虛擬現實技術在消防模擬訓練中的實際應用

張俊剛

（中國人民武裝警察部隊學院消防指揮系 河北廊坊 065000）

虛擬現實技術在消防模擬訓練中的實際應用

張俊剛

（中國人民武裝警察部隊學院消防指揮系 河北廊坊 065000）

綜述了國內外基于虛擬現實技術的消防滅火救援模擬訓練技術的研究成果和虛擬現實技術應用于消防滅火救援訓練的基本模式和方法，并就其發展進行展望。

虛擬現實技術；消防；滅火救援；模擬訓練

隨著計算機技術的發展，計算機模擬技術的應用領域日益廣闊。計算機模擬訓練有效解決了消防領域傳統訓練過程中環境、氣象、成本等因素對訓練產生影響的問題，虛擬現實技術提供了一個身臨其境的交互式視景仿真的訓練環境。因此，現代消防模擬訓練系統應該是基于虛擬現實技術的智能消防系統。

1 我國現有消防訓練方法存在的主要問題

（1）消防人員培訓的內容專業化程度不夠深入，針對特殊對象的戰術訓練較少。如對高層火災撲救戰術，傳統的訓練方法很難針對建筑火災特點以及建筑火災的發展規律，尋找火災的最危險點和最脆弱點，從而很難制定針對性強的作戰方案并開展相應的訓練；在石油化工廠事故、煤礦事故等不同環境條件下的特殊災害事故訓練方面，很難模擬真實的火災和爆炸事故場景，也很難針對災害的特殊性進行專門研究并制定一套系統的演練方案。

（2）在心理素質訓練方面，傳統的基礎訓練注重體能、理論訓練，而消防人員在特殊環境下心理承受能力的訓練（如在高溫、濃煙的環境下，在高空負荷下等特殊條件下的作戰訓練等），則主要是利用模擬訓練設施來進行，且是一種行之有效的方法，但是其投資規模大，且火災、爆炸等災害的模擬重復性差。

2 虛擬現實技術在消防模擬訓練中的意義

虛擬現實（Virtual Reality，V R）技術是20世紀末發展起來的涉及眾多學科的技術。它集計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術、微電子技術于一體，理想的虛擬現實技術就是利用這些技術，通過計算機創建一種虛擬環境，通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等作用，使用戶產生和現實中一樣的感覺，并可實現用戶與該環境直接交互。鑒于虛擬現實技術的實時三維空間表現能力、人機交互式的操作環境以及給人帶來的身臨其境的感受，它在消防訓練中起到舉足輕重的作用。

利用虛擬現實技術進行專題模擬和特殊災害模擬，具有逼真、安全、成本低廉、易于重復等優點，解決了當前訓練中普遍存在的真實性差、訓練費用高以及非專業化等問題。虛擬現實技術使過去的監控系統二維界面轉變為三維界面，可以逼真地顯示建筑物的外形，消防指揮員可以根據建筑物的分布情況及時作出營救計劃，盡量減少人員和財產損失。虛擬現實技術還可以構建“虛擬火場”，讓指揮員和戰斗員有直接進入火災或事故現場的感覺，能夠在近似實戰的條件下運用裝備去完成各種滅火技術和戰術訓練，提高作戰能力，同時能訓練消防人員的心理承受能力。因此，虛擬現實技術在消防安全工程中具有廣闊的應用前景。

3 國內消防模擬訓練技術研究進展

3.1 數字化預案系統方面

我國的數字化滅火預案系統應用比較廣泛，技術越來越成熟。以大連希爾頓酒店《數字化消防滅火預案》為例，能比較清楚地看出V R技術在消防模擬訓練指揮系統中應用的過程。此預案是針對該酒店的消防滅火預案，并進行了一系列相應的數字化工作。本著仿真實用、表達清新、易于理解、操作便捷等原則，采用V R技術建立了該酒店仿真三維建筑模型，對其自然情況（包括：地理位置、周圍道路、建筑、水源、建筑內部結構、內部消防設施、功能分區、重點部位、疏散樓梯、防火分區、豎井通道、水管道及流向等）進行數字化處理，并以此進行數據分析，形成火情分析、單位自救、調度指揮、滅火措施、注意事項等一整套虛擬火災滅火救援預案。

3.2 建筑火災方面

中國科學技術大學和中國礦業大學合作，針對大空間建筑火災的特點，建立了大空間建筑火災V R系統。該系統以OpenGL作為三維圖形顯示基礎，火災模型選用場區復合模型。用戶借助立體眼鏡可以感受周圍建筑環境、火災發生發展狀況，借助于鼠標、數據手套等外部設備實現了走動、拾取、使用滅火器滅火等操作，系統具有較好的沉浸性和交互性。系統主要用于培養公民的消防安全意識和撲救初期火災的能力，還可用于研究火災條件下人的心理等。

3.3 油罐火災方面

中國人民武警察部隊學院開發了油罐火災滅火指揮計算機模擬訓練系統。該系統屬于分布式仿真系統，由導演部、總指揮部、冷卻滅火和供水保障分指揮部等構成，以GIS系統和火災三維場景顯示作為主要交互界面。系統主要采用Microsof t COM/DCOM/COM+技術實現服務器與用戶機的信息傳輸，采用面向對象技術和綜合知識庫實現火災態勢引導、滅火方案生成和作戰方案評判等功能。該系統具有一定的智能推理和訓練評估功能，主要用于訓練、提高指揮員對于油罐火災的指揮能力和戰術素質。

3.4 煤礦事故救援訓練方面

太原理工大學以VRML和Java的接口為基礎，利用Java語言編寫程序腳本，結合VRML的cript節點實現用戶對整個煤礦事故救援訓練過程的交互控制。該系統對救援訓練過程的仿真，可使救護隊員在計算機提供的虛擬環境中熟練掌握救援技術。

3.5 教育方面

沈陽市消防支隊設計的3D火災逃生模擬系統是基于3D虛擬技術的互動式教育游戲系統，給使用者提供了一個模擬火災發生后進行逃生自救行為的數字化平臺。該系統利用虛擬現實技術，通過參數控制，建立完整的火災環境，以3D互動方式仿真火災發生和發展的過程，采用游戲向導的學習方法，對系統的使用者在虛擬的火災災場的反應、行為進行系統的評價和指導。該系統不僅提供了安全、真實、有效的火災逃生自救訓練平臺，同時也宣傳消防知識，推廣消防經驗，對社會以及人民的生活產生積極影響。

4 消防模擬訓練技術展望

隨著計算機技術的發展，模擬訓練急速也得到了很大的提高。從單機形式到網絡化平臺，從簡單圖形技術到立體三維現實技術，從簡單交互到智能交互，模擬訓練系統的操作距離、可視化效果、沉浸感、交互性等都得到了很大的提高。基于網絡化的虛擬現實技術為基礎的消防模擬訓練將成為今后發展的主導方向。

[1]高小輝.分布式虛擬環境在消防預案中的應用[D].首都師范大學：首都師范大學，2007.

[2]戚宜欣，汪箭，季輝，等.建筑火災虛擬現實系統研究[C].99城市火災安全國際學術會.

TP391.9

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