消防三维模拟训练及综合评价系统研究

(整期优先)网络出版时间:2017-12-22
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消防三维模拟训练及综合评价系统研究

蔡发奎

海南省公安总队司令部战训处海南海口571100

摘要:本文提出了一种基于虚拟现实技术的消防三维模拟训练及综合评价系统研究思路。这一系统不仅实现了仿真训练的基本功能,克服开展实地灭火救援演练的局限,同时还强调了对训练效果进行科学的分析评估,以此检验参训人员的训练水平,查找存在的问题和不足,有针对性的加以改进和强化,促进实战能力的提高。

关键词:消防;模拟训练;综合评价

虚拟现实技术的优势

1.1花费和损耗较少

在计算机上进行模拟训练无需出动车辆,各种费用和损耗也较少,而且训练贴近于实战,具有较强的真实感,缩小了训练与实战的距离[1],不但节约经费,而且模拟的真实性保证了训练效果。

1.2危险性和风险小。适用于某些特殊火灾的扑救训练,如油罐火灾。在设置的“虚拟火场”中,受训者可以操作使用现有装备,运用各种灭火战术去控制和扑灭火灾,而不用担心所处环境的情况,可以有效防止各类事故尤其是训练事故的发生。

1.3使灭火预案立体形象化。以往的灭火预案是在二维图纸上体现的,制作出三维的灭火预案,将比以往的二维图纸更加直观,各级指挥员的作战指挥意图更容易得到落实。

2建立训练评估体系

在三维建筑场景中开展消防模拟训练,最终目的是提高全体指战员的技战术水平,提高基层消防部队灭火救援专业化水平,最大限度发挥消防部队在各种急难险重任务面前的尖刀、拳头作用。因此,训练成绩评估系统是模拟训练系统建设的重要组成部分,训练成绩评估系统应依据训练大纲和整建制中队实战化训练考核工作相关要求建立。

2.1成绩评估方法

在训练中,参训中队官兵在指挥员的组织指挥下,根据各自岗位职责和任务分工,完成既定训练科目,训练成绩评估先进行相关任务点的成绩评估,然后通过计算模型得出该科目训练成绩。例如:在建筑火灾扑救训练科目中,共有个m个任务点,每个任务点的训练成绩分别为χ1,χ2,χ3,…χm,根据各个任务点在该训练科目中的重要程度进行加权(ω1,ω2,ω3,…,ωm)。

每个任务点的ωi满足:

在进行整建制中队实战化训练中,往往一次性进行多种不同科目的训练,这就需要根据科目的要求进行综合评估。如在高层建筑火灾扑救中,疏散被困人员是重要任务,而火场供水是保障灭火战斗的重要措施,因此该训练科目的评估应当综合疏散被困人员和火场供水的成绩,根据重要程度对其进行加权。

2.2权重的确定

各评估指标的权重值是根据该项在训练中的重要程度而确定的,权重值的大小直接影响着训练成绩的高低。因此,在确定权重值时应根据此次训练目标对受训者的要求,通过专家打分和层次分析法进行确定,确保成绩评定科学合理,避免主观因素影响。

3模拟训练场景的建立

3.1训练场景的选择

本文选择了某国际大酒店作为研究对象。该酒店坐落于市中心,楼高188米,共48层,设有客房333间,为该市标志性建筑之一。酒店地处两条交通干线交汇处,人流车流汇集,一旦发生火灾事故,扑救难度大,社会影响大。因此选取此酒店作为研究对象,具有较好的研究意义。

3.2建立场景的方法

3.2.1建立三维场景

建模之前应首先从酒店取得酒店的总平面图、各层平面图,了解室内消防设施的分布情况;同时根据平面图实地测量一些关键数据,掌握走道、疏散通道,应急出口的宽度,做到真实准确;最后要深入建筑内部拍摄现场实景图,制作纹理贴图。获取基础数据后用三维建模软件构建该建筑的全比例三维模型。

3.2.3设置室内消防设施

室内消防设施是消防员完成各项指令任务的辅助设备,是该系统区别于其他训练系统的标志。为了能在系统中与消防员进行交互,室内消防设施必须单独进行创建,再导入建筑中,摆放在适当的位置。如场景中添加可以开合的防火门,电梯、室内消火栓等物体,设置电灯的开关,加入烟火效果,并使用触发器(trigger)进行控制和驱动。

3.3三维模拟训练系统的组成

3.3.1虚拟现实平台。虚拟现实平台是一种人机界面,它是真实环境在计算机系统中的虚拟再现,受训者可以通过计算机在虚拟场景中漫游,使训练人员产生真实的火场环境感[2]。

3.3.2综合管理系统。用于协调整个系统的工作与运行。是整个系统的总控制部分。

3.3.3任务生成系统。它可以根据需要任意设置起火部位,被困人员的数量和位置,烟气流动方向、火灾蔓延方向和进攻通道是否畅通等情况。

3.3.4烟火模拟系统。由火灾烟气的动力学模型所构成,模拟实际火灾的发生、发展及蔓延规律。

3.3.5数据采集系统。这是该训练系统的关键部分之一,根据训练者在系统中的操作反馈,获得该人员的操作信息,进而为后续的评分提供数据依据。

4应用前景

训练系统借助计算机图形学和虚拟现实技术,将火灾现场在计算机中真实再现。通过同实际的建筑物结合,构建出真实的训练场景,让训练者可以对场景进行交互操作,对于消防人员对特定的建筑物可以熟悉结构,熟悉各种紧急情况做出正确救火判断,有利于提高消防人员的业务技能,减少救灾过程中的盲目性。甚至可以通过计算机测控技术将火灾现场信息传入虚拟训练指导系统,对救火现场给出参考指导。

但三维消防模拟演练不能取代日常熟悉演练。只能起到辅助训练的作用。在计算机上进行模拟战术战法训练和演练后,仍需到现场进行实地熟悉,将计算机模拟与实地演练进行有机结合。

参考文献:

汪箭,聂小林,季辉,等:《虚拟现实技术在火灾领域中的应用[J]》,计算机仿真,2002年9月版。

[2]郭齐胜,董志明,单家元:《系统仿真[M]》,国防工业出版社,2006年出版。