虚拟现实技术在矿山救护队模拟演练中的应用

摘要：在矿井灾害事故中，矿山救护队非常重要。对矿山救护队模拟演练存在的风险和困难进行了分析，从安全教育、训练、解危措施等方面进行了论述，提出了应用虚拟现实技术提高训练质量的方法，进行了理论研究，达到了实景真实模拟的效果，解决了训练过程中人员安全风险高和物资消耗大的问题。

关键词：矿山救护队；模拟演练；虚拟现实 引言

矿井灾害事故救援过程中，救援人员的业务素质和经验，直接关系着救援工作的成功。随着安全管理的逐步提升我国煤矿企业与以往相比，发生的安全事故逐年降低，矿山救护队新招救护队员很少有机会参加实战，造成新队员救援经验，新队员参与事故救援时，存在较大安全风险，且目前新队员比例在救护队伍中在逐年增加。为解决这一问题定期在真实模拟的环境中进行应急演练尤为重要，可以丰富救护人员的救援经验，提高救护人员技术水平；但是也有很多不足，比如训练费用，潜在的大量安全威胁因素，导致完全模拟真实环境并不现实。虚拟现实技术可以很好解决该类问题，为矿山救护队的应急训练设计出全新的方式，该技术可以设计出三维可视、用户界面友好、人机交互的虚拟环境，能使队员产生同在真实世界中一样的感觉。

1解析虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术（VirtualReality），简称VR，是一项能够利用人工智能、多媒体等高科技技术，模拟人类在特定环境中的视觉、听觉等行为的高级别人机交互技术。体验者和使用者们不仅能够“身临其境”，而且可以在一定程度上突破时间、空间等客观，体验到真实世界中无法亲身经历的种种感受。 2虚拟现实系统的划分

虚拟现实系统根据用户参与形式的不同一般分为4种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟境界的一个窗口；沉浸式可以利用头盔式显示器、位置、数据手套和其他设备，使得参与者获得置身真实情景的感觉；增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起，使用户既可以看到真实世界，又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象；分布式是将异地不同用户连接起来，对同一虚拟世界进行观察和操作，共同体验虚拟经历，如用于联合训练的作战仿真互联网。 3虚拟现实技术应用在矿山救护工作中的重要意义

全新的虚拟现实技术可以通过场景模拟技术，触觉反馈传感技术等利用计算机对火灾中出现的各种参数合成处理，按模拟演练预案基本指挥程序，将所需执行任务采取数字方式直接反映到大脑中，随后，按照矿山救护人员各自的分工和职能开始模拟演练。这种技术中最为先进的一点就是矿山救护队指战员在实施模拟演练过程中通过对矿山救护人员在事故现场中的体能、技能、智能、心理素质测试进行充分了解和掌握，最大限度的提高训练整体效率；虚拟现实技术在矿山救护过程中的全面应用将为全体矿山救护人员积累丰富的实战经验，尤其是针对一些较为困难的剧毒性、危险性科目等训练，这种技术的科学化应用能够让整个训练取得安全和满意的训练效果。

4虚拟现实技术在矿山救护工作中的系统设计

虚拟现实技术可以从视觉听觉等多个方面使人们通过三维立体的模拟环境感受到最真实的情境。在进行系统设置的过程中首先就是对三维立体模型进行建立，这需要运用到多种技术模拟的软件。进行三维立体中的场景制作的时候也需要建立起模型。为了使所建立的系统可以在模拟演练的过程中帮助矿山救护工作人员提高自身的作战能力，在进行模拟制作的过程当中应该根据真实的场景来进行极大程度的复制。对于绿化的设置、路径的移动、一些互动性的操作，应该经过反复实验之后才可以建立起3D场景，这样才能最大程度地保证矿山救护人员在模拟系统中有最为真实的感受。三维立体模型的可视化需要结合VR技术和多媒体，建立这种可视化的虚拟环境可以通过计算机内部的数据公式来进行数据的转换。为了提高建设模拟的效率可以进行二次开发模型，即在原有模型的基础上通过改变相应的参数而建立起全新的模型，这种方式可以有效地节约数据资源，并且技术人员也可以通过以往建立模型的经验设计出较为基础常用的模型和数据库，这种方式也有助于提高三维图形应用数据系统的管理，能够使所建立的系统内容更加的丰富。在矿山救护战训工作中进行虚拟现实技术的系统设计不仅需要极大程度地模拟现实的事故救援现场，也应该尽可能地去分析虚拟救援现场当中矿山救护队指战员的各种作战情况，根据其综合的作战素质和相应的评价方式并通过计算机的计算来对矿山救护人员模拟的训练过程进行评价。这种运用计算机的评价模式相比于人工评价而言效率更高，同时也能够观察到可能人为评分时无法发现的细节。而且计算机的评价更加的全面、公正。不仅如此，通过分析矿山救护队指战员对不同的火灾区域的救援情况能够有针对性地发现矿山救护人员在救灾过程中的优缺点，进而可以帮助矿山救护人员在今后的训练当中提升个人所欠缺的能力，便于之后有倾向性的进行训练。这种针对性的评价方式可以全面提高矿山救护人员的救援水平。 5虚拟现实技术及其在模拟演练中的应用 5.1解危措施模拟

