基于VR技術(shù)的高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練設(shè)計(jì)研究

吳凡，劉楊

摘要：目的 以中車高鐵駕駛艙環(huán)境及操作設(shè)備為對象，合理運(yùn)用VR技術(shù)的高仿真功能進(jìn)行應(yīng)急操作訓(xùn)練設(shè)計(jì)研究，從而來降低高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練的實(shí)際成本和風(fēng)險(xiǎn)，保障訓(xùn)練者的操作安全。方法 借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建高速列車三維可視化展示平臺，同時(shí)在該平臺上實(shí)現(xiàn)駕駛艙室內(nèi)環(huán)境虛擬體驗(yàn)，達(dá)到在緊急突發(fā)情況下的操作模擬訓(xùn)練功能。結(jié)論? 針對高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練，提出基于VR技術(shù)下的高仿真應(yīng)急訓(xùn)練，將訓(xùn)練者置于沉浸式的緊急情境，并在安全且真實(shí)的虛擬環(huán)境中應(yīng)對緊急情況，提高其面對突發(fā)情況的隨機(jī)應(yīng)變能力。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);應(yīng)急操作訓(xùn)練;高鐵;安全

中圖分類號：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0110-02

近些年我國高鐵憑借技術(shù)領(lǐng)先、安全可靠、性價(jià)比高，一度成了中國高端制造業(yè)的“黃金名片”，讓世界對中國的制造業(yè)刮目相看。而國外相繼出現(xiàn)的高鐵安全事故也給我們敲響警鐘，在高鐵應(yīng)急方面給予充分重視，不斷提高其風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防水平，注重緊急情況的應(yīng)急操作訓(xùn)練。但是在實(shí)際操作訓(xùn)練中存在著消耗成本高、問題反饋遲、應(yīng)急訓(xùn)練模式單一等顯著問題。因此，想要進(jìn)一步提升工作人員對于應(yīng)急事件的處理能力，就必須借助更加現(xiàn)代化的訓(xùn)練手段。基于VR技術(shù)的高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練系統(tǒng)能夠改變傳統(tǒng)的應(yīng)急訓(xùn)練模式，在高度安全的前提下，打破訓(xùn)練時(shí)空限制，提高訓(xùn)練者的參與積極性，憑借其現(xiàn)代化的交互操作特性，讓訓(xùn)練者進(jìn)行多層次、多角度的操作模擬訓(xùn)練。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其特征

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾在20世紀(jì)80年代初提出的，它是由虛擬仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。 [1]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓參與者以第一視角的身份進(jìn)入到計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的虛擬情境中，參與者通過一定的VR硬件設(shè)備在虛擬環(huán)境中進(jìn)行多層次的交互體驗(yàn)。由于自身的特性其被廣泛運(yùn)用到航天、軍事、醫(yī)學(xué)、應(yīng)急救援等多個(gè)領(lǐng)域。因此將虛擬技術(shù)應(yīng)用到高鐵應(yīng)急系統(tǒng)是切實(shí)可行的，并且也符合時(shí)代發(fā)展的趨勢。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是需要依托相應(yīng)的硬件設(shè)備，其特征主要有三點(diǎn)。

（1）沉浸式虛擬體驗(yàn)。利用一定技術(shù)手段將用戶參與的場景發(fā)生置換，給用戶營造出沉浸式的虛擬環(huán)境，從而讓參與者置身于視、聽、觸覺一體化的虛擬空間中，并且沉浸到創(chuàng)造出的環(huán)境中進(jìn)而達(dá)到身臨其境的效果。

（2）多維度想象。用戶憑借在虛擬世界中獲得的各種信息以及其在訓(xùn)練系統(tǒng)中的相應(yīng)行為，自身通過一定的想象、邏輯思維的判斷，對系統(tǒng)整體運(yùn)行的狀態(tài)變化可以進(jìn)行多維度想象，從而獲取更加豐富的知識、對于系統(tǒng)深層次的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和規(guī)律特點(diǎn)也有越發(fā)全面的自我認(rèn)識。

（3）交互性。將用戶作為虛擬環(huán)境中主體對象，把用戶的操作行為和策略通過相應(yīng)的VR硬件設(shè)備輸入到可操作界面中，進(jìn)而實(shí)時(shí)反饋給系統(tǒng)，這樣就能在虛擬環(huán)境下呈現(xiàn)出用戶對象的交互行為和交互關(guān)系。

