大型特種車輛駕駛輔助訓練與考核技術研究

劉旭宏 于傳強 侯洪慶 苗倩 楊帆

關鍵詞： 大型特種車輛; 駕駛訓練; 考核評估; 輔助系統; 實戰化訓練; 虛擬現實

中圖分類號： TN99?34; U471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）05?0032?04

Research on driving auxiliary training and assessment technology of large special vehicle

LIU Xuhong1， YU Chuanqiang2， HOU Hongqing1， 2， MIAO Qian2， YANG Fan2

（1. The 96604 Army of PLA， Lanzhou 730102， China; 2. Rocket Force University of Engineering， Xian 710025， China）

Abstract： In order to solve the problems of low assessment level， single means and poor assessment result objectivity of driver training for large special vehicle， and meet the needs of large special vehicle for driver′s driving skills， the overall scheme of the driving training and assessment system for large special vehicles is constructed， the driving training and assessment subject are set， and the auxiliary system of driving training and assessment is proposed. The accuracy， objectivity and impartiality of the assessment and evaluation are improved， and the overall quality of the drivers of large special vehicles is enhanced from the source. The system provides a reference for the research on driving skill evaluation technology for large special vehicle drivers， and has important guiding significance for the construction of the training and assessment system for large special vehicle drivers.

Keywords： large special vehicle; driving training; examination and evaluation; auxiliary system; practical training; virtual reality

0 ?引 ?言

隨著武器裝備的不斷發展，許多與大型裝備相配套的大型特種車輛應運而生，增大了部隊對大型特種車輛駕駛員的需求，特種車輛駕駛員在部隊的作用和地位日益增大，搞好特種車輛駕駛員訓練與考核已成為實現部隊戰斗力的重要保證[1?3]。現有的大型特種車輛駕駛員的培養周期長，培訓方法存在體系不完善、科目不完整、培訓手段單一，主要是短期培訓、應急訓練、以老帶新的模式;在駕駛員訓練考核和評估方面存在考核標準模糊、考核內容隨機、考評缺乏數據支持等問題，極大地制約了大型特種車輛駕駛員的培訓能力和效果，因此，有必要開展大型特種車輛駕駛員訓練與考核評估技術的研究[4]。

為了滿足大型特種車輛對駕駛技能的需求，針對現有培訓手段單一，選拔、考核結果客觀性差等問題，將信息科學手段引入到駕駛員培訓過程，輔助完成各項培訓任務，并對駕駛技能做出科學客觀的評價。從構建大型特種車輛駕駛訓練與考核評估系統總體方案、駕駛訓練與考核評估科目、駕駛技能考核評估方法及駕駛訓練輔助系統方案設計等四個方面開展研究，從而全面提升駕駛員訓練、考核的科學性與有效性。解決大型特種車輛駕駛員的科學培訓、客觀考核問題，提高大型特種車輛駕駛員培訓效率和效益，有效提升大型特種車輛駕駛員實戰化訓練水平，這對提升大型特種車輛快速可靠的機動能力具有重要的軍事意義。

1 ?大型特種車輛駕駛訓練與考核評估系統總體方案

大型特種車輛存在車體超長、超寬，整車質量大、重心高，轉彎半徑和掃過寬度大;定點停靠時間長、精度低、夜間停靠難度大的問題;在駕駛訓練與考核過程中存在多輛車同時訓練無法精確定位、缺乏科學的訓練考核手段的問題。為扭轉傳統訓練與考核的弊端，需采用現代技術手段研發大型特種車輛駕駛員訓練與考核評估系統，旨在減少大型特種車輛訓練考核中人為主觀因素，提高考核評判的準確性、客觀性和公正性，從源頭上提高大型特種車輛駕駛員隊伍的整體素質[5?6]。

針對大型特種車輛行車環境與要求，從理論學習、原理演示與講解、模擬駕駛、輔助訓練、考核評估等多種手段對駕駛員進行全面的培訓與考核。通過深入研究和廣泛調研，制定了大型特種車輛駕駛員訓練與考核評估的整體技術方案，系統體系結構如圖1所示。

駕駛訓練與考核評估包括理論學習與考核、虛擬操作駕駛訓練與考核、實裝操作駕駛訓練與考核三個子系統。通過不同階段的學習、訓練、操作與考核，使導彈發射車駕駛員的駕駛技能培訓更加科學合理，考核更加準確、公正，提高導彈發射車駕駛員隊伍的整體質量。

