视景仿真技术在消防灭火救援模拟训练中的应用

2022-12-16业昊云南省消防救援总队普洱市消防救援支队指挥中心

消防界(电子版) 2022年9期

■ 业昊云南省消防救援总队普洱市消防救援支队指挥中心

消防救援队伍在新时期的工作任务主要是由火灾扑救、抢险救援和社会救助三大块组成。近几年，随着现代化城市的快速发展，各地经常出现一些特殊的火灾事故，这些火灾事故的出现给消防部门带来巨大挑战，这些特殊的火灾事故包括建筑火灾、石油化工气体泄漏火灾、大空间大体量火灾等。要想从根本上解决这些难题，就需要在平时根据实际情况制定相应的应急处置预案，然后有计划地进行训练和实战预演，提高消防救援队伍的灾害处置能力。

一、模拟训练的内容

模拟训练主要指通过模拟现实灾害事故现场，给消防救援人员营造一种真实的情境，把人和相关设备结合在一起，最终通过一系列模拟训练来达到“练为战”的目的。模拟训练工作既能有效检验消防救援人员对相关消防救援业务知识的掌握情况，还能提高消防指挥员的实战能力和组训指挥能力。

二、模拟训练的内容

传统的模拟训练主要通过体能和技能操法训练来实现，往往容易忽略消防救援人员的临场应变能力和心理素质的专项训练。近年来，各地消防救援人员伤亡事故频发，保障消防救援人员的安全显得至关重要，因此提高消防救援人员的心理素质和临场指挥能力也是目前训练的重点内容。沙盘桌面演练虽然也可以在一定程度上帮助消防训练工作，但是实战性较差，不能作为训练的根本方法。

随着科技的快速发展进步，计算机技术逐渐运用于人们的日常生活和工作中，消防救援人员日常训练时也可以借助先进的计算机技术。利用计算机多媒体技术和视景仿真技术可以为消防队伍训练提供更多灵活多变的方法，通过不同灾害事故的现场建模，可以虚拟还原出实际的环境情况，然后训练者根据现场情况制定相应的战斗方案，最大限度地提高处置效率。通过实践发现计算机系统可以基于灭火救援理论的相关内容，有计划地对整体方案进行分析和评估，最终为训练者营造出一种真实的动态仿真效果。

和传统的训练方法相比，该技术既可以最大程度真实还原出灭火救援现场情况，还可以多次重复调整环境技术参数，制定不同的训练环境场景，之后可以对整个训练过程和训练结果进行分析和保存。计算机训练最大的特点就是成本低、安全性高、灵活性强。

三、灭火救援模拟训练系统的组成和功能

模拟训练系统的真实性和有效性可以直接影响到整个系统的质量，因此在进行训练时一定要注意从实际情况出发，确定相关的模拟灭火救援训练系统的结构和模式。目前的灭火救援行动可以分为接警出警阶段、战斗部署阶段、灾害处置阶段和总结讲评阶段。

计算机模拟训练系统中的内容可以根据实际情况进行参数量化，例如：模拟时，可以根据不同要素来进行取舍，尽可能保留影响整个局势发展的关键要素，然后根据这些关键要素建立相应的数学模型，指挥员根据指挥模型来完成相应的指挥模拟工作，整个训练过程都需要严格按照数据信息进行触发和驱动。

（一）训练设置模块

主要负责建立初始火场系统内容，包括火场环境、力量部署和消防装备等。

（二）战术处置模块

主要负责连接灭火战斗部署的接口。战斗处置模块的基本功能包括灭火处置方案的生成、辅助决策计算、力量部署矢量标图作业等。需要注意的是：灭火处置方案在生成时主要由多个命令组成，每个命令都有自己的作用，在设置之前需要进行详细的了解。

（三）处置评判模块

处置评判模块主要负责评价和解释灭火战术方案和部署的内容。处置评判模块的功能主要包括：首先根据生成的火情内容制定相应的灭火作战方案；其次，根据实际训练情况对整个灭火指挥的战术情况进行智能化评判；最后，做好训练状态和训练数据信息的保存和发送工作。

（四）动态显示模块

动态显示模块主要负责模拟整个火场的全景和局部场景，然后把模拟结果通过三维成像展现出来。动态显示模块在应用过程中会涉及很多的技术，包括建模技术、渲染技术、分布式网络技术等。动态显示模块的原则就是尽可能真实的还原出火场的情况。

