警察武力執法的虛擬仿真系統平臺開發研究

張帥奇

(陜西警官職業學院警體部，陜西 西安 710023)

0 引言

警察武力執法是一種打擊違法犯罪行為的強制性手段。由于武力訓練存在一定的高風險性，目前執法訓練基于基礎訓練，難以進行復雜壓力環境下的實戰演練和戰術訓練[1-3]。虛擬現實技術的發展，為警務實戰訓練提供了重要的技術補充手段。通過虛擬現實技術構建虛擬警情環境，輔助警務人員進行更具針對性、科學性的實戰演練[4-6]，不僅降低了實戰訓練的風險性、提升了交互職能性，同時構成了“三位一體”的仿真教學模式，提升了警察武力執法質量和執法綜合水平[7-9]。本文結合我國法律規范，基于虛擬現實技術設計警察武力訓練系統，以提高警察武力培訓效果、增強警察執法歸范性，開創了警察武力使用訓練新模式。

1 系統架構設計

1.1 系統功能需求

根據警察在武力實戰及訓練需求分析，仿真系統采用多層級、模塊化、松耦合原則進行設計，要求虛擬仿真系統必須做到虛擬化、場景化、實戰化，實現仿真訓練可記錄和考評功能。

虛擬情境是進行武力訓練的主要空間。對于虛擬情境的仿真，首先是根據訓練內容的差異，通過虛擬現實構建訓練環境，滿足學員不同操作需求[10]。當學員進入構建的仿真環境中，通過高度交互感來提升警務技能。警械武器仿真主要對執法過程中采用的催淚噴射器、手銬、警棍等實物建立精確的仿真模型。在實際執法過程中，由于執法對象、環境等不確定性，要求平臺具有較強編輯能力，以滿足場景多變性。同時，平臺對訓練全程產生的數據和影像進行記錄保存，讓學員能及時發現問題并糾正；對一些量化指標進行標準和處理和智能化評定，生成學員報告，對訓練報告進行分析并不斷優化評定標準。

1.2 體系結構設計

根據上述系統功能需求分析，將系統分為管理子系統、虛擬仿真訓練、功能模塊。各模塊采用內部服務器相互連通。

仿真訓練系統結構框架如圖1所示。

圖1 仿真訓練系統結構框架Fig.1 Structure framework of simulation training system

管理控制子系統作為總中樞，需要滿足情景構建的基本需求，包括對模塊的優化、提供便利的交互性界面等功能；有功能模塊構建仿真場景，通過輸入終端獲得學員動作滿足情境交互。實時調整模塊中，一方面基于大數據分析模塊進行訓練場景的設置，另一方面根據警情特征進行優化，保證貼近實戰。交互界面通過終端交互界面進行信息的交互。

1.3 軟件支持

仿真訓練系統軟件層采用四層體系結構，分為系統軟件層、基礎平臺層、應用層和用戶管理層。仿真訓練系統軟件框架如圖2所示。

系統軟件層作為軟件運行基礎，包括系統軟件和數據庫軟件。本文仿真訓練采用WindowsXP操作系統，MySQL數據庫管理軟件。用戶層主要包括操作接口和應用界面，為學員和教官提供各功能模塊的通道入口。應用層分為管理層和應用軟件層，包括系統的控制管理軟件(如運營軟件、加密軟件、檢測修復軟件等)，以及應用軟件(如訓練軟件、情境構建軟件、教學軟件等)。基礎平臺層是系統的核心，由數據庫和虛擬現實開發環境構成。數據庫保存用戶數據、學員訓練數據、考評數據。虛擬開發環境則是通過編程開發構建虛擬情境和實物，并存入資源庫。其一方面提供各類情境模型，另一方面提供虛擬模型的編輯和修改。

1.4 硬件系統

仿真訓練系統硬件系統包括建模設備、交互設備和通用設備。建模設備主要為構建模型的應用軟件和工具，包括實時三維空間重構設備和3D掃描儀等。

交互設備主要提供人機交互互聯工具，包括仿真模擬警械武器、數據包、動作捕捉設備、虛擬現實頭盔、力反饋震動馬甲等。通用設備主要為系統應用提供服務設備，包括顯示屏、服務器、感應器、視頻監控設備、計算機、路由器等。

圖2 仿真訓練系統軟件框架Fig.2 Software framework of simulation training system

2 系統功能模塊設計

2.1 教學模塊

根據我國警察武力使用情況，建立“基本訓練、判定訓練、戰術訓練”的“三段式”仿真訓練模塊，形成由低到高、由簡單到復雜的客觀學習規律。在訓練模塊中，武力課程包括語言、徒手、武器等基本動作和操作，以及情境訓練、戰術運用等。“三段式”武力訓練模式如圖3所示。

圖3 “三段式”武力訓練模式示意圖Fig.3 “Three-stage” force training model

在“三段式”警察武力仿真訓練中，第一階段為基本訓練。該階段主要學習理論、動作、技能基礎，掌握警務戰術、法律知識體系。武力使用判定訓練主要結合基礎訓練理論知識和動作技能，培養經常執法思維，滿足現場復雜環境下的快速反應。戰術訓練則是在基本訓練和判定訓練基礎上的綜合應用。通過虛擬場景下的武力使用和戰術對抗，能夠滿足復雜環境下的虛擬實戰訓練和考評，提升警察思維和心理能力，提高執法水平。

