基于VR技術(shù)的高鐵動車組應(yīng)急處置技能仿真訓(xùn)練系統(tǒng)研究*

李培鎖

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

隨著科技的進(jìn)步，高鐵因?yàn)槠渌俣瓤?、舒適度高等特點(diǎn)成為了人們出行的主要交通工具之一。在行駛過程中車輛可能會遇到突發(fā)事件，如火災(zāi)、冰雪、空調(diào)等引起的問題[1]。為了保證乘客的人身和財(cái)產(chǎn)安全，工作人員需要進(jìn)行應(yīng)急處置訓(xùn)練。但是傳統(tǒng)的訓(xùn)練是在結(jié)合書本搭建的場景中進(jìn)行，場景與實(shí)際存在差距，因此虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）身臨其境的逼真體驗(yàn)進(jìn)入人們的視野。

1 高鐵動車組應(yīng)急處置相關(guān)介紹

1.1 目前高鐵動車組應(yīng)急處置存在的問題

乘坐高鐵動車組成為人們出行常用的交通方式，但是在出現(xiàn)問題時的應(yīng)急處置還存在一定的問題。第一，應(yīng)急處置體系不健全，高鐵發(fā)展迅速，但是與之相匹配的應(yīng)急處置卻發(fā)展緩慢，在面對重大突發(fā)的高鐵動車組問題事件時，各部門相互協(xié)調(diào)工作能力較差，不能及時準(zhǔn)確地開展救援工作，導(dǎo)致人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。除此之外，應(yīng)急處置設(shè)備落后，在發(fā)生事故時并不能起到很好的作用，各部門溝通存在問題，不能有效協(xié)調(diào)地開展救援工作，應(yīng)急處置并沒有達(dá)到理想效果，且延長了救援時間，導(dǎo)致?lián)p失增加[2]。第二，應(yīng)急處置訓(xùn)練不到位，高鐵動車組的安全教育是不能忽視的，在發(fā)生事故時，損失巨大，后續(xù)維修費(fèi)用高昂，因此如何有效地在事故發(fā)生時及時止損是必須要考慮的事情。目前的高鐵動車組相關(guān)安全教育還是存在缺陷，并沒有做到很好的宣傳，導(dǎo)致人員從意識上不重視，并且在培訓(xùn)過程中也沒有做到很好的模擬效果，與實(shí)際工作中的困難處境有一定差距，導(dǎo)致在面臨實(shí)際災(zāi)難的時候應(yīng)急處置做得不到位，沒有有效控制災(zāi)難范圍、安撫乘客情緒等，造成了不必要的損失[3]。

1.2 我國高鐵動車組應(yīng)急演練現(xiàn)狀

在發(fā)現(xiàn)存在上述問題之后，為了提高高鐵動車組工作人員的工作能力和心理素質(zhì)等，各單位專門設(shè)立了應(yīng)急演練教學(xué)部門，對工作人員的應(yīng)急處置能力進(jìn)行培養(yǎng)和提升。但是在事故發(fā)生時，需要各個部門如車務(wù)、機(jī)務(wù)等共同合作，并且還需要消防隊(duì)等協(xié)助開展救援，因此單方面的訓(xùn)練并不能滿足實(shí)際應(yīng)急處置需求。目前，我國的高鐵動車組應(yīng)急處置培訓(xùn)還在發(fā)展過程中，已經(jīng)有超3 000個場景的演練，并且針對各個故障類型已經(jīng)有了相應(yīng)的處置能力，但是培訓(xùn)場景與實(shí)際存在一定差距，還需要進(jìn)一步提高，并且場景搭建等花費(fèi)的資金也是巨大的。VR技術(shù)為我國目前的應(yīng)急處置技能訓(xùn)練中場地、仿真等問題提供了有效的解決方法[4]。

2 V R相關(guān)介紹

2.1 VR的發(fā)展及現(xiàn)狀

隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展，其在視、聽、觸等多方面的發(fā)展也在逐漸完善。美國一項(xiàng)利用VR技術(shù)發(fā)明的可以跟蹤眼球的技術(shù)，結(jié)合人在看東西時的掃視抑制現(xiàn)象，滿足了人們在虛擬場景中也可以有真實(shí)行走的感覺，除此之外，在VR設(shè)備中設(shè)置了立體聲效果，使得虛擬場景中的模擬音效更加真實(shí)和自然。不僅如此，在觸覺上為了追求真實(shí)感對設(shè)備的重量進(jìn)行優(yōu)化，以此來滿足更加真實(shí)的觸覺體驗(yàn)。

