基于网络的模拟训练系统建设研究

●骆建伟

(武警学院 基础部，河北 廊坊 065000)

基于网络的模拟训练系统建设研究

●骆建伟

(武警学院 基础部，河北 廊坊 065000)

充分发挥计算机通信网络和三维模拟技术在模拟训练中的优势，在节约训练成本的同时保障训练质量，已经成为军队、教育、消防以及社会服务等行业提升综合训练和管理水平的重要手段。在系统介绍模拟训练系统的基础上，基于水罐消防车仿真训练系统的建设经验，探讨了网络环境下模拟训练系统建设思路。

网络；模拟训练；系统设计

随着科技发展的不断深入，人类正逐步进入一个新的“信息化时代”。计算机通信网络技术蓬勃发展，为人们带来了突破时空限制的合作环境，使协同式工作环境和思维方式深入人心。网络技术的普及和进步，多媒体形式的日益丰富，以及三维网页的可视化程度不断跃进使虚拟训练这种全新的教育和训练形式成为一种必然趋势。传统训练对于训练场景的搭建是组织多人多次培训的瓶颈问题，其高昂的成本和不稳定的训练效果极大地制约了实战能力的培养。因此，建设基于网络的三维仿真模拟训练系统是解决传统训练瓶颈问题的必然要求。

一、模拟训练系统概述

模拟训练系统由于能够突破传统训练对训练场地和成本等多方资源的客观限制并且成本投入少、绿色无污染而被广泛应用于各种应急场合和高危领域，深入分析模拟训练系统的定义和基本特点是建设科学的模拟训练系统的前提和质量保证。

(一)模拟训练系统的定义

模拟训练系统是指利用计算机的虚拟现实技术和仿真手段来开展模拟化、专业化和实战化的综合训练，从而提高被训人员实战能力、提升综合训练水平的现代化教学和训练系统。由于充分利用了计算机网络以及各种虚拟现实技术，三维模拟仿真训练系统往往能通过三维可视化技术真实构建出训练现场的场地和情景，并通过各种交互设备，积极调动受训者的视觉、听觉、触觉，让他们在虚拟的三维环境中协同完成训练任务。

(二)模拟训练系统的基本特点

1.实战性

进行训练的最终目的是要提高受训人员的组织能力和指挥能力,这就必然要求训练能尽可能的营造出真实的情景和感受。然而传统训练往往迫于各方因素的限制而难以达到这一要求。在模拟训练系统中实战型的问题就可以得到切实解决，主要表现在以下方面：首先，模拟训练系统中的情节是多变的。利用基于网络的模拟训练系统能够保证依据受训者的不同处理措施设置多种可能的变化过程,这些没有预料到的场景往往能更好的锻炼受训者应对突发事件的能力。其次，基于网络的模拟训练系统实现了对人员、装备的真实占用或损耗的控制，更贴近实战。传统训练虽然能够对作战的空间、人员和装备进行模拟，但不能控制人员和装备的真实占用或者损耗,而基于网络的模拟训练系统无疑解决了这一问题。

2．可重复性

传统的训练方式一般需要耗用大量人力、物力和财力,因而实施多次的重复演练必然受到限制。此外由于训练过程中设置的指挥名额有限,不能保证所有的受训者都有担任指挥人员的机会,因此受训者可能得不到全面的锻炼。相比之下,基于网络的模拟训练系统的优势就凸现出来了[1]。由于没有费用的限制,又能够准确再现场景,所以使得多次重复的开展具有不同针对性的同一训练成为可能。受训人员可以同时担任指挥人员,针对某一问题展开训练,也能以普通角色参与训练。这样不但在提高训练次数的过程中保证他们的熟练程度，同时也能够极大的提高他们的组织和指挥能力。

3．突出重点

传统的训练方式往往限于时间和花费等因素难以突出重点科目，如果基于网络的模拟训练系统,则可以集中时间和精力训练关键科目,在兼顾全局的同时做到突出重点,在设置训练内容时,可以增大重点训练科目的作业量,同时设置多个角色,保证更多的人员参与训练,全面提高受训者的各方面素质。

