基于VR技術的高鐵動車組應急處置技能仿真訓練系統研究*

李培鎖

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002）

隨著科技的進步，高鐵因為其速度快、舒適度高等特點成為了人們出行的主要交通工具之一。在行駛過程中車輛可能會遇到突發事件，如火災、冰雪、空調等引起的問題[1]。為了保證乘客的人身和財產安全，工作人員需要進行應急處置訓練。但是傳統的訓練是在結合書本搭建的場景中進行，場景與實際存在差距，因此虛擬現實（Virtual Reality，VR）身臨其境的逼真體驗進入人們的視野。

1 高鐵動車組應急處置相關介紹

1.1 目前高鐵動車組應急處置存在的問題

乘坐高鐵動車組成為人們出行常用的交通方式，但是在出現問題時的應急處置還存在一定的問題。第一，應急處置體系不健全，高鐵發展迅速，但是與之相匹配的應急處置卻發展緩慢，在面對重大突發的高鐵動車組問題事件時，各部門相互協調工作能力較差，不能及時準確地開展救援工作，導致人身傷害和財產損失。除此之外，應急處置設備落后，在發生事故時并不能起到很好的作用，各部門溝通存在問題，不能有效協調地開展救援工作，應急處置并沒有達到理想效果，且延長了救援時間，導致損失增加[2]。第二，應急處置訓練不到位，高鐵動車組的安全教育是不能忽視的，在發生事故時，損失巨大，后續維修費用高昂，因此如何有效地在事故發生時及時止損是必須要考慮的事情。目前的高鐵動車組相關安全教育還是存在缺陷，并沒有做到很好的宣傳，導致人員從意識上不重視，并且在培訓過程中也沒有做到很好的模擬效果，與實際工作中的困難處境有一定差距，導致在面臨實際災難的時候應急處置做得不到位，沒有有效控制災難范圍、安撫乘客情緒等，造成了不必要的損失[3]。

1.2 我國高鐵動車組應急演練現狀

在發現存在上述問題之后，為了提高高鐵動車組工作人員的工作能力和心理素質等，各單位專門設立了應急演練教學部門，對工作人員的應急處置能力進行培養和提升。但是在事故發生時，需要各個部門如車務、機務等共同合作，并且還需要消防隊等協助開展救援，因此單方面的訓練并不能滿足實際應急處置需求。目前，我國的高鐵動車組應急處置培訓還在發展過程中，已經有超3 000個場景的演練，并且針對各個故障類型已經有了相應的處置能力，但是培訓場景與實際存在一定差距，還需要進一步提高，并且場景搭建等花費的資金也是巨大的。VR技術為我國目前的應急處置技能訓練中場地、仿真等問題提供了有效的解決方法[4]。

2 V R相關介紹

2.1 VR的發展及現狀

隨著VR技術的不斷發展，其在視、聽、觸等多方面的發展也在逐漸完善。美國一項利用VR技術發明的可以跟蹤眼球的技術，結合人在看東西時的掃視抑制現象，滿足了人們在虛擬場景中也可以有真實行走的感覺，除此之外，在VR設備中設置了立體聲效果，使得虛擬場景中的模擬音效更加真實和自然。不僅如此，在觸覺上為了追求真實感對設備的重量進行優化，以此來滿足更加真實的觸覺體驗。

我國的VR技術也在上升過程中，但是還存在很多問題，例如對于產品的高品質追求還需提高，VR的內容開發較少，還需豐富，設備繁雜并不能很好地擬真等等。近幾年隨著5G技術的日益成熟，VR產業獲得了新的發展機遇。2019年1月，中國電信在深圳圓滿完成了央視春晚特別節目的5G網絡VR現場連線直播，這是春晚首次實現VR超高清視頻內容的5G傳輸。VR技術已經不僅僅是一個名詞、一項先進技術，而是逐漸深入到人們的日常生活中，成為人們生產生活密不可分的助手[5]。

2.2 VR的關鍵技術

VR的關鍵技術主要涉及兩種，其一是數據的采集和數據傳輸的優化，在VR中數據的采集很重要，能有效幫助人們在使用VR過程中提升體驗的真實感。數據獲取主要通過直接采樣技術，例如在獲取火焰等類型的數據時，通常使用全向相機對圖像進行獲取，可以保證其高動態多維度呈現。在數據獲取之后需要進行傳輸，在數據發送之前需要計算其傳輸概率，然后計算在可能涉及到的節點上可以進行轉發的概率，最后將數據傳輸到轉發概率大的節點中，從而保證數據傳輸的成功概率。數據傳輸中的功耗、延遲等因素是目前VR技術主要研究內容。其二是VR在使用過程中實現交互模擬和情景實時展現，其中包括觸/力覺反饋技術，通過反作用力使得VR可以模擬出人在碰觸到運動的物體時的力覺真實體驗，通過觸覺的反饋模擬人碰觸到物體時反饋給人真實在碰觸物體的虛擬觸感。另外，通過跟蹤定位的方式，人們在使用VR過程中可以感受模擬情景的變化，并且通過渲染技術保證情景的擬真性[6]。

