浅探虚拟现实技术在隧道救援训练中的应用

陈世娥

摘 要 虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、想象性等特征在各领域都有很大的应用前景，由于隧道救援训练在现实中受到训练条件的制约，很多训练无法开展，本文从隧道救援的环境、装备、技术训练、指挥、演练等程序上探讨虚拟现实技术在隧道救援训练上的应用。

关键词 虚拟现实技术 隧道救援 训练

中图分类号：TP391.9文献标识码：A

虚拟现实技术本质是通过计算机图像构成的三维数字模型，生成一个以视觉感受为主，听觉、触觉、嗅觉为辅的人工环境，从而使得使用者产生一种沉浸于这个环境的感觉，并与之发生“交互”作用。自该技术产生以来一直受到媒体的追捧，近几年更是在民用上大展拳脚。隧道救援是开展救援工作的一个重要组成部分，打牢隧道救援的技能基础，提高运用所学的隧道知识解决实际问题的能力，对培养救援技术专业人才具有重要的支撑作用。

1隧道救援训练对虚拟现实技术的现实需求

当前隧道救援训练存在训练环境不好构筑、训练装备少、多背景下训练难、组织指挥策略难到位等问题，运用虚拟现实技术能够辅助隧道救援技术训练，弥补训练难到位的问题，提升隧道救援训练效果。

1.1训练风险难把控，危险系数高，部分课目不敢训

隧道灾害发生后，隧道结构往往遭到破坏，内部环境发生变化，易发生次生灾害，开展救援工作前需对隧道内外环境、隧道结构进行的评估，条件适合后方可开展救援工作。对于开展救援工作训练：一是真实的隧道环境危险。不管是正在施工的环境或者是已经投入使用的隧道环境，因为安全因素的制约都不大现实;二是装备使用危险。隧道抢险的加固、支撑、抢通等训练项目涉及的装备基本都是大型装备，使用难度大，需要多人协作，稍有不慎可能造成安全事故。

1.2训练环境难于构筑，装备不到位，部分课目训不了

一是环境难于构筑。隧道救援受空间、时间、气象因素限制大，保障比较困难，造成在实施隧道救援训练过程中，停留在简单的技术操作上，缺乏隧道灾害发生预测、灾害等级评估、及时救灾等实战化训练，形成训练短板，制约隧道救援在实战中的现场处置能力的生成。二是训、用装备不一致。隧道救援训练装备多数大、重、贵，现阶段隧道救援编配的训练装备多数没有落实到位，受训者对于多数的装备仅仅停留在资料上的学习，没有训练到位，造成了受训者进入岗位后需要重新进行学习训练才能进入工作模式。

1.3训练组织受限较多，训练手段单一，部分课目训练层次低

组织隧道救援训练受到场地、装备、气候、时间等诸多因素的制约，训练过程中存在，一是训练手段比较单一。当前隧道救援训练层次比较低，有些课目只讲解理论，不会操作;能训的课目难的走过场，不精不细;大量存在只练技能，不练战术;更是缺乏与其他专业分队的一体化联合联训;二是现代技术手段综合应用不足。训练中用到的模拟仿真系统各自为战，技术训练只管技术训练，战术训练只管战术训练，受训者形成不了综合战斗力。

1.4思想不重视，训练标准低，部分课目训不到位

在执行救援任务中，参加隧道救援任务概率较低，思想上放松，麻痹大意，在进行隧道救援训练中就出现部分科目不训，或者为了安全降低训练难度。存在“就易不就难”“有所训有所不训”“点到为止”等现象。比如搅拌机、压路机，有些单位配了，有些单位没有配，已经配发也是搁置到报废，没有配发的单位就停留在概念上的一个名词，知其然不知其所以然。

2虚拟现实技术在隧道救援训练中的应用

虚拟现实技术能够打破时间、空间、装备、环境等因素的限制，通过模块导入和相关配件达到人机交互的目的，使训练者能够亲身经历、感受和操控，既解决了训练条件的问题，也节约了训练成本，还规避了现场观摩的风险，在使用过程中有很大的现实意义。

2.1应用于构建虚拟训练环境，提升“浸入感”

相比于传统的二维成像或者沙漠描述环境的方式，利用虚拟系统中的三维成像技术（气候、隧道结构、交通情况和救援装备等）、声音库（災害的声音、车辆的摩擦和汽笛声、受难者的恐惧呻吟声等）、嗅觉库等制造一个“真实”的救援环境，受训者通过显示设备和佩戴仿真眼镜浸入其中。通过触摸传感器并借助辅助装备对进入环境进行实时交互，比如，受训者在使用隧道救援装备时，手有抓握的感觉和重量的体验，并且装备能够随着人的移动而移动。