1.1 ?基于VR技術的車輛理論學習與考核子系統

隨著虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）的廣泛應用，將虛擬仿真技術與教學相結合的方法已逐步深入到實踐教學中。通過研究設計大型特種車輛構造原理與虛擬拆裝輔助示教系統，駕駛員通過該系統的操作，可便捷重復地開展車輛構造原理的學習和虛擬拆裝，加深對零部件的構造、原理的學習與認識，可輔助駕駛員對拆裝過程的理解和記憶，提升駕駛員培訓的質量與效果[7]。

利用VR技術可以對學習場景、角色、情境等進行虛擬設計，結合各種有效的學習策略，有力地支持駕駛員的學習與培訓效果。基于VR技術的發射車理論學習與考核方案如圖2所示。

對于駕駛理論的考核可通過開發駕駛員理論考核系統，利用數據庫相關技術實現車輛駕駛理論無紙化考核，并實現駕駛理論的瀏覽學習、模擬考試、培訓考核等功能。

1.2 ?虛擬操作駕駛訓練與考核子系統

車輛駕駛模擬器是一種能夠比較逼真地模擬車輛運行狀況，能夠獲得接近實車駕駛感受的系統設備，是一種典型的人在環路中的半實物仿真設備，是用于車輛新產品開發、交通行為特性、道路優化、不同駕駛者駕駛特性研究以及駕駛員培訓的一種重要工具。因此，可將車輛駕駛模擬器相關技術引入到大型特種車輛的虛擬操作駕駛訓練考核子系統中。

綜合相關技術，虛擬操作駕駛訓練與考核子系統主要由車輛動力學模型仿真系統、視景仿真系統、六自由度運動平臺和考核評估系統組成。虛擬操作駕駛訓練與考核方案如圖3所示。

六自由度運動平臺與視景仿真系統都作用于駕駛員，分別通過運動體感和視覺向其提供較為真實的駕駛感覺。駕駛員通過操作方向盤、油門踏板、制動踏板、離合踏板等人機交互設備對車輛動力學模型系統進行控制，利用車輛動力學模型計算求解車輛的實時運行狀況，并將該數據實時傳遞給視景仿真系統，把車輛位姿信息經過體感濾波算法處理以后傳遞給體感運動模擬平臺。這樣就形成一個駕駛員操作到駕駛員對道路及車輛運行情況感受的駕駛仿真閉環，綜合起來為駕駛員提供逼真的駕駛體驗[8]。在系統中加入相關駕駛科目的訓練與考核，通過科目考核評估系統評價科目的訓練效果，實時給出考核成績。

1.3 ?實裝操作駕駛訓練與考核子系統

針對大型特種車輛駕駛訓練與考核中存在的問題，實裝操作駕駛訓練與考核方案可采用已應用于機動車駕駛考試系統的成熟技術。以北斗衛星定位技術為基礎，融合組合導航技術、3D電子地圖技術、信息融合技術、智能評判技術，研究能夠滿足大型特種車輛駕駛員訓練與考核的高精度、全自動智能評判的駕駛訓練與考核信息化管理系統方案。經調研論證，擬采用基于北斗/慣導組合技術的實裝駕駛訓練與考核系統方案，系統技術方案如圖4所示。

系統由車載分系統、監控管理中心、無線網絡、測繪分系統和科目場地分系統組成。

車載分系統安裝在導彈發射車上，由北斗/慣導終端、音視頻設備、車載工控機等設備組成[9?10]。

監控管理中心由計算機、北斗差分基站、有/無線網絡、大屏幕顯示等設備構成。考核監控軟件運行在計算機上，全面管理駕駛員考核全過程，管理并維護所有分系統。北斗差分基站廣播高精度的差分修正信息，通過無線網絡傳至車載分系統的北斗/慣導終端，修正北斗的定位精度。監控管理中心接收車載分系統傳送的考核過程和評判結果數據，結合視頻數據對考核過程進行監控。

無線網絡是連接車載分系統和監控管理中心的紐帶，根據場地不同、考核科目不同，無線網絡可選擇公共平臺的3G/4G網絡，也可建設獨立的WiFi或獨立無線數據傳輸網絡方式。