2.2 信息采集和考評模塊

信息采集模塊采集和儲存相關數據信息，包括學員執法語言、武力動作、槍支彈點坐標等，以實現訓練的可視化記錄。同時，該模塊將采集的數據與數據庫標準數據比較，生成判定報告，以保證訓練實效性。

考評模塊是在原始標準數據、能力參數和實際信息采集模塊基礎上建立的考核評判模型。其主要通過分析信息采集數據，對武力執法過程中的語言、武器應用、制暴手段等進行實時考核，并對壓力環境下訓練者所表現的戰術意識進行評估。

2.3 大數據分析模塊

大數據分析模塊將訓練過程中的觀測數據保存在數據庫系統中，以豐富武力使用訓練對比數據、提升學員訓練效果。仿真訓練系統中可對該類數據進行分析，以制定訓練量化指標和方案。此外，大數據模塊對多元數據進行整合分析，發現功能模塊缺陷，進一步對平臺優化，實現系統的更新升級。

3 訓練系統功能應用

3.1 基本訓練的應用

基于情境認知理論，應用虛擬現實技術開展警察武力執法訓練，將虛擬情景與傳統講述結合，對“三段式”的基本訓練階段進行訓練，主要包括語言控制、徒手控制、催淚噴射器、伸縮警棍、手槍使用的基本訓練。

以手槍使用訓練為例。其目的是通過虛擬情境訓練，讓參訓者掌握手槍使用的基礎知識，并規范射擊姿勢、持槍戒備等基礎動作。在訓練過程中，建立虛擬情景展示手槍構造。

通過展示手槍擊發全過程，使學員對槍械發射原理、發射流程，彈道學理論、瞄準點選擇進行可視化學習。隨后，通過虛擬情境，展示手槍各項操作。完成理論教學后，通過虛擬交互設備，練習手槍的基本操作動作，經考核合格后執行下一步訓練。系統儲存的課件以視頻方式了解手槍射擊應用技術，包括出槍收槍、持握姿態、概略瞄準等。教官可通過課件在虛擬情境中展示手槍處置警情案例，講解手槍使用操作流程、法律規范和射擊注意事項等理論知識，并利用系統對學員操作流程進行考核。對于未通過考核學員，通過系統分析評估，尋找到手槍訓練過程中的弱項，并進行針對性改進。

手槍訓練基本動作如圖4所示。

圖4 手槍訓練基本動作Fig.4 Basic action of pistol training

3.2 判定訓練的應用

警察使用武力是基于法律框架下執行的，因此根據實際警情把握武力使用程度，要求警察具備良好的判定能力。根據我國目前實際警情以及相關操作規程，對警察使用武力等級進行劃分，確定適當的警察武力使用程度。在仿真過程中，判定不同等級的違法抗擊行為情境，并作出相應的武力處置。隨著武力對抗的升級，涉及的武力使用手段也越多。因此，在判定武力使用訓練時要按照由簡單到復雜順序，對武力使用方法進行判定訓練。基于武力使用等級，設置六類典型的虛擬情境，并針對不同等級暴力抵抗行為制定武力使用手段，以提升學員判定決策能力[11]。武力控制情境如表1所示。

表1 武力控制情境表Tab.1 Situation table of force control

3.3 戰術訓練的應用

戰術階段訓練中，采用單一場景或復雜武力使用模擬訓練對參訓人員進行模擬實戰訓練和綜合考核，提升執法水平。如針對復雜場景下武力等級變化下的虛擬警情處理。以下為一起模擬不同執法等級下的徒手強硬抵抗情境。首先，在虛擬情境展現徒手強硬抵抗情境。訓練者優先采用催淚噴射器制止犯罪人員。訓練過程中，虛擬情境出現多種變化，執法對象可能改變攻擊意圖，采取其他行事攻擊。當犯罪人由徒手強硬抵抗改為持刀或持槍意圖攻擊，參訓學員需要由使用催淚噴射及時改為槍械控制。參訓學員完成不同虛擬環境下的模擬實戰訓練后，系統記錄全部訓練信息，并基于大數據分析模塊對學員進行考核，尋找其中的訓練弱項，有針對性地改進訓練計劃，直至學員訓練合格。

4 結論

武力執法是公安機關打擊犯罪行為的有效強制手段，直接關系到行為人身安全和法律尊嚴。近年來，警務執法過程中出現的不會、不敢和不能使用武器的情況，已成為制約執法規范化和實戰化重要瓶頸。科學、合理地開展警察武力使用執法，成為警察實戰訓練重要課題。虛擬仿真技術的警察武力執法實訓平臺具備逼真性、風險可控和實施交互性。本文將模擬訓練和考核評估融合，建立“教、學、練、戰”一體實現訓練模擬，建立基礎訓練、判定和戰術應用的“三段式”武力訓練框架。同時，對警察武力執法虛擬仿真平臺采用“漸進式”教學模式，通過個性化與系統性相耦合射擊，實現復雜環境下的模擬實戰訓練和綜合考核，提升了執法水平。