2 高鐵應(yīng)急操作虛擬訓(xùn)練的必要性

我國高鐵事業(yè)發(fā)展迅猛，傳統(tǒng)的高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練模式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化安全建設(shè)的要求。一方面局限于人為模擬，訓(xùn)練方式較為單一且易受時(shí)間和空間的約束，訓(xùn)練結(jié)果總是差強(qiáng)人意;另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)高鐵應(yīng)急訓(xùn)練不具備應(yīng)急情境，無法令受訓(xùn)者在實(shí)際應(yīng)急訓(xùn)練中感受到真實(shí)感。在VR技術(shù)的結(jié)合下，高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練可以依托于虛擬空間，在高度安全的前提下，打破傳統(tǒng)的人為模擬特性，不受時(shí)空限制，快速取得應(yīng)急演練結(jié)果，進(jìn)行演練評估和改進(jìn)。并且受訓(xùn)人員可以根據(jù)自己的培訓(xùn)效果重復(fù)演練，掌握受訓(xùn)主動(dòng)權(quán)，大大提高了演練效果，更好地體現(xiàn)了虛擬應(yīng)急的自主性。

此外長期在單一的應(yīng)急訓(xùn)練環(huán)境中做出的反應(yīng)，某種程度上會(huì)讓訓(xùn)練者形成固定的反應(yīng)思維。但是VR虛擬演練系統(tǒng)可以模擬各種演練情況，讓受訓(xùn)者可以置身于各種復(fù)雜和突發(fā)環(huán)境中，有針對性地進(jìn)行訓(xùn)練，提高自身的應(yīng)變能力與相關(guān)處理技能。最后就是傳統(tǒng)的高鐵應(yīng)急訓(xùn)練方式在訓(xùn)練成本和安全方式管理上存在較大的問題，成本高、安全管理困難極大阻礙了應(yīng)急訓(xùn)練的進(jìn)行。而VR虛擬應(yīng)急借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對高鐵應(yīng)急的實(shí)際場景和情境進(jìn)行多樣化采集和存儲(chǔ)，這樣大幅降低了實(shí)際應(yīng)急場景訓(xùn)練所帶來的高額成本，也可以更系統(tǒng)地觀察和管理應(yīng)急操作訓(xùn)練系統(tǒng)，讓應(yīng)急訓(xùn)練符合現(xiàn)代化的應(yīng)急需求。要想讓訓(xùn)練者在應(yīng)急操作訓(xùn)練中表現(xiàn)得更為真實(shí)，現(xiàn)存的高鐵應(yīng)急操作就必須顛覆現(xiàn)有訓(xùn)練模式，進(jìn)行創(chuàng)新升級，敢于采用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，憑借VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其硬件設(shè)備真實(shí)模擬出應(yīng)急系統(tǒng)，從而讓受訓(xùn)練者和緊急情境產(chǎn)生真實(shí)的交互行為，讓訓(xùn)練者能夠身臨其境。VR技術(shù)下的高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練在現(xiàn)代技術(shù)的幫助下能夠完美重現(xiàn)緊急情境，給高鐵應(yīng)急訓(xùn)練模式開拓了新的途徑。

3 VR技術(shù)下的高鐵應(yīng)急操作體現(xiàn)

《應(yīng)急管理信息化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃框架（2018-2022年）》）指出，要想實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理信息化跨越式的發(fā)展就需要制定應(yīng)急管理信息化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)著要“充分運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)等新一代新興技術(shù)，推動(dòng)現(xiàn)代化信息技術(shù)與應(yīng)急管理業(yè)務(wù)流程深度融合，從而令應(yīng)急管理信息化得到跨越式發(fā)展” [2]。現(xiàn)階段，在高鐵虛擬應(yīng)急操作訓(xùn)練構(gòu)建的過程中，需要深度運(yùn)用新興技術(shù)，進(jìn)而加強(qiáng)高鐵虛擬應(yīng)急管理的技術(shù)創(chuàng)新，拓寬高鐵虛擬應(yīng)急訓(xùn)練交互形式途徑，保證高鐵應(yīng)急的安全。

3.1 參與者與訓(xùn)練環(huán)境的交互體現(xiàn)

“在應(yīng)急訓(xùn)練者，通過設(shè)置虛擬演練場景、存儲(chǔ)典型預(yù)案信息，演練人員可通過虛擬場景完成人機(jī)交互，讓應(yīng)急人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在，快速提高應(yīng)急人員的處置能力”[3]所以高鐵的應(yīng)急訓(xùn)練需借用VR虛擬技術(shù)來設(shè)置典型的高鐵緊急演練場景，來讓高鐵應(yīng)急的演練人員在這樣的虛擬場景中來進(jìn)行人機(jī)交互，從而實(shí)現(xiàn)用戶和空間的融合。因此高鐵應(yīng)急操作訓(xùn)練應(yīng)該是一個(gè)多元化的展示空間，由多個(gè)不同的信息載體來構(gòu)成虛擬的高鐵應(yīng)急演練場景。場景中的色彩、材料、情景變化都可以作為信息傳遞給用戶，不同的空間信息會(huì)給演練者帶來不同的訓(xùn)練感受。高鐵虛擬應(yīng)急場景特征如圖1。