VR技術(shù)在模擬尾拋式救生艇釋放訓(xùn)練中的應(yīng)用

李 宇,劉 康,高麗文

(1.寧波海運股份有限公司,浙江 寧波 315000;2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州 311112)

0 引言

尾拋式救生艇是船上重要的救生器材,經(jīng)修正的SOLAS公約第Ⅲ章第19條“應(yīng)急訓(xùn)練與演習(xí)”中有關(guān)“棄船演習(xí)”的規(guī)定和要求:(1)演習(xí)應(yīng)盡可能按實際應(yīng)急情況進(jìn)行;(2)每位船員每月應(yīng)至少參加一次棄船演習(xí)。若有25%以上的船員未參加該特定船上的上個月棄船演習(xí),應(yīng)在該船離港后24內(nèi)舉行該項演習(xí)[1]。

近幾年,媒體多次報道的船舶在棄船演習(xí)過程中發(fā)生安全事件引起了業(yè)內(nèi)的關(guān)注,國際海事組織(IMO)于2017年批準(zhǔn)了MSC.1/Circ.1578 通函,即《救生艇用于棄船演習(xí)的安全指南》,對于救生艇的安全操作提供了指導(dǎo)意見,但如何提高操作人員水平,降低安全風(fēng)險變成了厄需解決的問題[2]。

虛擬仿真技術(shù)(Virtual Reality,VR)起源于20世紀(jì)90年代,應(yīng)用計算機三維視圖、多傳感器和高清顯示技術(shù)生成虛擬現(xiàn)實場景,模擬現(xiàn)實生活中的物理特征,獲得與現(xiàn)實生活中同樣的體驗。操作者通過頭盔和手柄可以與虛擬場景模擬產(chǎn)生交互,獲得真實的操作體驗。我校聯(lián)合校企合作單位自主開發(fā)的基于VR技術(shù)的模擬尾拋式救生艇釋放訓(xùn)練系統(tǒng)可以將虛擬仿真與救生艇訓(xùn)練有機結(jié)合,有效提高操作人員的訓(xùn)練水平,同時降低設(shè)備成本,具有極其廣闊的推廣價值[3]。

1 訓(xùn)練系統(tǒng)內(nèi)容

1.1 基于真實的場景

本訓(xùn)練系統(tǒng)場景來自于5萬噸級別散貨船舶,系統(tǒng)最大真實地保留了母船噸位、船舶設(shè)備配備和其他相關(guān)設(shè)施,采集了實景的音頻和視頻資料,采用了粒子度較低的畫質(zhì),結(jié)合音頻效果,營造出真實的船舶應(yīng)急場景,受訓(xùn)人員在訓(xùn)練中能夠較真切地感受到演習(xí)緊迫性,現(xiàn)實模擬度較高(見圖1)。

圖1 救生艇配備要求

1.2 自由度較高的用戶界面

本系統(tǒng)建立了海況良好、船舶火災(zāi)、大風(fēng)浪天氣以及沉船四種演習(xí)場景,可以根據(jù)訓(xùn)練的要求選擇海浪高度、船舶振動強弱、風(fēng)速大小等背景因素。為了能夠更好地協(xié)同操作,本系統(tǒng)特別設(shè)置了多窗口切換,可以從不同視角輔助用戶觀察。同時,為了能夠更好地干預(yù)和糾正受訓(xùn)人員的錯誤,用戶界面設(shè)有提示和警告,當(dāng)用戶不能夠繼續(xù)操作或者有違背操作原則的情況下能夠及時地給予提示和警告。

1.3 多人協(xié)作的交互訓(xùn)練

尾拋式救生艇的釋放訓(xùn)練是一個集體協(xié)作的過程,需要全體船員的共同努力才能完成。因此,本訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)置了多人協(xié)作模式,特別是救生艇的手動重力式吊放過程中,本系統(tǒng)模擬真實的液壓操作手柄模式,通過兩人及以上的共同操作,在多窗口視角模式下,救生艇的鋼絲繩和搖臂聯(lián)動釋放,這一模式可以極大提高船舶真實棄船演習(xí)情況下操作人員的操作水平,并且容錯能力強,不受外界干擾,可以全天候、多層次的綜合訓(xùn)練。救生艇協(xié)同操作,如圖2所示。

