虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在消防模擬訓(xùn)練中的實(shí)際應(yīng)用

張俊剛

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防指揮系 河北廊坊 065000）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在消防模擬訓(xùn)練中的實(shí)際應(yīng)用

張俊剛

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防指揮系 河北廊坊 065000）

綜述了國(guó)內(nèi)外基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的消防滅火救援模擬訓(xùn)練技術(shù)的研究成果和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于消防滅火救援訓(xùn)練的基本模式和方法，并就其發(fā)展進(jìn)行展望。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；消防；滅火救援；模擬訓(xùn)練

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊。計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練有效解決了消防領(lǐng)域傳統(tǒng)訓(xùn)練過(guò)程中環(huán)境、氣象、成本等因素對(duì)訓(xùn)練產(chǎn)生影響的問(wèn)題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了一個(gè)身臨其境的交互式視景仿真的訓(xùn)練環(huán)境。因此，現(xiàn)代消防模擬訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)該是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能消防系統(tǒng)。

1 我國(guó)現(xiàn)有消防訓(xùn)練方法存在的主要問(wèn)題

（1）消防人員培訓(xùn)的內(nèi)容專(zhuān)業(yè)化程度不夠深入，針對(duì)特殊對(duì)象的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練較少。如對(duì)高層火災(zāi)撲救戰(zhàn)術(shù)，傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法很難針對(duì)建筑火災(zāi)特點(diǎn)以及建筑火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律，尋找火災(zāi)的最危險(xiǎn)點(diǎn)和最脆弱點(diǎn)，從而很難制定針對(duì)性強(qiáng)的作戰(zhàn)方案并開(kāi)展相應(yīng)的訓(xùn)練；在石油化工廠事故、煤礦事故等不同環(huán)境條件下的特殊災(zāi)害事故訓(xùn)練方面，很難模擬真實(shí)的火災(zāi)和爆炸事故場(chǎng)景，也很難針對(duì)災(zāi)害的特殊性進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究并制定一套系統(tǒng)的演練方案。

（2）在心理素質(zhì)訓(xùn)練方面，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)訓(xùn)練注重體能、理論訓(xùn)練，而消防人員在特殊環(huán)境下心理承受能力的訓(xùn)練（如在高溫、濃煙的環(huán)境下，在高空負(fù)荷下等特殊條件下的作戰(zhàn)訓(xùn)練等），則主要是利用模擬訓(xùn)練設(shè)施來(lái)進(jìn)行，且是一種行之有效的方法，但是其投資規(guī)模大，且火災(zāi)、爆炸等災(zāi)害的模擬重復(fù)性差。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在消防模擬訓(xùn)練中的意義

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，V R）技術(shù)是20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的涉及眾多學(xué)科的技術(shù)。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)于一體，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用這些技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一種虛擬環(huán)境，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等作用，使用戶(hù)產(chǎn)生和現(xiàn)實(shí)中一樣的感覺(jué)，并可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與該環(huán)境直接交互。鑒于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)時(shí)三維空間表現(xiàn)能力、人機(jī)交互式的操作環(huán)境以及給人帶來(lái)的身臨其境的感受，它在消防訓(xùn)練中起到舉足輕重的作用。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)題模擬和特殊災(zāi)害模擬，具有逼真、安全、成本低廉、易于重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，解決了當(dāng)前訓(xùn)練中普遍存在的真實(shí)性差、訓(xùn)練費(fèi)用高以及非專(zhuān)業(yè)化等問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使過(guò)去的監(jiān)控系統(tǒng)二維界面轉(zhuǎn)變?yōu)槿S界面，可以逼真地顯示建筑物的外形，消防指揮員可以根據(jù)建筑物的分布情況及時(shí)作出營(yíng)救計(jì)劃，盡量減少人員和財(cái)產(chǎn)損失。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以構(gòu)建“虛擬火場(chǎng)”，讓指揮員和戰(zhàn)斗員有直接進(jìn)入火災(zāi)或事故現(xiàn)場(chǎng)的感覺(jué)，能夠在近似實(shí)戰(zhàn)的條件下運(yùn)用裝備去完成各種滅火技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，提高作戰(zhàn)能力，同時(shí)能訓(xùn)練消防人員的心理承受能力。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在消防安全工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 國(guó)內(nèi)消防模擬訓(xùn)練技術(shù)研究進(jìn)展

