視景仿真技術(shù)在消防滅火救援模擬訓(xùn)練中的應(yīng)用

摘要：為有效解決消防滅火救援模擬訓(xùn)練中應(yīng)用視景仿真技術(shù)存在的問題，文章對滅火救援模擬系統(tǒng)各類模塊情況進(jìn)行分析，找出模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中視景仿真模塊的結(jié)構(gòu)。通過分析各類滅火救援訓(xùn)練的需求內(nèi)容，分析滅火救援模擬訓(xùn)練的最佳選擇，找出相應(yīng)解決問題的方案和措施，為相關(guān)人員（或工程設(shè)計(jì)人員）提供參考思路。

關(guān)鍵詞：視景仿真技術(shù);消防滅火救援;模擬訓(xùn)練

消防救援隊(duì)伍在新時期的工作任務(wù)主要是由火災(zāi)撲救、搶險(xiǎn)救援和社會救助三大塊組成。近幾年，隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，各地經(jīng)常出現(xiàn)一些特殊的火災(zāi)事故，這些火災(zāi)事故的出現(xiàn)給消防部門帶來巨大挑戰(zhàn)，這些特殊的火災(zāi)事故包括建筑火災(zāi)、石油化工氣體泄漏火災(zāi)、大空間大體量火災(zāi)等。要想從根本上解決這些難題，就需要在平時根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案，然后有計(jì)劃地進(jìn)行訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)預(yù)演，提高消防救援隊(duì)伍的災(zāi)害處置能力。

一、模擬訓(xùn)練的內(nèi)容

模擬訓(xùn)練主要指通過模擬現(xiàn)實(shí)災(zāi)害事故現(xiàn)場，給消防救援人員營造一種真實(shí)的情境，把人和相關(guān)設(shè)備結(jié)合在一起，最終通過一系列模擬訓(xùn)練來達(dá)到“練為戰(zhàn)”的目的。模擬訓(xùn)練工作既能有效檢驗(yàn)消防救援人員對相關(guān)消防救援業(yè)務(wù)知識的掌握情況，還能提高消防指揮員的實(shí)戰(zhàn)能力和組訓(xùn)指揮能力。

二、模擬訓(xùn)練的內(nèi)容

傳統(tǒng)的模擬訓(xùn)練主要通過體能和技能操法訓(xùn)練來實(shí)現(xiàn)，往往容易忽略消防救援人員的臨場應(yīng)變能力和心理素質(zhì)的專項(xiàng)訓(xùn)練。近年來，各地消防救援人員傷亡事故頻發(fā)，保障消防救援人員的安全顯得至關(guān)重要，因此提高消防救援人員的心理素質(zhì)和臨場指揮能力也是目前訓(xùn)練的重點(diǎn)內(nèi)容。沙盤桌面演練雖然也可以在一定程度上幫助消防訓(xùn)練工作，但是實(shí)戰(zhàn)性較差，不能作為訓(xùn)練的根本方法。

隨著科技的快速發(fā)展進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸運(yùn)用于人們的日常生活和工作中，消防救援人員日常訓(xùn)練時也可以借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)和視景仿真技術(shù)可以為消防隊(duì)伍訓(xùn)練提供更多靈活多變的方法，通過不同災(zāi)害事故的現(xiàn)場建模，可以虛擬還原出實(shí)際的環(huán)境情況，然后訓(xùn)練者根據(jù)現(xiàn)場情況制定相應(yīng)的戰(zhàn)斗方案，最大限度地提高處置效率。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以基于滅火救援理論的相關(guān)內(nèi)容，有計(jì)劃地對整體方案進(jìn)行分析和評估，最終為訓(xùn)練者營造出一種真實(shí)的動態(tài)仿真效果。

和傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法相比，該技術(shù)既可以最大程度真實(shí)還原出滅火救援現(xiàn)場情況，還可以多次重復(fù)調(diào)整環(huán)境技術(shù)參數(shù)，制定不同的訓(xùn)練環(huán)境場景，之后可以對整個訓(xùn)練過程和訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行分析和保存。計(jì)算機(jī)訓(xùn)練最大的特點(diǎn)就是成本低、安全性高、靈活性強(qiáng)。

三、滅火救援模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的組成和功能

模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的真實(shí)性和有效性可以直接影響到整個系統(tǒng)的質(zhì)量，因此在進(jìn)行訓(xùn)練時一定要注意從實(shí)際情況出發(fā)，確定相關(guān)的模擬滅火救援訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模式。目前的滅火救援行動可以分為接警出警階段、戰(zhàn)斗部署階段、災(zāi)害處置階段和總結(jié)講評階段。

