虚拟仿真技术在公安院校交管专业中的探索与应用

文图｜赵永臣

近年来，随着大数据、数字孪生、虚拟仿真、人工智能等技术的飞速发展，公安院校也纷纷跟随政策步伐开展高等教育教学改革。贴近实战是公安院校交管专业开设课程的一个显著特点，需要对高速公路执勤执法、交通事故现场处理等具有较大安全风险的教学内容进行反复训练。通过虚拟仿真技术创设一个满足苛刻实验要求的虚拟世界，既可以满足学生在逼真的环境中进行实战训练，又能够规避安全风险。因此，设立虚拟仿真实验课程是提升公安交管专业教学质量及实战化经验的一个有效途径。本文提出了将数字孪生技术及虚拟仿真技术结合应用，构建交通管理虚拟仿真平台的设想，并阐述了其在交通领域的应用前景。

一、道路交通管理虚拟仿真平台架构

遵循“以实带虚、以虚助实、虚实结合”原则，通过数字接口平台接入数据中心基础数据库，在获取了真实的基础设施监测、车辆运行状态、交通环境监测等运行原始数据之后，再通过数字孪生技术构建物理信息系统与物理虚拟模型。若要达到平行仿真交互推演的目的还需借助云计算的庞大计算能力与大数据技术开展数据场景的解析重构，在虚拟的场景中构建出实验所需的真实案例场景。同时，利用虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等虚拟仿真技术与人工智能技术，借助可穿戴式或模拟车辆座舱等物理感知设备，为学员提供交互式模拟及沉浸式场景体验服务。根据交通管理虚拟仿真实训教学的需求，建立相对应的道路交通管理虚拟仿真平台，包括数据收集及道路建模。其中，数据收集主要包括道路周边环境数据、设计数据及运行设备等。数据来源于GIS、北斗系统和多种传感器，通过获取道路的基础地理数据和周边地形数据建立道路本体的承载环境。道路建模则包含道路本体建模、道路周边地形构建及道路内部辅助设施系统的设备建模等：通过GIS数据、实景复制技术、二维数据、三维矢量数据等建立模型组件，通过纹理粘贴、模型编辑、模型入库、发布等操作达成建模效果，再与现场进行对比、核查，对模型进行完善和渲染。

道路交通管理虚拟仿真平台总体构架由软件系统和硬件系统两大部分组成。其中，软件系统最大程度地模拟各种场景、物证、工具等，将传统课堂教学中难以实现的案件教学过程、现场操作规范、实践训练通过虚拟现实技术让学生能够进行沉浸式的操作和实践；硬件系统主要包含Web服务器、数据库服务器、环境展示系统、VR头盔和VR主机等。如图1所示，软件系统通过数据层、逻辑层、仿真层和门户层的架构与程序实现最终设计完成整个平台。其中，位于最底端的数据层存储着构建系统所需的数据参数，逻辑层负责系统主体流程和业务逻辑，仿真层负责处理VR交互设备响应，门户层负责三维视景画面的输出与优化。

图1 道路交通管理虚拟仿真平台架构

二、道路交通管理虚拟仿真平台的建设内容

道路交通管理虚拟仿真平台通过模拟重建道路交通事故现场环境，可以解决传统道路事故实验教学中存在的易损性和不可逆性，能够依照道路交通事故处理思路和程序及规范进行现场勘查、信息数据采集、现场草图绘制、现场安全防护布置等。

交通事故的现场处置及安全防护的虚拟实验仿真，不仅可以突破实体实验的时空尺度大、实验周期长、实验场景局限、高危险实验意外等瓶颈问题与不可控制因素，而且在虚拟的场景中，学生可以操控去完成整个现场事故处置的流程。从接报警，拿取装备前往虚拟的事故现场中，依据《道路交通事故现场安全防护规范》（GA/T 1044.1-2012），使用反光锥桶、交通标识牌等工具，根据现场的道路等级、事故情况，设置相应的警示标识。依据《道路交通事故现场勘查照相》（GA/T 50—2019），学生可通过平台进行虚拟的道路交通事故现场勘查照相如方位照、概貌照、细目照等一系列操作，交互对象往往是交通事故三维场景中的人员、车辆、环境、物体等，该部分可以让学生有机会多次重复性体验现场照相和技术标准。对事故现场的相关人员进行询问，了解相关信息，查看驾驶人的身份信息，并对其进行酒精测试。在进行现场勘查工作时，根据《道路交通事故现场痕迹物证勘查》（GA/T 41-2019）的要求，对现场存在的痕迹物证进行规范的提取、拍照，利于学员熟练掌握各种物证的提取和保存方法，可以多次操作使用，而不会损坏破坏物证。采用线上虚拟现场测量，进行程序手动绘图，锻炼学生的绘制现场图的能力。还可根据《道路交通事故现场勘查笔录》的规范提供模板，学生依照虚拟场景中提供的数据、获取到的信息进行内容填写。

三、道路交通管理虚拟仿真平台的应用前景

道路交通管理虚拟仿真平台借助VR技术、数字孪生技术将道路、车辆、环境、人物几大要素根据真实情况搭建模型，再利用平台内部交管业务的功能系统，让学生在仿真环境中沉浸式体验交通管理课程中所需要的实训要素。因此，建设道路交通管理虚拟仿真平台需要公安院校资金的投入与政策的支持，故而决策者应积极争取，以项目立项申报、自主研发、项目引进及校企合作开发等多种模式开展建设。同时应建立起行业、学校、企业多方高度协作的专项建设指导委员会推动各项建设任务落地实施。在多方合作中还应立足于各方需求以构建利益共同体，同时确定各方权责，充分发挥各方优势开展道路交通管理虚拟仿真平台的共建、共享、共管，最终形成校企共建、责任共担的多方协调联动的产教融合、协同育人的良性循环机制。（作者单位：陕西警官职业学院）