2.3 VR在高鐵動車組應急處置領域的應用前景

在技術飛速發展的今天，高鐵動車組已經成為人們出行的主要選擇之一，在使用過程中的應急處置也變得越來越重要，只使用紙質書本等對工作人員進行培訓可能存在“紙上談兵”的情況，在實際運用過程中并不能起到很好的作用。但是隨著VR技術的日益成熟，可以將VR技術應用到高鐵動車組應急處置領域，幫助工作人員進行訓練實踐。通過VR技術模擬高鐵動車組運行過程中可能出現的緊急情況，并通過VR技術幫助工作人員進行處置，同時記錄人員在其中的表現，幫助其在后期進行查詢、總結和改進，并且還可以很方便地進行多次訓練。除此之外，通過VR技術的使用，可以針對多種應急情況進行模擬，省去了現實中布置場景等步驟，省時省力，節約成本。VR技術將會使得高鐵動車組工作人員在應急處置訓練中有更好的表現[7]。不僅可以使工作人員在遇到緊急情況時能夠冷靜妥善處理，還可以對處理過程中發現的問題進行改進，并且通過查看記錄可以讓工作人員共同研究共同進步。

3 高鐵動車組應急處置技能仿真訓練系統

3.1 火災應急處理仿真訓練系統

高鐵動車組在運行過程中處于封閉狀態，如果發生火災，乘客很難快速轉移，救援難度大。因此，可通過VR技術幫助高鐵動車組模擬火災發生的情景，幫助工作人員熟練掌握在火災發生時如何進行應急處置。首先，通過VR技術幫助工作人員在面對火災時熟悉各自的工作，防止出現慌亂導致工作不到位情況，增加乘客的心理恐慌感。其次，組長可以在VR技術的幫助下熟練掌握指揮步驟，將火情有效控制在一定范圍內，為車上人員增加生存空間，并且為消防隊的滅火工作減輕壓力。再次，VR技術可以幫助各個工作人員熟知在火災到來時自己的工序，如列車員打開警報開關，然后告知高鐵動車組司機和組長火情發展狀況，幫助他們了解當前列車狀況，與此同時，VR技術模擬訓練可以幫助組長等人及時向總指揮中心準確匯報火災狀況，等待救援到來。最后，通過VR技術的模擬訓練能夠幫助工作人員熟練掌握如何疏散乘客，并且掌握相應的火災搶救方法，盡可能在消防隊趕到之前將危險降到最低[8]。

通過VR技術可以模擬在不同地點發生的火災及不同的滅火方法。在開敞地段發生火災時，通過VR技術對高鐵動車組內的火災進行模擬，工作人員對滅火步驟進行演練，并且在火勢不能控制時練習如何疏散乘客，使乘客保持50 m以上的防火間距。通過VR訓練制動措施，防止在火災車廂分離之后列車溜逸。除此之外，通過VR模擬現場訓練工作人員準確報告現場情況，保證其他部門可以以最快的速度展開救援行動。當高鐵動車組火災發生在橋梁處時，訓練工作人員及時通過救援機車將著火車廂和正常車廂分離，盡快完成事故路段的正常通車，同時也要保障救援車輛的安全。如果火災發生在隧道中，由于該類地點不利于煙霧等的排出，乘客可能情緒波動較大，通過VR技術使工作人員熟練掌握安撫乘客以及疏散乘客等工作技能，盡最大可能減少損失[9]。

3.2 風雪應急處理仿真訓練系統

在冬季風雪天氣中，高鐵動車組行駛速度較快可能會導致被卷起的風雪在車輛底部形成冰雪層，造成轉向等關鍵部分出現問題。另外，冰雪層掉落會導致車輛部件的使用受到影響甚至部件損壞，嚴重影響車輛行駛安全。通過VR技術對風雪天氣狀況和車輛行駛狀況進行模擬，在模擬過程中緊急啟用應急處置方法，對列車進行降速，防止車速過快導致風雪卷起形成冰雪層，各部門安排相應人員和裝置進行融雪。隨車機械師在VR場景中練習相應技能，在發現車輛有異常晃動、異常聲音或者電流出現問題時，及時和司機進行溝通，降低車速，防止車輪被擦傷，并使用空氣制動保障制動夾鉗可以正常使用[10]。

4 結束語

高鐵動車組在行駛過程中可能發生不同的緊急狀況，需要工作人員應急處置，但是由于經驗不足等導致的應急處置不到位，可能會造成人員傷亡等。但是隨著VR技術的不斷完善，利用VR技術建立虛擬環境下的高鐵動車組應急處置技能VR虛擬實訓系統，能把高鐵乘務實訓中抽象的及難以用一般自然手段表現的概念直觀形象地表現出來，為學生創造逼真而靈活的實訓環境，這提高了實訓教學的安全性、實效性及直觀性，降低了實訓的耗材成本及難度，同時也有效地解決了當前實訓設備、場地、資金不足等問題。建設高鐵動車組應急處置技能VR虛擬實訓系統，虛實結合開發生產性實踐教學模式，為學生創造仿真工作環境，可以進一步提高學生的職責意識和技能，滿足學校高技能人才培養和自身輻射能力提升的需要。