虛擬現(xiàn)實技術在礦山救護隊訓練中的應用

宋巖

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術的產(chǎn)生為礦山救護隊開展日常訓練提供了一種全新的模式，根據(jù)現(xiàn)場事故進行場景的模擬，再現(xiàn)事故現(xiàn)場，這種訓練模式能夠明顯降低訓練費用，取得更理想的實訓效果。本文在介紹虛擬現(xiàn)實技術概況的基礎上，對礦山救護隊訓練中應用虛擬現(xiàn)實技術的方法和優(yōu)勢等進行詳細的探討。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;礦山救援;災害模擬;安全訓練

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.079

0 引言

礦山救護隊是對礦井災害事故進行搶救的專業(yè)隊伍，救援過程中，救援人員的業(yè)務素質(zhì)和經(jīng)驗，直接關系著救援工作的成功。定期在真實模擬的環(huán)境中進行應急演練可以豐富救護人員的救援經(jīng)驗，提高救護人員技術水平，但是也有很多不足，比如訓練費用，潛在的大量安全威脅因素，導致完全模擬真實環(huán)境并不現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實技術可以很好的解決該類問題，為礦山救護隊的應急訓練設計出全新的方式，該技術可以設計出三維可視、用戶界面友好、人機交互的虛擬環(huán)境，能使隊員產(chǎn)生同在真實世界中一樣的感覺。

1 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實，即Virtual Reality，簡稱VR，是最近幾年中研發(fā)成功且快速推廣的高新技術，通過電腦設計出一個三維空間的虛擬世界，形成一個集聽覺、觸覺和視覺為一體的模擬動畫，讓使用者產(chǎn)生如臨其境的感覺。VR虛擬現(xiàn)實技術特征主要如下所示：

（1）構想性（Imagination）。即虛擬的空間來自于人的大腦，來自于人的想象，虛擬現(xiàn)實技術的應用，可以讓人類超越時間和空間的限制，去體驗世界上已經(jīng)發(fā)生和尚未發(fā)生的事情，在一個新的空間里進行探索，總結現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，還可以設計出現(xiàn)實中因為條件限制無法模擬的事物。

（2）沉浸感（Immersion）。即讓用戶感覺自己完全置身于環(huán)境中，沉浸在虛擬的世界里，用戶會以為自己也是計算機系統(tǒng)設計出的一部分，存在于虛擬世界中，成為這個世界活動的參與者，從而完成一定的任務。

（3）實時交互性（Interactivity）。即用戶對模擬環(huán)境中物體的可操作程度以及從環(huán)境得到反饋的自然程度，某些特殊硬件設備可以形成交互性，常見于力反饋裝置和數(shù)據(jù)手套等，讓用戶能夠通過自己的行動和反應，得到與現(xiàn)實世界相同的感受。

2 虛擬現(xiàn)實的技術優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術的“3I”特征使其能彌補桌面演練和實戰(zhàn)模擬演練的不足，它能對煤礦的五大系統(tǒng)（通風、排水、運輸、生產(chǎn)、開拓）進行仿真，虛擬的環(huán)境所帶來的訓練效果比傳統(tǒng)方法要好得多，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 安全

虛擬現(xiàn)實技術可以幫助隊員“安全”地接觸危險的礦山環(huán)境或緊急情況，虛擬的訓練環(huán)境中，不存在危險因素，接受訓練的人員可以在虛擬的環(huán)境里演習各種訓練方案，這樣，在確保受訓人員人身安全萬無一失的情況下，豐富受訓人員的經(jīng)驗，提升受訓人員的救援技能。

2.2 訓練針對性和可控性強

利用虛擬現(xiàn)實技術模擬訓練系統(tǒng)，可以在計算機上對某一技能、戰(zhàn)術進行反復訓練、及時回放評估總結，在較短時間內(nèi)積累豐富的救援經(jīng)驗，訓練針對性強，效率高;另外，虛擬現(xiàn)實模擬訓練系統(tǒng)中的天氣、災害種類、人員、裝備都是可設定的，訓練過程中可以隨時停止、開始，可控性強。

2.3 更強的真實感

虛擬現(xiàn)實模擬訓練系統(tǒng)通過構建三維場景、人、煙、火等場景特效，為受訓者提供逼真的事故現(xiàn)場，使隊員“身臨其境”，真實感強，同時也能鍛煉救護隊員在事故現(xiàn)場的心理承受能力，例如，瓦斯?jié)舛葏?shù)的變化可能導致虛擬環(huán)境內(nèi)發(fā)生爆炸，救護人員的錯誤操作可能會導致事故擴大。

2.4 使用經(jīng)濟、環(huán)境友好

虛擬現(xiàn)實模擬訓練系統(tǒng)一旦系統(tǒng)建立起來，可以長期反復使用，省去了實際模擬演練場景布置、訓練損耗等成本，從長遠來看經(jīng)濟效益突出，另外災害事故是電腦模擬的，不用擔心演練過程中有毒物質(zhì)擴散或災害事故失控造成訓練參與者傷亡和環(huán)境污染，更安全更環(huán)保。

3 虛擬現(xiàn)實技術應用于礦山救援模擬訓練

針對虛擬現(xiàn)實技術的特征和優(yōu)勢，結合礦山救護隊日常訓練內(nèi)容，可以將虛擬現(xiàn)實模擬訓練分為三個部分：

（1）儀器操作模擬訓練。通過虛擬現(xiàn)實技術將日常使用的救援裝備如氧氣呼吸器、自動蘇生器、瓦斯檢定器等設置于虛擬場景中，通過示范演示來教授參訓人員救援裝備的使用方法，并能結合裝備用途及時設置裝備使用場景，實地使用救援裝備，改進以往只知簡單使用方法，實戰(zhàn)應用不足的缺陷。

（2）一般技術操作模擬訓練。結合《礦山救護隊質(zhì)量標準化考核規(guī)范》要求，制定符合實戰(zhàn)要求的相關訓練場景，在仿真場景中將現(xiàn)實井下救援過程中某個一般技術操作環(huán)節(jié)單獨剝離出來，再更換不同的場景和環(huán)境變量，讓訓練不再脫離實戰(zhàn)，增強了隊員的環(huán)境適應能力和危機處置能力，更好的適應瞬息萬變的搶險救援現(xiàn)場環(huán)境。

（3）模擬救災實戰(zhàn)訓練。個人能力再強也要融入集體互相配合才能保證整個救援行動的圓滿完成，通過虛擬現(xiàn)實技術模擬一起災害事故，結合前期儀器操作模擬訓練和一般技術操作模擬訓練，實現(xiàn)單個小隊或整個中隊整體作戰(zhàn)，既增強了中隊實戰(zhàn)能力，也能鍛煉指揮員的決策指揮能力和臨場處置能力。

4 結語

使用虛擬現(xiàn)實技術對救護隊訓練過程進行仿真，促使救護隊員可以在虛擬的環(huán)境里掌握各種救援技術，對不同的現(xiàn)場事故應付自如，虛擬現(xiàn)實救援訓練系統(tǒng)中包含游戲和訓練兩種成分，可以最大程度上激發(fā)救護隊人員的潛力和想象力，使隊員在游戲中提高能力，另外還有利于真實模擬演練成本的控制，解決現(xiàn)實演練存在的不足，是提升救護人員救援技能的科學手段。

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