測繪分系統包括測繪基準站、測繪移動站、后處理軟件、測繪量具等。該分系統一方面完成場地地圖的測繪，另一方面完成虛擬傳感器標識測繪，同時還完成考核車輛的輪廓測繪。測繪精度越高自動評判的準確度就越高。測繪分系統是整個考核系統的保障系統，用于建立場地、虛擬傳感器、車輛輪廓三者的空間關系。

2 ?大型特種車輛駕駛訓練與考核科目設置

在進行大型特種車輛駕駛訓練與考核評估系統設計時需要對訓練場地、訓練科目內容、訓練等級難度等進行較為完善的設置，使系統能真正起到對駕駛員進行全面訓練，提高駕駛技能和培訓效果進行科學的評判。

根據大型特種車輛駕駛中存在大型特種車輛體積大、掃過范圍寬、在狹窄路段通過能力差等問題，本文項目擬設置窄路行車、直角轉彎、“S”形道路行車、有障礙限制路行車、進出車庫、定點對中、定位定向等科目，全面考核駕駛員對車輛前、后、左、右空間位置的判斷能力和準確度。大型特種車輛駕駛訓練與考核科目如圖5所示。

定點對中針對的是定點停靠問題，而在鐵路裝卸載時，特種車輛與鐵路平板車兩者之間中軸線的平行度和偏差有嚴格的要求;車輛的定位定向科目是針對特種車進場路線和定位精度要求比較嚴格時的訓練。通過上述針對性訓練考核科目以及基礎訓練科目的設置，可全面提升駕駛員的駕駛訓練技能，滿足實際作戰的需求。

3 ?駕駛訓練考核輔助系統方案設計

駕駛訓練考核輔助系統是車載信息處理終端，是針對導彈發射車的駕駛技能進行訓練與考核的應用系統。隨著北斗衛星導航技術的發展，已在各行業得到了廣泛的應用，同時GIS技術也具有較強的空間數據統計、分析功能，已開始應用于駕考系統。基于這樣的研究背景，提出集北斗、慣導、GIS技術及考核自動評判于一體的導彈發射車駕駛訓練考核輔助系統設計方案，如圖6所示。

車載終端系統安裝在導彈發射車上，由北斗/慣導終端、音視頻設備、車載工控機等設備組成。其中北斗/慣導終端是核心設備，用于測量車輛精確的位置信息、速度、方向等數據。在此基礎上，融合慣性IMU測量單元的數據，可有效提高惡劣環境下北斗高精度定位定向接收機的抗干擾能力，準確測定考試車輛的運動姿態。北斗/慣導終端通過嵌入GIS電子地圖和考核評估軟件可實時報告考核項目的結果。這些結果一方面通過語言播報對駕駛員進行提醒，另一方面通過串口或網絡傳輸給車載工控機，相關數據信息還可通過車載無線網絡實時傳送至監控中心[11]。

駕駛訓練考核車載終端設計的關鍵是硬件設備采集信息融合、特種車輛考核科目GIS電子地圖的制作、駕駛訓練考核科目評判知識庫的制定。

大型特種車輛駕駛員駕駛技能智能評判是一個基于多源信息的多屬性決策問題，在研究過程中必須解決兩個問題：一是如何有效利用多源信息;二是評估模型的設計及優化方法。根據相關資料顯示，駕駛員的駕駛行為與道路交通事故有密切關系，安全駕駛行為標準也逐步成為智能駕考系統的規范。基于以上分析，擬從駕駛科目考核評估、駕駛行為考核評估兩方面開展特種車輛駕駛技能考核評估技術的研究，綜合分析確定用于駕駛員考核評估的指標參數。

4 ?結 ?語

大型特種車輛的可靠、快速、機動能力在很大程度上取決于駕駛員的駕駛技能，高超的駕駛技能是車輛可靠、快速、機動的基礎和保證。加強大型特種車輛駕駛員駕駛技能的訓練是提高作戰保障力生成的迫切需要，開展大型特種車輛駕駛訓練與考核方法的研究，提升大型特種車輛駕駛員的駕駛技能，對于提高大型特種車輛的可靠、快速、機動能力，促進戰斗力的快速生成等具有重要意義。

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