我國的VR技術(shù)也在上升過程中，但是還存在很多問題，例如對于產(chǎn)品的高品質(zhì)追求還需提高，VR的內(nèi)容開發(fā)較少，還需豐富，設(shè)備繁雜并不能很好地?cái)M真等等。近幾年隨著5G技術(shù)的日益成熟，VR產(chǎn)業(yè)獲得了新的發(fā)展機(jī)遇。2019年1月，中國電信在深圳圓滿完成了央視春晚特別節(jié)目的5G網(wǎng)絡(luò)VR現(xiàn)場連線直播，這是春晚首次實(shí)現(xiàn)VR超高清視頻內(nèi)容的5G傳輸。VR技術(shù)已經(jīng)不僅僅是一個名詞、一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，而是逐漸深入到人們的日常生活中，成為人們生產(chǎn)生活密不可分的助手[5]。

2.2 VR的關(guān)鍵技術(shù)

VR的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及兩種，其一是數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化，在VR中數(shù)據(jù)的采集很重要，能有效幫助人們在使用VR過程中提升體驗(yàn)的真實(shí)感。數(shù)據(jù)獲取主要通過直接采樣技術(shù)，例如在獲取火焰等類型的數(shù)據(jù)時，通常使用全向相機(jī)對圖像進(jìn)行獲取，可以保證其高動態(tài)多維度呈現(xiàn)。在數(shù)據(jù)獲取之后需要進(jìn)行傳輸，在數(shù)據(jù)發(fā)送之前需要計(jì)算其傳輸概率，然后計(jì)算在可能涉及到的節(jié)點(diǎn)上可以進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的概率，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)發(fā)概率大的節(jié)點(diǎn)中，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒Ω怕?。?shù)據(jù)傳輸中的功耗、延遲等因素是目前VR技術(shù)主要研究內(nèi)容。其二是VR在使用過程中實(shí)現(xiàn)交互模擬和情景實(shí)時展現(xiàn)，其中包括觸/力覺反饋技術(shù)，通過反作用力使得VR可以模擬出人在碰觸到運(yùn)動的物體時的力覺真實(shí)體驗(yàn)，通過觸覺的反饋模擬人碰觸到物體時反饋給人真實(shí)在碰觸物體的虛擬觸感。另外，通過跟蹤定位的方式，人們在使用VR過程中可以感受模擬情景的變化，并且通過渲染技術(shù)保證情景的擬真性[6]。

2.3 VR在高鐵動車組應(yīng)急處置領(lǐng)域的應(yīng)用前景

在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，高鐵動車組已經(jīng)成為人們出行的主要選擇之一，在使用過程中的應(yīng)急處置也變得越來越重要，只使用紙質(zhì)書本等對工作人員進(jìn)行培訓(xùn)可能存在“紙上談兵”的情況，在實(shí)際運(yùn)用過程中并不能起到很好的作用。但是隨著VR技術(shù)的日益成熟，可以將VR技術(shù)應(yīng)用到高鐵動車組應(yīng)急處置領(lǐng)域，幫助工作人員進(jìn)行訓(xùn)練實(shí)踐。通過VR技術(shù)模擬高鐵動車組運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的緊急情況，并通過VR技術(shù)幫助工作人員進(jìn)行處置，同時記錄人員在其中的表現(xiàn)，幫助其在后期進(jìn)行查詢、總結(jié)和改進(jìn)，并且還可以很方便地進(jìn)行多次訓(xùn)練。除此之外，通過VR技術(shù)的使用，可以針對多種應(yīng)急情況進(jìn)行模擬，省去了現(xiàn)實(shí)中布置場景等步驟，省時省力，節(jié)約成本。VR技術(shù)將會使得高鐵動車組工作人員在應(yīng)急處置訓(xùn)練中有更好的表現(xiàn)[7]。不僅可以使工作人員在遇到緊急情況時能夠冷靜妥善處理，還可以對處理過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)，并且通過查看記錄可以讓工作人員共同研究共同進(jìn)步。

3 高鐵動車組應(yīng)急處置技能仿真訓(xùn)練系統(tǒng)

3.1 火災(zāi)應(yīng)急處理仿真訓(xùn)練系統(tǒng)