圖2 救生艇協(xié)同操作

2 訓(xùn)練實現(xiàn)方法

本系統(tǒng)訓(xùn)練主要分為3個模塊,即放艇前準(zhǔn)備、選擇放艇模式、回收救生艇。放艇前準(zhǔn)備側(cè)重于考查受訓(xùn)人員對于救生艇相關(guān)物品的認(rèn)知能力、安全意識和使用方法;放艇模式有手動重力式吊落和自由式滑落兩種;回收救生艇也是對于受訓(xùn)人員技能的有效考核[4]。

2.1 放艇前準(zhǔn)備

放艇前準(zhǔn)備工作包括:確保艇內(nèi)電源充足;艇機油位,水位正常;屬具,燃料齊全,充足;艇機、舵等相關(guān)設(shè)備工作正常,舵機在中間位置;所有人員已在指定地點集合待命;檢查并去除釋放區(qū)域所有阻礙物,確保釋放區(qū)域安全清爽;拔掉釋放鉤上的安全銷等。其中對于救生屬具的檢查屬于重點考察部分,考查內(nèi)容包括屬具的識別、數(shù)量、用途及配備使用要求[5]。

2.2 選擇放艇模式

本訓(xùn)練系統(tǒng)為了滿足受訓(xùn)人員在不同環(huán)境下的釋放要求,設(shè)置了兩種釋放方式:手動重力式吊放和自由式釋放[6]。

手動重力式吊放適合在一般緊急情況下進(jìn)行釋放,釋放時主要有一名指揮和一名操作人員協(xié)同操作,操作設(shè)備為救生艇鋼絲吊索以及剛體搖臂,由于兩者屬于聯(lián)動效果,所以操作人員需要不斷調(diào)整兩者的液壓動力,以使得救生艇能夠沿著軌道平緩下滑。在釋放過程中,指揮人員與操作人員需要進(jìn)行有效溝通,操作人員對左右手操作手柄協(xié)同配合,一旦操作有誤,救生艇就會脫離軌道,同時發(fā)出聲光報警,如果操作嚴(yán)重失誤,則立刻被叫停,同時提示本次訓(xùn)練失敗。

自由式釋放適用于船舶在發(fā)生特別緊急時,留給船上人員逃生的機會已非常渺小或者船舶發(fā)生大幅度傾斜,無法進(jìn)行吊放時。操作人員進(jìn)入虛擬的救生艇內(nèi)部,調(diào)整好座椅,系好安全帶,脫鉤后自由滑落至水面,體驗滑落過程中的失重感和進(jìn)入水面的沖擊感。通過學(xué)員反饋,此項可以提高船員應(yīng)急意識,提升安全防范技能,同時保證了人員安全。

3 回收救生艇

回收救生艇是本訓(xùn)練最后一個模塊,一般是演習(xí)結(jié)束或危機解除之后需要重新回到母船時所做?；厥站壬У年P(guān)鍵在于安全的掛鉤以及平緩的吊高救生艇,同時正確穩(wěn)固的綁扎救生艇也很重要。

4 訓(xùn)練應(yīng)用的技術(shù)

在本次關(guān)于VR模擬尾拋式救生艇釋放訓(xùn)練中的相關(guān)技術(shù):(1)吊艇臂運動模型的建立:為艇架吊臂建立運動模型,實現(xiàn)對其運動的模擬。(2)采用質(zhì)點-彈簧模型,實現(xiàn)對不同材質(zhì)柔性繩索的仿真。(3)采用兩種協(xié)同工作方式使多角色協(xié)同訓(xùn)練更加靈活,并保證場景和操作流程的一致性。(4)采用船舶運動模型實現(xiàn)船舶、救生艇的運動仿真。

5 結(jié)語

本訓(xùn)練系統(tǒng)采用了虛擬仿真技術(shù)模擬尾拋式救生艇釋放訓(xùn)練,一方面可以降低尾拋式救生艇實際操作中可能發(fā)生的安全隱患,另一方面可以降低訓(xùn)練成本,同時提高訓(xùn)練的成效,實現(xiàn)全天候、無地域限制的訓(xùn)練。在經(jīng)過了一定范圍內(nèi)的推廣后,學(xué)院反饋效果良好,企業(yè)接納程度較高,達(dá)到了有益的效益。