4．过程的可知性

日常训练的主要目的之一是在接近实战的过程中不断发现问题并解决问题。传统训练方式由于具有涉及的科目多、人员复杂等特点,导演者往往难以通观全局,也不可能全面的掌握演习过程中可能存在的问题[2]。而基于网络的模拟训练系统则可很好地解决了这一问题。利用训练系统本身具有的记录功能，计算机能将受训者解决问题的时间、步骤和方法详细地记录下来,便于导演者随时调用，分析每一位受训者在训练中的表现。

二、模拟训练系统的需求分析

模拟训练系统的建设是解决传统训练瓶颈问题，提升综合训练水平的必然要求，具体表现在以下几个方面：

(一)完善专业训练系统的需要

在发达国家，模拟训练系统已经被广泛应用于交通、刑侦、医疗救护和应急管理等众多领域，而在我国模拟训练系统虽已初步应用于电力、能源、航天、化工和国防等领域，但其中模拟训练系统的建设体系还不完善，需要在进行专业训练的过程中突破传统训练思维模式的限制，积极构建和完善各个行业的专业训练系统，打造新型专业训练模式。

(二)降低训练成本和保障训练安全的需要

利用模拟训练系统进行模拟训练可以排除天气、场地、时间和装备等多种可能因素的影响，减少训练器材、训练设施和装备的投入，从而大大降低训练的成本，又能让受训者直接感受到真实的作战场景，甚至做到在与现实环境完全一致的背景下训练，一方面保证了训练的真实性，另一方面也可以轻易地模拟出现实环境中不可能操作的高危险场景，保障了训练的安全需要。甚至对于失重状态这样在现实训练中根本难以完全达到的效果也可以通过虚拟现实技术、仿真技术在虚拟训练系统中得以实现。

(三)提升训练效益的需要

相对于传统训练方式而言，利用基于网络的模拟训练系统模拟训练，对提升训练效益有着更为突出的作用。一是模拟训练系统集安全、可控、无风险、可多次重复等多种特点于一身，既能进行常规的模拟保障性训练，又能进行各种突发事件下的模拟训练，同时还具有模拟训练的高效率和高效益等突出的优势[3]。二是能够通过HLA技术达到分布交互式的仿真效果，实现对分散资源的集中高效利用。HLA是一种近年发展起来的面向对象的开放体系结构，它能通过特有的数据分发和声明管理服务，大幅减少仿真系统中的网络信息通信量，从而实现不同系统之间的网络互联[4]。

三、基于网络的模拟训练系统建设

鉴于以上对模拟训练系统的需求分析，结合模拟训练系统的特点，笔者设计了基于网络的水罐消防车仿真训练系统。该模拟训练系统以Oracle数据库和VR map 3.0虚拟现实软件为基础，利用Java语言开发而成。

(一)系统总体框架设计

该系统同时支持服务器/客户机和单独在PC机上操作两种形式。系统主要由以下几部分组成，系统总体框架图如图1所示。

1．用户管理子系统

用户管理子系统是为了方便系统的管理者对用户进行管理而设计的，用户主要包括管理员、受训者和教员3种。其中，系统的管理员拥有进入该系统，对系统内部的数据进行管理、删除和修改的权限。教员和受训者拥有进行操作和对基本功能进行修改的权限。

图1 基于网络的模拟训练系统总体框架图

2．训练设计子系统

训练设计和评定子系统是模拟训练系统的重要组成部分。该子系统由教员进行操作和使用，它主要用于进行训练场景的设计和制作，对训练情况进行评定，并负责考评结果的查询和输出。训练场景的设计制作对于系统而言具有重要意义，场景的构建是否真实，情节设计是否合理，训练问题的安排是否科学，甚至问题评定的分数是否合理，都会对受训者的训练产生重要影响。

3．训练考核子系统

训练考核子系统主要负责对受训者进行训练和考核。当受训者进入训练和考核子系统后，系统会调用模拟训练的具体情节和问题。受训者需要根据系统所显示的问题做出相应判断、进行组织的安排部署以完成答题操作[5]。此时系统会自动的记录受训者的操作信息，并根据受训者进行操作的时间和问题回答的情况，给出受训者的训练成绩。如图2所示即为消防模拟训练的考核系统界面。