（五）过程重演模块

过程重演模块主要负责记录整个模拟训练过程，进而实现再现性仿真的目的，为整个作战过程分析和战评总结奠定扎实的基础。

（六）综合知识库模块

灭火训练方案推理评判和火场态势自动导引的基础就是综合知识库模块。综合知识库模块可以直接决定整个系统的性能和系统的工作情况，需要注意的是：综合知识库模块在建立的时候一定要注意方法和层次结构，同时需要考虑不同模块的要求。综合知识库模块主要由多个子知识库模块组成。

四、灭火救援模拟训练系统中的视景仿真

灭火救援过程中，现场指挥员需要根据实际情况和灾害中被困人员的行为模式来制定相应的作战部署方案，因此灭火救援模拟训练系统的基础和核心内容就是态势显示子系统，模拟的关键就是借助计算机构建真实的场景，让受训者在应用时尽可能地感受到真实的火场视听效果。

计算机仿真技术的重要分支就是视景仿真技术，该技术就是借助计算机中的多媒体技术和信息合成等技术来构建出一个虚拟的世界，让受训人员身临其境。可视化仿真技术的基础就是视景仿真建模技术和实时渲染技术，最基本的特征就是整个图形的实时渲染性和交互性。

随着视景仿真软件和设备的发展，视景仿真技术开始广泛应用在更多非军事领域中。和军事领域中的仿真训练系统相比，消防灭火救援模拟系统的特点和需求如下：首先，整个过程更多地强调在局域网环境下的个人训练和小组训练；其次，主要强调局部场景和细节的模拟；最后，就是在整个过程中需要频繁更换灾害现场模拟条件，以达到模拟不同场景中火势蔓延情况的目的。

视景仿真技术的效果和实际运用之间有着密不可分的关系，原动力就是仿真训练和仿真应用，只有不断的应用才能更好地推动技术改进发展。

五、视景仿真子系统体系结构

（一）硬件结构

硬件结构主要包括计算机硬件、实时图形处理和显示硬件。计算机硬件包括高性能计算机处理系统、网络系统。视景仿真技术在应用过程中会涉及很多的结构内容，这些结构内容对整个虚拟场景建设的要求非常高，必须要高速率处理器才能满足灭火救援模拟训练的要求。计算机硬件在工作时可以充分模拟出虚拟环境的光照效果和透明效果，以此来提高整个模拟的真实性；高密度实时图形处理可以提高视景仿真系统的真实性，反映出整个空间的图像内容，有时还需要对相应的配置进行定位处理。

（二）软件构成

视景仿真系统的软件构成主要包括操作系统平台、三维图形建模软件、视景仿真集成开发环境、视景仿真应用系统等。因为不同的计算机处理系统有不同的标准，所以在进行软件开发时一定要注意调试跨平台支持的能力。软件构成主要包括三维图形中使用的建模工具，例如：视景数据库的生成和阅览、MultiGen Creator建模工具的使用。高层图形渲染工作进行时需要借助实时渲染视景数据库的帮助，实时渲染视景数据库可以在应用的过程中更好地完成用户需要的场景交互控制功能。高层图形渲染API在使用时可以通过创建和编辑的方式完成整个三维仿真的应用，最终起到研发和应用的目的。

六、开源实时渲染引擎Delta3D

视景仿真技术在应用的过程中最好的一个实时渲染平台就是Delta3D，Delta3D最初是一个由美国海军研究学院研发出来的引擎，主要通过API函数库为视景仿真提供更多的模块，通过这些模块最终完成仿真工作。不仅如此，Delta3D在应用时还会为模拟工作提供一些方便的工具软件，例如：仿真、粒子编辑器等，这些工具软件可以快速构建出人们需要的原型，最终为整个平台提供更多的方便，为整个灭火救援系统的建模工作提供帮助。

七、基于Delta3D的灭火救援视景仿真

Delta3D独有的功能特点，可以更好地为灭火救援模拟训练系统中的视景仿真技术提供帮助，以云南某石油化工企业火灾中的油罐库区火灾为例，在分析的过程中可以通过Delta3D对整个油罐区库内进行建模，然后再通过格式转换建立相关的仿真交互式窗口系统，主要内容包括油罐库内部的整体火灾全区场景、着火区域火的形态、着火区域烟的形态、着火区域火势的蔓延方向、灭火方案可能对救援力量的影响、油罐库区域中消防工作人员的救援战术行动、模拟训练的声音效果等。