計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的內(nèi)容可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)量化，例如：模擬時，可以根據(jù)不同要素來進(jìn)行取舍，盡可能保留影響整個局勢發(fā)展的關(guān)鍵要素，然后根據(jù)這些關(guān)鍵要素建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，指揮員根據(jù)指揮模型來完成相應(yīng)的指揮模擬工作，整個訓(xùn)練過程都需要嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)信息進(jìn)行觸發(fā)和驅(qū)動。

（一）訓(xùn)練設(shè)置模塊

主要負(fù)責(zé)建立初始火場系統(tǒng)內(nèi)容，包括火場環(huán)境、力量部署和消防裝備等。

（二）戰(zhàn)術(shù)處置模塊

主要負(fù)責(zé)連接滅火戰(zhàn)斗部署的接口。戰(zhàn)斗處置模塊的基本功能包括滅火處置方案的生成、輔助決策計(jì)算、力量部署矢量標(biāo)圖作業(yè)等。需要注意的是：滅火處置方案在生成時主要由多個命令組成，每個命令都有自己的作用，在設(shè)置之前需要進(jìn)行詳細(xì)的了解。

（三）處置評判模塊

處置評判模塊主要負(fù)責(zé)評價(jià)和解釋滅火戰(zhàn)術(shù)方案和部署的內(nèi)容。處置評判模塊的功能主要包括：首先根據(jù)生成的火情內(nèi)容制定相應(yīng)的滅火作戰(zhàn)方案;其次，根據(jù)實(shí)際訓(xùn)練情況對整個滅火指揮的戰(zhàn)術(shù)情況進(jìn)行智能化評判;最后，做好訓(xùn)練狀態(tài)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)信息的保存和發(fā)送工作。

（四）動態(tài)顯示模塊

動態(tài)顯示模塊主要負(fù)責(zé)模擬整個火場的全景和局部場景，然后把模擬結(jié)果通過三維成像展現(xiàn)出來。動態(tài)顯示模塊在應(yīng)用過程中會涉及很多的技術(shù)，包括建模技術(shù)、渲染技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。動態(tài)顯示模塊的原則就是盡可能真實(shí)的還原出火場的情況。

（五）過程重演模塊

過程重演模塊主要負(fù)責(zé)記錄整個模擬訓(xùn)練過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)性仿真的目的，為整個作戰(zhàn)過程分析和戰(zhàn)評總結(jié)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（六）綜合知識庫模塊

滅火訓(xùn)練方案推理評判和火場態(tài)勢自動導(dǎo)引的基礎(chǔ)就是綜合知識庫模塊。綜合知識庫模塊可以直接決定整個系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)的工作情況，需要注意的是：綜合知識庫模塊在建立的時候一定要注意方法和層次結(jié)構(gòu)，同時需要考慮不同模塊的要求。綜合知識庫模塊主要由多個子知識庫模塊組成。

四、滅火救援模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的視景仿真

滅火救援過程中，現(xiàn)場指揮員需要根據(jù)實(shí)際情況和災(zāi)害中被困人員的行為模式來制定相應(yīng)的作戰(zhàn)部署方案，因此滅火救援模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容就是態(tài)勢顯示子系統(tǒng)，模擬的關(guān)鍵就是借助計(jì)算機(jī)構(gòu)建真實(shí)的場景，讓受訓(xùn)者在應(yīng)用時盡可能地感受到真實(shí)的火場視聽效果。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的重要分支就是視景仿真技術(shù)，該技術(shù)就是借助計(jì)算機(jī)中的多媒體技術(shù)和信息合成等技術(shù)來構(gòu)建出一個虛擬的世界，讓受訓(xùn)人員身臨其境?？梢暬抡婕夹g(shù)的基礎(chǔ)就是視景仿真建模技術(shù)和實(shí)時渲染技術(shù)，最基本的特征就是整個圖形的實(shí)時渲染性和交互性。

隨著視景仿真軟件和設(shè)備的發(fā)展，視景仿真技術(shù)開始廣泛應(yīng)用在更多非軍事領(lǐng)域中。和軍事領(lǐng)域中的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)相比，消防滅火救援模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求如下：首先，整個過程更多地強(qiáng)調(diào)在局域網(wǎng)環(huán)境下的個人訓(xùn)練和小組訓(xùn)練;其次，主要強(qiáng)調(diào)局部場景和細(xì)節(jié)的模擬;最后，就是在整個過程中需要頻繁更換災(zāi)害現(xiàn)場模擬條件，以達(dá)到模擬不同場景中火勢蔓延情況的目的。