图2 训练考核子系统

4．场景制作子系统

训练场景的真实性直接影响着训练的最终效果。选择训练场景时应该注意场景的典型性，或结合地区实际和典型案例进行，尤其要注意重点模拟对象或者高危生产工段的模拟设计，并严格按照图纸的比例实施，以确保场景的真实性。考虑到软件的兼容性问题，本系统在建模工作过程中采用了3D Studio Max和Auto CAD软件。图3所示为系统模型设计，图4所示即为设计的消防模拟训练场景。

图3 系统模型设计

图4 场景设计

5.数据库设计

本系统主要采用Oracle数据库对数据进行管理，数据库中主要保存训练场景的数据和受训者的训练记录两大类数据。

(二)系统逻辑结构设计

本系统采用B/S三层结构进行设计，它将整个模拟系统从逻辑结构上划分为用户层、业务逻辑层以及数据层三个层次。

1.用户层

用户层是直接面向用户、完成和用户之间交互活动的应用层，它通常是通过在界面上合理设计一系列的操作控件来完成交互活动。此外还负责接收从用户发出的相关访问请求并把结果反馈给用户。

2.业务逻辑层

业务逻辑层位于用户层和数据访问层之间，是整个系统有关业务逻辑处理活动的中心环节，它负责计算和处理用户发出的请求，并接收数据层传回的数据。在目标系统的设计过程中，应该将模拟训练的可整合性、可操作性和可管理性作为重点进行研究，此外，为了便于系统的后期维护工作，在系统的实现过程中，每个功能模块中都被添加了可自定义的和可增删的功能，从而能够在一定程度上保证系统的高度灵活性。

3.数据层

数据层主要负责访问数据及执行程序，当逻辑层收到用户的请求后，会对逻辑部分进行分析和计算，并将需要数据层执行的相关数据请求传至数据层，由数据层调用相应的 SQL 语句完成数据操作和使用，由于数据处理过程中系统的安全性和可靠性要求更高，因此需要配置一台高性能的服务器来完成该层的高速数据处理工作[6]。

(三)遇到的难点

水罐消防车仿真训练系统建设过程中遇到了很多难点，比较重要的问题是系统复用设计要求高。

系统设计初期就要求所有的模型及场景要能够复用其他训练系统的设计与实现，设计时要与其他系统的设计一起进行，做到符合《三维模型设计标准规范》，此规范对演练算法、Agent模块开发标准、演练管理、数据库规范、3D场景坐标设计标准等要素做出了具体规范。

四、结束语

综上所述，设计基于网络的模拟训练系统是一项系统工程, 开发这一系统并积极应用在各行业的模拟训练中将带来广泛的综合性效益，基于网络的模拟训练对于有效应对各种风险挑战，提升训练效果具有重要意义。

[1] 解旭红.信息化条件下通信装备保障模拟训练系统研究[J].国防科技,2011，(1):29-32.

[2] 于力.灭火救援计算机模拟训练系统研究[J].武警学院学报,2010,(10):27-29.

[3] 邸彦强.基于网格技术的多用户多任务模拟训练系统[J].系统仿真学报,2008,(2):56-60.

[4] 孙永富.两栖装甲装备驾驶模拟训练系统的实现[J].兵工自动化,2013,(2):12-16.

[5] 丁祥郭.消防接警员模拟训练系统设计与实现[J].计算机与现代化, 2012,(9):27-29.

[6] 葛治国.汽车驾驶模拟训练系统通信接口的设计[J].计算机应用,2001,(9):40-42.

A Research on Constructing the Simulation Training System Based on Network

LUO Jian-wei

(DepartmentofBasicCoursesTeaching，TheArmedPoliceAcademy，Langfang，HebeiProvince065000，China)

It is important to give full play to advantages of the computer communication network and three-dimensional simulation technology in simulation training, saving the cost of training and at the same time ensure the training quality in the fields of military,fire control, social services and other industries to promote comprehensive training and management level. In this paper, the simulation training system is introduced, and through the study of the construction situation and experience of simulation training system, discusses the construction of the simulation training system under the network environment.

the network; simulation; systematic design

2014-10-16

骆建伟(1978— )，女，河北巨鹿人，副教授。

N39

A

1008-2077(2015)03-0064-04