2.2应用于模拟救援装备操作，提升“真实感”

对于展开救援使用的大型装备，和重型工具，可以通过虚拟现实技术中的数据库提供，数据库里面的工具无论从外观还是里面结构，以及使用感觉都跟真实差别不大，有效缓解训练装备不到位的问题，还能使受训者得到有效的训练，避免了安全事故，提升安全率。

2.3应用于训练专业救援技能，提升“安全感”

救援人员接到救援任务以后要迅速带上装备，奔赴一线场地，第一时间打通生命通道，解救被困的人员，要求救援人员要加强技能和适应性训练。救援装备的操作具有很强专业性，在训练过程中，很多受训者刚开始会有畏难的情绪，可以利用虚拟系统，使受训者在虚拟环境中进行重复性的技能操作，熟悉装备，就算误操作也可以回头重新开始，这样做可以减少装备的损耗、减少误伤、增强受训者心理的适应性。

2.4应用于训练指挥员决策判断，提升“指控感”

传统的指挥手段很难让指挥员对整个救援进程有一个全局的认识，虚拟现实技术可按照真实隧道救援实战流程，构设指挥课题环境（参与救援的人员、受困群众、地理条件，灾害等级、气象及隧道内条件、交通情况等因素），进行分队各级指挥研练，提高各级指挥员协同水平，切实提高实战化水平。如班长可以对班组行动人员分工划分、装备选用、方法选择、情况处置等内容进行指挥训练;连排长，可以对小组间协同，信息侦察、情况研判、救援方案运用等进行训练;交通大队长，可开展对快捷指挥法、行动指挥规范、情况处置等进行训练。

2.5应用于隧道救援演练，提升“全局感”

利用虚拟现实技术，开展救援的实战化演练，可以实现训练模式的变革。一是利用虚拟平台的模块拓展，增加新情景和内容，例如通过隧道内的空间、湿度、灾害类型、环境、噪音的精准建模，并通过预先的预仿真训练，能够提升救援人员在陌生地域展开救援的人装结合能力;二是结合网络技术、图像处理、传感器等技术，可以实现救援人员和各级指挥机构的联演联训，开展红蓝对抗，甚至可以组织虚拟机构和真实救援分队的对抗训练，检验救援方案的有效性与合理性;三是利用通信模块，促进警地协同。一个救援行动往往是军地共同合作，公安、电力、交通、运营商、环保、气象、水务、应急救援部各种应急力量的参与，通过平台使灾害信息的实时共享，减少指挥环节，为救援赢得宝贵的时间，抢占生命的通道。

3虚拟现实技术在隧道救援训练中应用应把握的几个问题

虚拟现实技术为隧道救援訓练提供很多的便利，在应用过程中也不能一味的强调技术的便利，应该在现实基础上，合理设置参数，提升效费比。

3.1要注重与实际训练手段相结合

虚拟现实技术只是虚拟的出来场景环境，可以作为训练的延伸，也可作为适应性和重复性训练，但是不能完全替代实兵实战。一方面身体体验感不同。在隧道救援的现场，时刻处在危险的边缘，自然、装备给予身体的痛伤是常见的，而在虚拟环境中就不会有身体上的伤痛。另一方面面临的压力不一样。在大自然面前，人的力量是微小的。当真正的灾害来临时，面对隧道内坍塌滚落的石头、熊熊的烈火、泄露的化学危险品，面对逃离的群众，作为逆行者面对的心理压力和听视觉冲击，在虚拟环境中体验不到的。

3.2要注重与实际技战术要求相结合

利用VR技术开展隧道救援训练，虚拟系统是训练的一种重要形式，也就是说训练系统有着举足轻重的重要。选择训练系统的质量要注重系统的科学性，从隧道的地理环境、地质结构、岩层类型、结构特征设置系统参数，救援级别对应的措施、装备、人力应该设置合理，不能为了难而增加难度，或者随意减低标准，给受训者于错误的误导。

3.3要注重与经济效益相结合

虚拟现实整套系统的架设，包括软件的开发，传感器、头盔、三维眼镜、体感衣服、感应手套、动态控制器、动作捕捉器等外围设备，全部配发下来，价格不菲，是一笔较大的投入，因此在实际操作中根据经费预算，采取合理的配套，既能达到训练的效果，也要做到最大的经费优化。

参考文献

[1] 冷振宇.VR技术在步兵分队战术课程教学中的应用分析[J].南昌陆军学院学报，2016（04）.

[2] 边瑞.基于“VR”技术的警务实战训练应用研究[J].辽宁警察学院学报，2017（03）.

[3] 王龙洲等.浅析VR技术在汽车实战化训练中的应用[J].国防交通，2017（01）.