3.1 數(shù)字化預(yù)案系統(tǒng)方面

我國(guó)的數(shù)字化滅火預(yù)案系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，技術(shù)越來(lái)越成熟。以大連希爾頓酒店《數(shù)字化消防滅火預(yù)案》為例，能比較清楚地看出V R技術(shù)在消防模擬訓(xùn)練指揮系統(tǒng)中應(yīng)用的過(guò)程。此預(yù)案是針對(duì)該酒店的消防滅火預(yù)案，并進(jìn)行了一系列相應(yīng)的數(shù)字化工作。本著仿真實(shí)用、表達(dá)清新、易于理解、操作便捷等原則，采用V R技術(shù)建立了該酒店仿真三維建筑模型，對(duì)其自然情況（包括：地理位置、周?chē)缆?、建筑、水源、建筑?nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部消防設(shè)施、功能分區(qū)、重點(diǎn)部位、疏散樓梯、防火分區(qū)、豎井通道、水管道及流向等）進(jìn)行數(shù)字化處理，并以此進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成火情分析、單位自救、調(diào)度指揮、滅火措施、注意事項(xiàng)等一整套虛擬火災(zāi)滅火救援預(yù)案。

3.2 建筑火災(zāi)方面

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，針對(duì)大空間建筑火災(zāi)的特點(diǎn)，建立了大空間建筑火災(zāi)V R系統(tǒng)。該系統(tǒng)以O(shè)penGL作為三維圖形顯示基礎(chǔ)，火災(zāi)模型選用場(chǎng)區(qū)復(fù)合模型。用戶(hù)借助立體眼鏡可以感受周?chē)ㄖh(huán)境、火災(zāi)發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r，借助于鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)了走動(dòng)、拾取、使用滅火器滅火等操作，系統(tǒng)具有較好的沉浸性和交互性。系統(tǒng)主要用于培養(yǎng)公民的消防安全意識(shí)和撲救初期火災(zāi)的能力，還可用于研究火災(zāi)條件下人的心理等。

3.3 油罐火災(zāi)方面

中國(guó)人民武警察部隊(duì)學(xué)院開(kāi)發(fā)了油罐火災(zāi)滅火指揮計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)屬于分布式仿真系統(tǒng)，由導(dǎo)演部、總指揮部、冷卻滅火和供水保障分指揮部等構(gòu)成，以GIS系統(tǒng)和火災(zāi)三維場(chǎng)景顯示作為主要交互界面。系統(tǒng)主要采用Microsof t COM/DCOM/COM+技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與用戶(hù)機(jī)的信息傳輸，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和綜合知識(shí)庫(kù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)態(tài)勢(shì)引導(dǎo)、滅火方案生成和作戰(zhàn)方案評(píng)判等功能。該系統(tǒng)具有一定的智能推理和訓(xùn)練評(píng)估功能，主要用于訓(xùn)練、提高指揮員對(duì)于油罐火災(zāi)的指揮能力和戰(zhàn)術(shù)素質(zhì)。

3.4 煤礦事故救援訓(xùn)練方面

太原理工大學(xué)以VRML和Java的接口為基礎(chǔ)，利用Java語(yǔ)言編寫(xiě)程序腳本，結(jié)合VRML的cript節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)整個(gè)煤礦事故救援訓(xùn)練過(guò)程的交互控制。該系統(tǒng)對(duì)救援訓(xùn)練過(guò)程的仿真，可使救護(hù)隊(duì)員在計(jì)算機(jī)提供的虛擬環(huán)境中熟練掌握救援技術(shù)。

3.5 教育方面

沈陽(yáng)市消防支隊(duì)設(shè)計(jì)的3D火災(zāi)逃生模擬系統(tǒng)是基于3D虛擬技術(shù)的互動(dòng)式教育游戲系統(tǒng)，給使用者提供了一個(gè)模擬火災(zāi)發(fā)生后進(jìn)行逃生自救行為的數(shù)字化平臺(tái)。該系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)參數(shù)控制，建立完整的火災(zāi)環(huán)境，以3D互動(dòng)方式仿真火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的過(guò)程，采用游戲向?qū)У膶W(xué)習(xí)方法，對(duì)系統(tǒng)的使用者在虛擬的火災(zāi)災(zāi)場(chǎng)的反應(yīng)、行為進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。該系統(tǒng)不僅提供了安全、真實(shí)、有效的火災(zāi)逃生自救訓(xùn)練平臺(tái)，同時(shí)也宣傳消防知識(shí)，推廣消防經(jīng)驗(yàn)，對(duì)社會(huì)以及人民的生活產(chǎn)生積極影響。

4 消防模擬訓(xùn)練技術(shù)展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬訓(xùn)練急速也得到了很大的提高。從單機(jī)形式到網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，從簡(jiǎn)單圖形技術(shù)到立體三維現(xiàn)實(shí)技術(shù)，從簡(jiǎn)單交互到智能交互，模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的操作距離、可視化效果、沉浸感、交互性等都得到了很大的提高?；诰W(wǎng)絡(luò)化的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的消防模擬訓(xùn)練將成為今后發(fā)展的主導(dǎo)方向。

[1]高小輝.分布式虛擬環(huán)境在消防預(yù)案中的應(yīng)用[D].首都師范大學(xué)：首都師范大學(xué)，2007.

[2]戚宜欣，汪箭，季輝，等.建筑火災(zāi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究[C].99城市火災(zāi)安全國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì).

TP391.9

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1004-7344（2016）07-0332-01

2016-2-1