基于VR技術的高鐵應急操作訓練設計研究

吳凡，劉楊

摘要：目的 以中車高鐵駕駛艙環境及操作設備為對象，合理運用VR技術的高仿真功能進行應急操作訓練設計研究，從而來降低高鐵應急操作訓練的實際成本和風險，保障訓練者的操作安全。方法 借助虛擬現實技術構建高速列車三維可視化展示平臺，同時在該平臺上實現駕駛艙室內環境虛擬體驗，達到在緊急突發情況下的操作模擬訓練功能。結論? 針對高鐵應急操作訓練，提出基于VR技術下的高仿真應急訓練，將訓練者置于沉浸式的緊急情境，并在安全且真實的虛擬環境中應對緊急情況，提高其面對突發情況的隨機應變能力。

關鍵詞：VR技術;應急操作訓練;高鐵;安全

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0110-02

近些年我國高鐵憑借技術領先、安全可靠、性價比高，一度成了中國高端制造業的“黃金名片”，讓世界對中國的制造業刮目相看。而國外相繼出現的高鐵安全事故也給我們敲響警鐘，在高鐵應急方面給予充分重視，不斷提高其風險預防水平，注重緊急情況的應急操作訓練。但是在實際操作訓練中存在著消耗成本高、問題反饋遲、應急訓練模式單一等顯著問題。因此，想要進一步提升工作人員對于應急事件的處理能力，就必須借助更加現代化的訓練手段。基于VR技術的高鐵應急操作訓練系統能夠改變傳統的應急訓練模式，在高度安全的前提下，打破訓練時空限制，提高訓練者的參與積極性，憑借其現代化的交互操作特性，讓訓練者進行多層次、多角度的操作模擬訓練。

1 虛擬現實技術及其特征

1.1 虛擬現實技術

虛擬現實是由美國VPL公司創建人拉尼爾在20世紀80年代初提出的，它是由虛擬仿真技術、顯示技術、傳感技術和人工智能等多種計算機技術生成的高技術模擬系統。 [1]虛擬現實技術可以讓參與者以第一視角的身份進入到計算機圖形構成的虛擬情境中，參與者通過一定的VR硬件設備在虛擬環境中進行多層次的交互體驗。由于自身的特性其被廣泛運用到航天、軍事、醫學、應急救援等多個領域。因此將虛擬技術應用到高鐵應急系統是切實可行的，并且也符合時代發展的趨勢。

1.2 虛擬現實技術特征

虛擬現實技術是需要依托相應的硬件設備，其特征主要有三點。

（1）沉浸式虛擬體驗。利用一定技術手段將用戶參與的場景發生置換，給用戶營造出沉浸式的虛擬環境，從而讓參與者置身于視、聽、觸覺一體化的虛擬空間中，并且沉浸到創造出的環境中進而達到身臨其境的效果。

（2）多維度想象。用戶憑借在虛擬世界中獲得的各種信息以及其在訓練系統中的相應行為，自身通過一定的想象、邏輯思維的判斷，對系統整體運行的狀態變化可以進行多維度想象，從而獲取更加豐富的知識、對于系統深層次的運動機理和規律特點也有越發全面的自我認識。

（3）交互性。將用戶作為虛擬環境中主體對象，把用戶的操作行為和策略通過相應的VR硬件設備輸入到可操作界面中，進而實時反饋給系統，這樣就能在虛擬環境下呈現出用戶對象的交互行為和交互關系。

2 高鐵應急操作虛擬訓練的必要性

我國高鐵事業發展迅猛，傳統的高鐵應急操作訓練模式已經難以滿足現代化安全建設的要求。一方面局限于人為模擬，訓練方式較為單一且易受時間和空間的約束，訓練結果總是差強人意;另一方面傳統高鐵應急訓練不具備應急情境，無法令受訓者在實際應急訓練中感受到真實感。在VR技術的結合下，高鐵應急操作訓練可以依托于虛擬空間，在高度安全的前提下，打破傳統的人為模擬特性，不受時空限制，快速取得應急演練結果，進行演練評估和改進。并且受訓人員可以根據自己的培訓效果重復演練，掌握受訓主動權，大大提高了演練效果，更好地體現了虛擬應急的自主性。

此外長期在單一的應急訓練環境中做出的反應，某種程度上會讓訓練者形成固定的反應思維。但是VR虛擬演練系統可以模擬各種演練情況，讓受訓者可以置身于各種復雜和突發環境中，有針對性地進行訓練，提高自身的應變能力與相關處理技能。最后就是傳統的高鐵應急訓練方式在訓練成本和安全方式管理上存在較大的問題，成本高、安全管理困難極大阻礙了應急訓練的進行。而VR虛擬應急借助虛擬現實技術對高鐵應急的實際場景和情境進行多樣化采集和存儲，這樣大幅降低了實際應急場景訓練所帶來的高額成本，也可以更系統地觀察和管理應急操作訓練系統，讓應急訓練符合現代化的應急需求。要想讓訓練者在應急操作訓練中表現得更為真實，現存的高鐵應急操作就必須顛覆現有訓練模式，進行創新升級，敢于采用VR虛擬現實技術，憑借VR虛擬現實技術及其硬件設備真實模擬出應急系統，從而讓受訓練者和緊急情境產生真實的交互行為，讓訓練者能夠身臨其境。VR技術下的高鐵應急操作訓練在現代技術的幫助下能夠完美重現緊急情境，給高鐵應急訓練模式開拓了新的途徑。

3 VR技術下的高鐵應急操作體現

《應急管理信息化發展戰略規劃框架（2018-2022年）》）指出，要想實現應急管理信息化跨越式的發展就需要制定應急管理信息化發展戰略規劃，同時還強調著要“充分運用云計算技術、物聯網技術、大數據分析、人工智能、移動互聯等新一代新興技術，推動現代化信息技術與應急管理業務流程深度融合，從而令應急管理信息化得到跨越式發展” [2]。現階段，在高鐵虛擬應急操作訓練構建的過程中，需要深度運用新興技術，進而加強高鐵虛擬應急管理的技術創新，拓寬高鐵虛擬應急訓練交互形式途徑，保證高鐵應急的安全。

3.1 參與者與訓練環境的交互體現

“在應急訓練者，通過設置虛擬演練場景、存儲典型預案信息，演練人員可通過虛擬場景完成人機交互，讓應急人員能夠及時發現問題所在，快速提高應急人員的處置能力”[3]所以高鐵的應急訓練需借用VR虛擬技術來設置典型的高鐵緊急演練場景，來讓高鐵應急的演練人員在這樣的虛擬場景中來進行人機交互，從而實現用戶和空間的融合。因此高鐵應急操作訓練應該是一個多元化的展示空間，由多個不同的信息載體來構成虛擬的高鐵應急演練場景。場景中的色彩、材料、情景變化都可以作為信息傳遞給用戶，不同的空間信息會給演練者帶來不同的訓練感受。高鐵虛擬應急場景特征如圖1。