡議IGNIS （Initiative for global management of big fires through simulation）是由歐盟民防組織支持并資助的跨國應(yīng)用研究項(xiàng)目，旨在將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用至大型火災(zāi)指揮訓(xùn)練研究。該項(xiàng)目由來自意大利、法國、葡萄牙、英國4 個(gè)國家的專業(yè)消防和應(yīng)急救援專家參與。

在兩年中，4個(gè)國家中被選定的消防單位采用虛擬現(xiàn)實(shí)手段進(jìn)行了大火的模擬演習(xí)，并對參與者和評定者進(jìn)行了跟蹤報(bào)告，以便進(jìn)一步促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)制定以及系統(tǒng)化和專業(yè)化的普及。

IGNIS 對于本次項(xiàng)目所采用的模擬系統(tǒng)給出了較為明確的使用定義：

1.在事件發(fā)展的時(shí)序中，按預(yù)定時(shí)間給參與者或參與組織發(fā)送情報(bào)信息；

2.模擬參與單位或其它組織所計(jì)劃采取的行動；

3.根據(jù)需要對行動做出反應(yīng)，例如：參與者發(fā)布的命令導(dǎo)致了非計(jì)劃內(nèi)的情節(jié)發(fā)展、參與者要求更多的情報(bào)信息、參與者的決策與計(jì)劃的腳本情節(jié)沒有邏輯聯(lián)系。

歐盟民防組織認(rèn)為，曾經(jīng)那種一切都執(zhí)行得完美順利，但沒有從過程中，特別是錯(cuò)誤中積累到學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的演習(xí)是沒有以最佳的學(xué)習(xí)方式來產(chǎn)生結(jié)果的模式。這種演習(xí)模式對于參加者并沒有實(shí)際的幫助，當(dāng)然也不會對歐盟民防組織應(yīng)急管理工作的改進(jìn)發(fā)揮作用。而由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的更貼近于現(xiàn)實(shí)情況的沉浸式和情景化的演習(xí)，更能反映出可能在實(shí)際應(yīng)急救援工作中所存在的不足，非常具有深入研究和逐步推行的價(jià)值。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用限制

虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種新技術(shù)，在應(yīng)用上還存在一些問題和疑慮，主要包括以下3 個(gè)方面：

一是是否具有成本優(yōu)勢。從歐洲主要國家情況來看，初期成本主要是軟硬件，案例開發(fā)等方面。興建一個(gè)專門的固定模擬中心需要很多的準(zhǔn)備工作，這些都需要人力、物力的投入，短期內(nèi)會需要一定金額的預(yù)算來支撐。但從長遠(yuǎn)來看，虛擬培訓(xùn)中心會極大地降低實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練和演練的成本。并不是說，虛擬培訓(xùn)將取代實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，但其全天候的組織能力，完全無傷亡和健康風(fēng)險(xiǎn)，以及對環(huán)境無污染的特性，不能完全用資金成本來衡量。

VR 技術(shù)重現(xiàn)森林火災(zāi)救援

二是是否可以滿足復(fù)雜的訓(xùn)練需求。消防救援的訓(xùn)練需求是非常復(fù)雜的。由于人為和自然災(zāi)害的發(fā)生頻次和復(fù)雜程度增大，對于應(yīng)急救援人員職業(yè)能力的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更多地集中應(yīng)用在應(yīng)急指揮能力的訓(xùn)練，這其中不僅僅是使用了何種新技術(shù)的問題，也包括采用什么樣的訓(xùn)練和評估方法，以及使用這些方法與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的理論依據(jù)。例如與基于自然決策（naturalistic decision making）, 認(rèn) 知 決 策（recogniton primed decision making）的決策學(xué)的結(jié)合，與基于環(huán)境認(rèn)知（situation awareness）及其局限性的決策理論的結(jié)合等等。理論、技術(shù)、應(yīng)用的互相結(jié)合和促進(jìn)使模擬仿真訓(xùn)練向綜合專業(yè)學(xué)科推進(jìn)，成為理論與實(shí)踐、科學(xué)與應(yīng)用的專業(yè)化結(jié)合。

三是需要專屬的運(yùn)營團(tuán)隊(duì)。從歐洲國家的實(shí)際情況來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用不是將技術(shù)產(chǎn)品直接交給用戶的簡單項(xiàng)目交付。從訓(xùn)練目的、訓(xùn)練方法、案例設(shè)計(jì)、演習(xí)組織、考核評估都需要有專業(yè)團(tuán)隊(duì)的參與。法國和英國都從消防救援隊(duì)伍中抽調(diào)組織專門力量來和外部的專家、大學(xué)以及企業(yè)一起合作，進(jìn)而達(dá)成了螺旋式上升的快速發(fā)展效果，通常被稱之產(chǎn)學(xué)研用的有機(jī)集合。

虛擬現(xiàn)實(shí)在應(yīng)急救援行業(yè)可預(yù)期的未來

一是沉浸感的提升。軟硬件設(shè)備的發(fā)展共同促進(jìn)了使用者沉浸感的提升。高性能顯卡的升級換代極大地提升了三維圖像的顯示質(zhì)量，頭戴式顯示設(shè)備的更新?lián)Q代也解決了諸如眩暈、延遲、基站定位等問題，使用體驗(yàn)得到極大地增強(qiáng)，用戶可以更為專注于訓(xùn)練科目的本身。

二是能夠定制化三維環(huán)境。越來越多的定制化三維模型需求。例如，轄區(qū)內(nèi)重點(diǎn)設(shè)施、街道、建筑物的建模，包括客戶化的救援車輛、人員等等，這些都更有利于用戶對于日常執(zhí)勤的環(huán)境進(jìn)行定向性的案例復(fù)盤或者災(zāi)情想定。

三是可以遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。由于疫情的影響，2020 年以來對于遠(yuǎn)程訓(xùn)練和演練的需求大幅增加。未來的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)被設(shè)計(jì)為采用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程登錄和訪問，將在更廣泛的地理區(qū)域內(nèi)得到應(yīng)用。

小結(jié)

本文僅概括地介紹了歐洲國家的應(yīng)急管理部門在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用方面的一些情況。這主要是因?yàn)闅W洲國家在這方面開展較早，經(jīng)驗(yàn)相對豐富。實(shí)際上，在北美和亞太地區(qū)，近5 年來，虛擬現(xiàn)實(shí)在應(yīng)急產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用也在高速發(fā)展。值得關(guān)注的是，這種技術(shù)應(yīng)用絕不是新技術(shù)帶來激動人心的體驗(yàn)?zāi)敲春唵危诮Y(jié)合了指揮學(xué)、決策學(xué)、心理學(xué)等其他學(xué)科的理論基礎(chǔ)之后，虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬仿真將成為新時(shí)代的應(yīng)急救援訓(xùn)練利器。