军人心理行为训练用突破雷阵模拟训练系统设计研究

邢红涛 李忠红 赵科超 崔澂

（陆军军医大学士官学校 河北省石家庄市 050081）

军人心理行为训练是以现役军人为训练对象，灵活运用理论讲解、示范指导、模拟训练等方法，对军人产生不逃避、控制情绪、增强体能和意志力、开发潜能、培养自信心和团队意识等多种正性的心理影响，纠正军人紧张、恐惧、焦虑等各种负性心理，从而促进军人良好行为应对的训练过程。目前，美军通过虚拟现实(Virtual Reality，VR)和高仿真实体模拟技术，组织军人在高强度的模拟战斗中进行演练，增强其适应各种战争环境的能力。而我军开展心理行为训练，多借用国内通用“拓展训练”科目，训练内容针对性差，训练器材结构简单、自动化、智能化水平相对较低。本文针对上述问题，对突破雷阵训练科目内容进行规范，依托现代电子技术设计开发模拟训练系统，基于层次分析法设计训练综合评分模型，使训练内容更加符合军人特点、训练监测更加客观及时、效果评估更加科学准确。

1 需求分析

突破雷阵是军人心理行为训练的常见科目之一，它针对军人在军事活动中容易出现经验性思维和习惯性行为等问题，要求一个建制单位(班或排)从入口进入雷阵，通过不断的试探预设雷点，寻找一条通往出口的安全路径，力求在伤亡最小、用时最短的情况下完成任务。通过训练，激发受训官兵的探异心理，打破其思维惯性，培养求新意识，使指挥员学会合理分配本团队的资源，发挥集体智慧和创造力，有计划、有步骤地带领团队完成任务。目前我军所使用的突破雷阵训练器材，通常借鉴国内“拓展训练”科目，在地布或地砖上绘制网格及编号形成雷阵，训练时由教练员对照雷阵分布图提示参训官兵“触雷”或“通过”。使用这种器材开展训练存在以下问题：

（1）参训官兵是否触碰雷，由教员对照雷阵图人工判断，容易出现错判、漏判情况；

（2）参训官兵的体验感、沉浸感、紧张感不够，雷阵模拟逼真度差，难以达到训练效果；

（3）训练偏重于参训官兵对过程的体验，对训练结果没有客观、科学、量化的评判。

2 设计

2.1 主要功能

根据突破雷阵科目训练使用需求，应用现代电子技术设计模拟训练系统，其主要功能包括：

（1）可通过人工或自动方式布设雷阵分布图；

（2）自动识别人员是否触雷；

（3）人员触雷时产生声、光报警提示；

（4）自动记录通过雷阵区域用时；

（5）实时记录并显示训练用时、触雷次数、伤亡情况等训练参数；

（6）设置评分规则及标准；

（7）训练完成后根据训练参数并结合主观评估，给出综合量化评分。

2.2 硬件组成

如图1所示，突破雷阵模拟训练系统主要由雷阵模块、控制模块、显示模块、报警模块、电源模块5部分硬件结构组成。

图1：硬件结构组成示意图

2.2.1 雷阵模块

利用金属薄膜开关采集人员移动信号。将16个直径20mm的金属薄膜开关并联，均匀分布在边长30cm的正方形电路板上，以增加每块雷阵的信号采集面积，电路板外加泡沫板进行保护。将144块雷阵按如图2形式连接，组成12×12的地图矩阵。系统运行时，行信号为从1行至12行循环置“1”的扫描信号，当第x行、第y列的雷阵被踩中时，金属薄膜开关闭合使第x行与第y列导通，第y列信号通过中断响应程序即可确定被踩雷阵的坐标(x，y)。

图2：雷阵模块示意图

2.2.2 控制模块

控制模块以STM32F103微处理器为核心进行设计，该处理器采用Cortex-M3系统架构，融合ARM、ST技术，最大时钟频率为72MHz。控制模块的主要功能包括初始化程序、接收响应控制命令、实时响应传感器中断、驱动显示及报警、加载运行系统等。控制模块外围电路包括电源、时钟、FLASH、RS232、外设输入/输出口等，其基本框架如图3所示。

图3：控制模块基本框架图

2.2.3 显示模块

显示模块由两部分组成：

（1）10英寸MT4532TE触摸屏，以精简Linux操作系统为内核的人机交互界面，通过RS232串口与控制模块实现数据传输，用于教员设置雷阵分布、监测训练过程、完成训练评估等，如图4所示；

图4：显示模块效果图

（2）128×256像素的3色LED显示屏，用于参训人员实时查看训练信息，如科目名称、训练用时、伤亡情况等，并显示最终训练评分。

2.2.4 报警模块

报警模块由报警灯、音箱、LED显示屏等外设组成。训练中参训人员触雷时，报警灯发出闪烁，音箱发出雷爆音，LED显示屏即时更新显示伤亡人数。同时，系统根据训练状态，发出“请继续前进”、“您已单腿炸伤，请单腿前进”、“进入沼泽区，需双人同行”等提示音引导训练进程。

2.2.5 电源模块

设备采用交流220V、直流12V或内部电池供电，电池满电状态可供系统工作10小时以上。电源模块主要具有3个功能：

（1）交流电与电池同时供电时，选择交流供电；

（2）使用中交流电突然中断时，设备自动切换至电池供电；

（3）当电池电量低于70%时，交流电给电池充电。

2.3 软件

2.3.1 训练规则

突破雷阵科目的训练规则是模拟系统软件功能的设计基础，按照符合军人特点、满足训练要求、便于组织实施的要求，对训练规则进行规范。实施时可根据训练目的、要求对训练规则进行修改。