視景仿真技術(shù)的效果和實(shí)際運(yùn)用之間有著密不可分的關(guān)系，原動力就是仿真訓(xùn)練和仿真應(yīng)用，只有不斷的應(yīng)用才能更好地推動技術(shù)改進(jìn)發(fā)展。

五、視景仿真子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

（一）硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)主要包括計(jì)算機(jī)硬件、實(shí)時圖形處理和顯示硬件。計(jì)算機(jī)硬件包括高性能計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。視景仿真技術(shù)在應(yīng)用過程中會涉及很多的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，這些結(jié)構(gòu)內(nèi)容對整個虛擬場景建設(shè)的要求非常高，必須要高速率處理器才能滿足滅火救援模擬訓(xùn)練的要求。計(jì)算機(jī)硬件在工作時可以充分模擬出虛擬環(huán)境的光照效果和透明效果，以此來提高整個模擬的真實(shí)性;高密度實(shí)時圖形處理可以提高視景仿真系統(tǒng)的真實(shí)性，反映出整個空間的圖像內(nèi)容，有時還需要對相應(yīng)的配置進(jìn)行定位處理。

（二）軟件構(gòu)成

視景仿真系統(tǒng)的軟件構(gòu)成主要包括操作系統(tǒng)平臺、三維圖形建模軟件、視景仿真集成開發(fā)環(huán)境、視景仿真應(yīng)用系統(tǒng)等。因?yàn)椴煌挠?jì)算機(jī)處理系統(tǒng)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，所以在進(jìn)行軟件開發(fā)時一定要注意調(diào)試跨平臺支持的能力。軟件構(gòu)成主要包括三維圖形中使用的建模工具，例如：視景數(shù)據(jù)庫的生成和閱覽、MultiGen Creator建模工具的使用。高層圖形渲染工作進(jìn)行時需要借助實(shí)時渲染視景數(shù)據(jù)庫的幫助，實(shí)時渲染視景數(shù)據(jù)庫可以在應(yīng)用的過程中更好地完成用戶需要的場景交互控制功能。高層圖形渲染API在使用時可以通過創(chuàng)建和編輯的方式完成整個三維仿真的應(yīng)用，最終起到研發(fā)和應(yīng)用的目的。

六、開源實(shí)時渲染引擎Delta3D

視景仿真技術(shù)在應(yīng)用的過程中最好的一個實(shí)時渲染平臺就是Delta3D，Delta3D最初是一個由美國海軍研究學(xué)院研發(fā)出來的引擎，主要通過API函數(shù)庫為視景仿真提供更多的模塊，通過這些模塊最終完成仿真工作。不僅如此，Delta3D在應(yīng)用時還會為模擬工作提供一些方便的工具軟件，例如：仿真、粒子編輯器等，這些工具軟件可以快速構(gòu)建出人們需要的原型，最終為整個平臺提供更多的方便，為整個滅火救援系統(tǒng)的建模工作提供幫助。

七、基于Delta3D的滅火救援視景仿真

Delta3D獨(dú)有的功能特點(diǎn)，可以更好地為滅火救援模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的視景仿真技術(shù)提供幫助，以云南某石油化工企業(yè)火災(zāi)中的油罐庫區(qū)火災(zāi)為例，在分析的過程中可以通過Delta3D對整個油罐區(qū)庫內(nèi)進(jìn)行建模，然后再通過格式轉(zhuǎn)換建立相關(guān)的仿真交互式窗口系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括油罐庫內(nèi)部的整體火災(zāi)全區(qū)場景、著火區(qū)域火的形態(tài)、著火區(qū)域煙的形態(tài)、著火區(qū)域火勢的蔓延方向、滅火方案可能對救援力量的影響、油罐庫區(qū)域中消防工作人員的救援戰(zhàn)術(shù)行動、模擬訓(xùn)練的聲音效果等。

八、結(jié)語

綜上所述，視景仿真技術(shù)在消防滅火救援模擬訓(xùn)練中的應(yīng)用前景非常廣闊，但是必須根據(jù)用戶需求、轄區(qū)情況來具體分析制作，真正發(fā)揮出視景仿真技術(shù)的作用，最終達(dá)到提高消防滅火救援模擬訓(xùn)練實(shí)戰(zhàn)效果的目的。

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作者簡介：業(yè)昊（1990.06—），男，云南昆明人，大學(xué)本科，初級專業(yè)技術(shù)11級，主要從事指揮中心工作（指揮調(diào)度、應(yīng)急通信、辦公室）。