矿山救援的环境复杂、危险源种类繁多，不同的灾害现场、不同的受灾人群、不同的救援人员，相同的解危措施效果往往大相径庭。在真实的环境中受灾人和救援人的情绪和行为与传统训练中有较大区别。虚拟环境的建设能最大限度的模拟灾害发生过实环境，在“身临其境”的条件下观察相关人员情绪和行为，并对采取应对措施的有效性、合理性进行评估。VＲT具备实现过程回放、数据交互的功能，有利于发现救援过程中事故发生的具体细节，有利于观测相关人员在真实环境下的行为反应，对优化救援方案和解危措施具有指导作用。 5.2一般技术操作模拟训练

结合《矿山救护队质量标准化考核规范》要求，制定符合实战要求的相关训练场景，在仿真场景中将现实井下救援过程中某个一般技术操作环节单独剥离出来，再更换不同的场景和环境变量，让训练不再脱离实战，增强了队员的环境适应能力和危机处置能力，更好的适应瞬息万变的抢险救援现场环境。 5.3模拟救灾演练预案

在以往模拟救灾演练预案制定过程中，只能依据相关信息资料结合矿井图纸进行预案与部署的制定，若矿井结构过于复杂，则在预案制定时就无法做到对矿井内部的具体情形、空间特点做出准确判断和描述。另外，在以往预案制定时，对矿井内部灾害情况无法做出精准的分析。为保证在灾害发生时矿山救护队指战员可以对救援设备、模拟救灾演练预案完全掌握，需定期开展模拟救灾演练，或者是为提升人员疏散有效性，定期开展紧急疏散演习。但是传统演习的开展费时费力，不仅会消耗大量资源成本，并且在事故模拟过程中，存在一定安全隐患。鉴于此，VR技术应用可实现对上述问题的解决，在减少资源消耗的同时，保障人员的安全性。 5.4心理训练

事故救援对队员神经系统有很高的要求，在救援中队员经常处于身体、心理的极度紧张状态中，许多危险、紧张场面，使队员的情绪反应以及机能发生着巨大变化。在救援中队员心理需调整到最佳状态，主要是提高队员对自己救援能力的信心，排除由于救援而产生的心理紧张，加强自身的主导作用。VR技术应用可通过日常训练提高救护队指战员的心理素质，克服以上困难。 结语

将虚拟现实技术应用到矿山救援中，可以提高训练质量，提高矿山救护队伍实战能力，是满足现代化矿山救援队伍建设的技术手段。通过虚拟现实技术开展模拟实战训练比传统的模拟实战具有如下优势：一是，减少训练场地面积，节省大量人力物力，缩短模拟实战训练筹备时间，在相同参数条件下可重复演练；二是，利用计算机建模可以实现复杂真实场景设计，可以使受训者身临其境中获得环境沉浸感，可以拥有感知功能、实现人机交互；三是，虚拟现实技术可以为矿山救援活动提供决策支持，通过模拟技术为决策者提供最优方案；四是，降低训练过程中物资消耗、减少设备磨损和维护。五是，虚拟现实技术能训练救护队指战员克服事故救援时的紧张、畏惧心理，模拟事故救援现场，提高事故救援能力。 参考文献：

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