高鐵動車組在運(yùn)行過程中處于封閉狀態(tài)，如果發(fā)生火災(zāi)，乘客很難快速轉(zhuǎn)移，救援難度大。因此，可通過VR技術(shù)幫助高鐵動車組模擬火災(zāi)發(fā)生的情景，幫助工作人員熟練掌握在火災(zāi)發(fā)生時如何進(jìn)行應(yīng)急處置。首先，通過VR技術(shù)幫助工作人員在面對火災(zāi)時熟悉各自的工作，防止出現(xiàn)慌亂導(dǎo)致工作不到位情況，增加乘客的心理恐慌感。其次，組長可以在VR技術(shù)的幫助下熟練掌握指揮步驟，將火情有效控制在一定范圍內(nèi)，為車上人員增加生存空間，并且為消防隊(duì)的滅火工作減輕壓力。再次，VR技術(shù)可以幫助各個工作人員熟知在火災(zāi)到來時自己的工序，如列車員打開警報開關(guān)，然后告知高鐵動車組司機(jī)和組長火情發(fā)展?fàn)顩r，幫助他們了解當(dāng)前列車狀況，與此同時，VR技術(shù)模擬訓(xùn)練可以幫助組長等人及時向總指揮中心準(zhǔn)確匯報火災(zāi)狀況，等待救援到來。最后，通過VR技術(shù)的模擬訓(xùn)練能夠幫助工作人員熟練掌握如何疏散乘客，并且掌握相應(yīng)的火災(zāi)搶救方法，盡可能在消防隊(duì)趕到之前將危險降到最低[8]。

通過VR技術(shù)可以模擬在不同地點(diǎn)發(fā)生的火災(zāi)及不同的滅火方法。在開敞地段發(fā)生火災(zāi)時，通過VR技術(shù)對高鐵動車組內(nèi)的火災(zāi)進(jìn)行模擬，工作人員對滅火步驟進(jìn)行演練，并且在火勢不能控制時練習(xí)如何疏散乘客，使乘客保持50 m以上的防火間距。通過VR訓(xùn)練制動措施，防止在火災(zāi)車廂分離之后列車溜逸。除此之外，通過VR模擬現(xiàn)場訓(xùn)練工作人員準(zhǔn)確報告現(xiàn)場情況，保證其他部門可以以最快的速度展開救援行動。當(dāng)高鐵動車組火災(zāi)發(fā)生在橋梁處時，訓(xùn)練工作人員及時通過救援機(jī)車將著火車廂和正常車廂分離，盡快完成事故路段的正常通車，同時也要保障救援車輛的安全。如果火災(zāi)發(fā)生在隧道中，由于該類地點(diǎn)不利于煙霧等的排出，乘客可能情緒波動較大，通過VR技術(shù)使工作人員熟練掌握安撫乘客以及疏散乘客等工作技能，盡最大可能減少損失[9]。

3.2 風(fēng)雪應(yīng)急處理仿真訓(xùn)練系統(tǒng)

在冬季風(fēng)雪天氣中，高鐵動車組行駛速度較快可能會導(dǎo)致被卷起的風(fēng)雪在車輛底部形成冰雪層，造成轉(zhuǎn)向等關(guān)鍵部分出現(xiàn)問題。另外，冰雪層掉落會導(dǎo)致車輛部件的使用受到影響甚至部件損壞，嚴(yán)重影響車輛行駛安全。通過VR技術(shù)對風(fēng)雪天氣狀況和車輛行駛狀況進(jìn)行模擬，在模擬過程中緊急啟用應(yīng)急處置方法，對列車進(jìn)行降速，防止車速過快導(dǎo)致風(fēng)雪卷起形成冰雪層，各部門安排相應(yīng)人員和裝置進(jìn)行融雪。隨車機(jī)械師在VR場景中練習(xí)相應(yīng)技能，在發(fā)現(xiàn)車輛有異?；蝿印惓Ｂ曇艋蛘唠娏鞒霈F(xiàn)問題時，及時和司機(jī)進(jìn)行溝通，降低車速，防止車輪被擦傷，并使用空氣制動保障制動夾鉗可以正常使用[10]。

4 結(jié)束語

高鐵動車組在行駛過程中可能發(fā)生不同的緊急狀況，需要工作人員應(yīng)急處置，但是由于經(jīng)驗(yàn)不足等導(dǎo)致的應(yīng)急處置不到位，可能會造成人員傷亡等。但是隨著VR技術(shù)的不斷完善，利用VR技術(shù)建立虛擬環(huán)境下的高鐵動車組應(yīng)急處置技能VR虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，能把高鐵乘務(wù)實(shí)訓(xùn)中抽象的及難以用一般自然手段表現(xiàn)的概念直觀形象地表現(xiàn)出來，為學(xué)生創(chuàng)造逼真而靈活的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，這提高了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的安全性、實(shí)效性及直觀性，降低了實(shí)訓(xùn)的耗材成本及難度，同時也有效地解決了當(dāng)前實(shí)訓(xùn)設(shè)備、場地、資金不足等問題。建設(shè)高鐵動車組應(yīng)急處置技能VR虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，虛實(shí)結(jié)合開發(fā)生產(chǎn)性實(shí)踐教學(xué)模式，為學(xué)生創(chuàng)造仿真工作環(huán)境，可以進(jìn)一步提高學(xué)生的職責(zé)意識和技能，滿足學(xué)校高技能人才培養(yǎng)和自身輻射能力提升的需要。