（1）参训人员从地雷阵的一侧进入、对侧走出(本系统设定从图4左侧雷阵图的下端进入、上端走出)。

（2）穿越雷阵时，最多只允许两名参训人员同时在雷阵中。

（3）探雷时可往横向、纵向和斜向的相邻格移动，不允许跳格。

（4）当某参训人员第一次触雷时，视为单腿炸伤，该队员须退回上一格，同时后续只能单腿移动。

（5）当某参训人员第二次触雷时，视为双腿炸伤，该队员失去行动能力，须由一名队友背回起点。

（6）双腿炸伤人员在背回起点过程中再次触雷时，视为阵亡。

（7）当参训人员进入沼泽区时（图4左侧雷阵图中红色区域），需两人同行移动（即两人踩同一格移动）。该规则为隐藏规则，只有进入沼泽区时才进行提示，用于考验指挥员的临场应变能力及训练队员的探索创新能力。

2.3.2 软件流程

系统软件开发平台采用STM32微处理器的开发集成软件Keil μVision，程序编写为C语言，其运行流程如图5所示。

图5：软件运行流程图

3 训练综合评分模型

心理行为训练综合评分是对参与人员训练过程及结果的量化评价，可对整个训练过程起到导向、检验、反馈、调节的作用，通常由客观评分和主观评分组成，其中客观评分由完成时间、犯规次数等决定，主观评分由参训人员的配合默契度、方法合理性、态度与积极性、指挥科学性等因素决定。不同训练科目的训练过程、考察侧重点不同，因此主观评分中各因素的影响权重也不同。本文采用层次分析法设计系统训练综合评分模型。

3.1 建立层次结构模型

基于层次分析法分析对训练综合评分模型逐层分级，第一层为目标层，即训练综合评分；第二层为一级指标，包括主观评分和客观评分，其中客观评分由系统根据训练过程自动计算得出；第三层为二级指标，包括配合默契度、方法合理性、态度与积极性、指挥科学性等4个指标。层次结构如图6所示。

图6：层次结构图

3.2 构建判断矩阵并确定权重

由于各指标对综合评分的影响程度不用，所以需对指标进行评价确定其权重。根据层次分析法分析步骤，结合专家、教员、参训人员调研情况，采用1～9标度对4个二级指标的重要性进行两两判断和量化，构建二级指标的判断矩阵B1。

应用方根法计算判断矩阵的最大特征根λ及其对应的特征向量w，其步骤为：

（1）计算判断矩阵B1每行元素的几何平均，其公式为：

（3）计算判断矩阵最大特征根，其公式为：

可得λ=4.1474。

3.3 一致性检验

为确保权重的分配合理，需要对判断矩阵的一致性进行检验。

（1）计算判断矩阵一致性指标，其公式为：

（2）计算检验系数，其公式为：

3.4 确定综合权重

本文中，一级指标采用专家法确定其权重为(0.6,0.4)。由此可得评分指标综合权重如表1所示。

表1：评分指标综合权重表

通过综合权重可以看出，由于突破雷阵训练科目通常为单人逐次排雷，训练中需相互配合环节较少，因此配合默契度权重最低，教员的关注重点是官兵的训练态度与积极性，这与科目实际特点相符。

3.5 指标量化标准

3.5.1 客观评分量化

根据通过时间、伤亡严重程度、违规扣分等情况，结合突破雷阵科目训练经验设计评分标准。实际使用前，可根据训练要求、训练人员等因素对评分标准进行修改。

（1）以45分钟作为标准训练时间，设置基础分值为100分，每提前1分钟加分1分，每超时1分钟扣分1分。

（2）单腿炸伤伤员扣基础分1分/每人。

（3）双腿炸伤伤员扣基础分2分/每人。

（4）阵亡人员扣基础分4分/每人。

（5）重复触发同一炸点扣基础分2分/次。

（6）出现违规情况(如：跳格移动)扣基础分2分/次。

3.5.2 主观因素量化

教员根据参训人员训练表现，训练结束后对配合默契度、方法合理性、态度与积极性、指挥科学性等4个方面以5级星值选择形式给出主观评价，1～5星分别对应60～100分。

4 应用效果

突破雷阵模拟训练系统已在院校开设的官兵心理行为训练教学中初步应用，累计完成每次8学时共160余人次的训练。与传统训练器材相比，该系统能够实时引导训练进程，提高参与沉浸感与训练流畅度；能够自动记录参训人员训练过程，为训练效果的评估给出客观依据；使教员脱离对照雷阵图判读雷点、记录人员伤亡等繁重工作，将主要精力用于观察、指导、分析、讲评训练过程，帮助学员查找训练问题、提升心理适应能力。通过对54名使用者（教员4名，学员50名）进行问卷调查，95.7%的用户认为该系统使用方便、交互性良好，有效提升了训练效果，具有较强的应用推广价值。

5 结语

突破雷阵模拟训练系统是开展心理行为训练手段信息化改革的积极尝试和探索，对其他训练器材的更新换代和升级改造具有较强的借鉴意义。与原有训练器材相比，该系统可根据参训人员实际情况合理设置训练规则、评分标准，训练组织更加灵活，大大提高了官兵的训练热情和综合训练效果。目前，雷阵模块外部保护层为泡沫板，器材的耐用性较差，后续推广应用时可进一步改进完善。