虛擬現實技術在煤礦安全培訓中的應用

劉文龍

摘 要：近年來，煤礦企業(yè)生產安全形勢令人關注，頻繁發(fā)生的傷亡事故觸目驚心。煤塵、瓦斯、頂板、機電運輸、涌水等潛在危險源形成了煤礦復雜多變的生產環(huán)境，關系到每個職工的生命安危。隨著計算機科學水平的發(fā)展，將虛擬現實技術與煤礦安全培訓相融合，可以形象逼真地讓學員沉浸在虛擬生產環(huán)境中，進而提升煤礦企業(yè)的培訓效果，從而實現當代煤礦企業(yè)安全培訓的技術與形式創(chuàng)新。

關鍵詞：煤礦安全培訓 虛擬現實技術 煤礦安全生產 信息技術

一、虛擬現實技術與煤礦安全培訓的關系

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）可以創(chuàng)建和體驗虛擬的三維場景。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術，提供了一種實時的、三維的虛擬環(huán)境。使用者完全可以進入其中，觀看計算機產生的虛擬世界，多感官感知，具有較強的沉浸感與交互性。虛擬現實技術在社會各領域應用十分廣闊，無論在軍事領域、航空航天領域，還是在建筑與工業(yè)設計、文化娛樂等各方面，都有虛擬現實技術應用的成果實例。將虛擬現實技術應用到煤礦企業(yè)，可以提升煤礦安全培訓水平，在學員培訓教學過程中，利用虛擬仿真技術，在成像與互動中，形成逼真的影像效果，增強學員的沉浸感，提高學員的認知興趣。煤礦安全培訓軟硬件實力水平，需要虛擬現實技術助推創(chuàng)新發(fā)展，墨守成規(guī)、故步自封難以實現煤礦企業(yè)在安全培訓領域的跨越發(fā)展。將虛擬現實技術與培訓并相融合發(fā)展，有利于提高培訓的效果與質量，有利于提高安全領域的生命力量，有利于著實提高煤礦企業(yè)安全培訓教學的創(chuàng)新發(fā)展。

二、虛擬現實技術在煤礦安全培訓中的實現

虛擬現實技術利用計算機技術，生成虛擬現實場景以輔助傳統的培訓教學，可以靈活生動地生成一系列沉浸效果震撼、具備實時交互的多感知虛擬場景，通過人機交互使學員在身臨其境的教學過程中，激發(fā)學習興趣、強化學習效果。欲想實現如此有效的培訓，需建立完備的軟硬件培訓環(huán)境。

1.教室布置及硬件裝配

整套系統要以培訓、考核為目的，充分結合煤礦企業(yè)安全培訓教學實際情況，以高仿真效果呈現，系統具備“教、學、練、考”等多層次的培訓功能。場地選擇過程要依據后期培訓計劃，按需選定培訓教室，結合教室實地情況，規(guī)劃操作室、投影屏幕及座椅布置。按設計計劃鋪設線纜、建設投影系統、控制系統、圖形圖像處理系統，并配套建設音效系統、空調和UPS電源等輔助設施。系統建成后，具備虛擬仿真技術等多媒體手段，能夠對安全管理與操作人員進行全面培訓，確保提高職工和管理干部的風險辨識與預防、自救逃生與搶險救災等綜合能力。

2.軟件定制及開發(fā)

軟件系統是培訓的關鍵，系統建成后受訓人員能以第一人稱視角在場景中自由行動，逼真地再現場景內的人與系統環(huán)境，實現人與人、人與現場環(huán)境互動、聯動的生動效果。

（1）建立虛擬場景。針對煤礦企業(yè)開發(fā)的安全培訓系統，場景以井上車間和井下巷道和工作面為主，能夠充分建設煤礦礦井特有的安全生產系統，如通風、運輸、水文地質、供電、提升、壓風、采煤、掘進、供排水等系統，以及再現井下巷道的不同支護方式等。場景建成后可以實現各培訓模塊的融合接入，可以真正實現學員的身臨其境感觸。

（2）開發(fā)虛擬培訓功能模塊。該系列模塊是培訓教學的核心，開發(fā)過程結合使用企業(yè)實際情況進行設計開發(fā)，使得學員在虛擬場景漫游過程中，有選擇地實現“教、學、練、考”等功能。實現過程可以讓學員熟悉自己工作的井上下環(huán)境，學習和掌握井上下礦容礦貌和完整的生產監(jiān)控系統。還可以進行崗位描述、崗位風險辨識、虛擬操作、避災路線演練等操作，在形象生動地認識煤礦的同時，輕松掌握采、掘、開、機、運、通等主要的生產系統。

（3）融合現有的生產系統。虛擬仿真系統依據新型計算機技術，利用開發(fā)連接、融合煤礦企業(yè)原有生產監(jiān)測監(jiān)控系統數據，可以方便實現新老系統融合，譬如接入井下皮帶，可以方便地查看井下皮帶的真實運行狀態(tài)，了解該皮帶的運行參數及實時生產數據等，從而為學員展現虛擬仿真的逼真效果，同時也可為礦井生產指揮調度提供一定的支持。

三、虛擬現實技術在煤礦安全培訓中的應用前景

虛擬現實技術在煤礦安全培訓領域應用前景廣闊。它可以利用高效能的計算機技術，深入結合煤礦企業(yè)特征，可以針對性地開發(fā)生成安全培訓教學模塊，在原有培訓教學基礎上豐富教學互動手段、激發(fā)學員學習興趣、大大增強培訓效果。展望未來，虛擬現實技術優(yōu)勢顯著，今后的煤礦安全培訓工作一定會向虛擬仿真技術傾斜，培訓技術手段也會逐漸加強，虛擬現實技術定會隨之得以應用推廣。

（作者單位：冀中能源峰峰集團有限公司教育培訓中心）