虚拟现实（VR）系统在船舶安全中的应用

2018-12-05周广青

船舶标准化工程师 2018年1期

周广青

0 引言

虚拟现实，是指从真实环境到虚拟环境虚拟现实技术以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验[1]。

1 船舶建造中安全问题日益突出

船舶建造是一项综合性工程，从钢板切割开始到船舶完工交付，整个流程漫长而复杂，危险源非常多。造船过程中，闷舱的通风、船上使用的风机、焊机的用电安全、管子压力测试过程及船用设备的各种使用安全等，涉及面之广，管理难度之大，即使厂内配备了独立的安全管理部门，但安全隐患、安全事故还是无法杜绝，甚至出现工亡事故。

安全问题出现的根本原因绝大多数是职工的安全意识不强，职工的违章作业，对作业中的危险源以及对下一步工作所带来的后果考虑不足。而传统的安全教育抽象且无法达到安全认知的目的，安全问题仍是船厂的难点问题。

为解决船舶建造过程中复杂多变环境中出现的安全问题，定期对员工进行安全教育，通常使用电视机播放安全录像，使用投影仪和电脑的组合分析事故安全概念，把现场做成模型，教育新员工。这种传统的方式表达很抽象，员工不能有效地理解和吸收。

2 VR系统

虚拟现实（VR）系统综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间[1]。

VR系统是一种实时的对真实世界加以模拟的计算机系统[2]。把真实世界中物体的结构、性状、各种物理参数等模拟其中，让人参与其中，计算在人的影响下各种因素的变化。知识体系的构建依赖与自身的感知、体验，由此产生对外界事物的解释。

3 利用VR系统对安全教育的理论分析

具身认知科学强调三个方面[3]：一是认知的涉身性。认识事物不能仅仅使用大脑，还要身体的参与才能深刻理解事物的本性，身体对事物的反应也是认知的一个方面，能充分增加人对事物的认识程度。二是认知的体验性。个体在与外界环境中的事物相互作用时，会产生身体状态的改变，这种改变会引发相应的身体和心理体验，个体的认知和对世界的观点即来自这种身心体验[4]。三是认知的环境的融合性。环境/情境是保证认知的不可缺少的条件，认知的内容、过程和方式与身体紧密相关，身体是处于环境中的身体，因此认知同样应扩展至认知者所处的环境。

3.1 传统的安全教育

传统的企业安全教育是以事故案例，配以图片加上文字说明形势；或者播放电视安全教育视频等输入式教育方式。这种方式与人类认知的基本规律向违背。企业员工的个体差异性（如：教育背景，年龄，经历）决定了接受知识的程度，良好的企业安全教育能保证员工自身安全的同时给企业带来更大的隐形利益。企业安全教育使不同的员工达到统一的预期目标难上加难。

良好的安全教育是企业的基础，企业的安全从教育做起。教育体现在安全隐患的认知，安全事故的反思和安全条例的学习上。

3.2 VR系统安全教育

借助虚拟现实VR系统，员工可以“现场”体验生产环境中很难或者无法体验的场景[5]。这种场景根据生产现场模拟出，随时供员工体验，从而提高员工认知安全隐患的目的。

VR系统不仅可以重新模拟安全隐患产生的场景，还能产生电脑与员工的互动，让员工与电脑在虚拟现实场景中产生互动。VR系统能利用员工的视觉和触觉，使身体充分参与其中，从而提高学习效率。能让员工脱离传统的输入式教育，参与互动式教育。在互动的“现场”中认知安全隐患，熟悉安全操作，学习安全管理规定，学习如何避免各种危险源，从而提高企业的安全管理水平。

VR系统不仅可以学习以往发生的安全问题，还可以“创造”出可能发生的安全问题，再利用计算机模拟此种安全问题可能引发的危害。

4 利用VR系统进行安全教育现实作用

4.1 现实模拟

VR系统可虚拟一个龙门吊吊运分段合拢的场景。分段放置在堆放场地，堆放场地各种造船使用的设施，每种设施都有真实世界的行为特点，真实世界中的各项参数。这样可以根据真实世界中的各项制度、工艺及经验来吊运分段合拢，选择合适的吊挂器具、编排合理的运动路线来完成此项工作。在此情境中添加各项危险源，不当的作业可诱发各项危险源。吊运中钢丝绳、分段等运动所引起环境中其他物体的变化，从而产生新的危险源。通过计算各项危险源，模拟出这项工作过程中所带来的后果，从而对人进行安全教育。

4.2 安全培训

对新进厂员工进行安全教育，结合船舶建造中各项工种可能遇到的种种危险源加以模拟，让受训者参与其中，静态模拟中让其指出危险源，并提出应对危险源的方法。

动态的模拟让受训者参与其中，扮演一个新进厂员工，在VR系统中设置许多不安全的状态，如让员工不正确穿戴劳保用品，从吊物下方行走，在不安全的跳板工作，高空作业没有正确系安全带等。此种作业中模拟事故发生后所产生的后果，从而对员工进行身临其境的安全教育。

4.3 安全条例学习

企业安全管理条例复杂，每项安全条例都以保证员工的安全前提下制定。从文字上学习安全管理条例抽象且效率低。利用VR系统模拟出工作过程中每种安全条例的作用，从而达到学习的目的。如模拟一员工完成舱室打磨的过程：在登船前需要登记具体工作部位，VR系统判断此行为是否符合安全管理规定；领取作业牌，系统提示关于此行为的管理规定；如果员工按照正常的流程做，则可以正常完成工作，反之则提示每项行为的正确做法与相应的惩处规定，从而达到学习安全条例的目的。