VR技術在模擬尾拋式救生艇釋放訓練中的應用

李 宇,劉 康,高麗文

(1.寧波海運股份有限公司,浙江 寧波 315000;2.浙江交通職業技術學院,浙江 杭州 311112)

0 引言

尾拋式救生艇是船上重要的救生器材,經修正的SOLAS公約第Ⅲ章第19條“應急訓練與演習”中有關“棄船演習”的規定和要求:(1)演習應盡可能按實際應急情況進行;(2)每位船員每月應至少參加一次棄船演習。若有25%以上的船員未參加該特定船上的上個月棄船演習,應在該船離港后24內舉行該項演習[1]。

近幾年,媒體多次報道的船舶在棄船演習過程中發生安全事件引起了業內的關注,國際海事組織(IMO)于2017年批準了MSC.1/Circ.1578 通函,即《救生艇用于棄船演習的安全指南》,對于救生艇的安全操作提供了指導意見,但如何提高操作人員水平,降低安全風險變成了厄需解決的問題[2]。

虛擬仿真技術(Virtual Reality,VR)起源于20世紀90年代,應用計算機三維視圖、多傳感器和高清顯示技術生成虛擬現實場景,模擬現實生活中的物理特征,獲得與現實生活中同樣的體驗。操作者通過頭盔和手柄可以與虛擬場景模擬產生交互,獲得真實的操作體驗。我校聯合校企合作單位自主開發的基于VR技術的模擬尾拋式救生艇釋放訓練系統可以將虛擬仿真與救生艇訓練有機結合,有效提高操作人員的訓練水平,同時降低設備成本,具有極其廣闊的推廣價值[3]。

1 訓練系統內容

1.1 基于真實的場景

本訓練系統場景來自于5萬噸級別散貨船舶,系統最大真實地保留了母船噸位、船舶設備配備和其他相關設施,采集了實景的音頻和視頻資料,采用了粒子度較低的畫質,結合音頻效果,營造出真實的船舶應急場景,受訓人員在訓練中能夠較真切地感受到演習緊迫性,現實模擬度較高(見圖1)。

圖1 救生艇配備要求

1.2 自由度較高的用戶界面

本系統建立了海況良好、船舶火災、大風浪天氣以及沉船四種演習場景,可以根據訓練的要求選擇海浪高度、船舶振動強弱、風速大小等背景因素。為了能夠更好地協同操作,本系統特別設置了多窗口切換,可以從不同視角輔助用戶觀察。同時,為了能夠更好地干預和糾正受訓人員的錯誤,用戶界面設有提示和警告,當用戶不能夠繼續操作或者有違背操作原則的情況下能夠及時地給予提示和警告。

1.3 多人協作的交互訓練

尾拋式救生艇的釋放訓練是一個集體協作的過程,需要全體船員的共同努力才能完成。因此,本訓練系統設置了多人協作模式,特別是救生艇的手動重力式吊放過程中,本系統模擬真實的液壓操作手柄模式,通過兩人及以上的共同操作,在多窗口視角模式下,救生艇的鋼絲繩和搖臂聯動釋放,這一模式可以極大提高船舶真實棄船演習情況下操作人員的操作水平,并且容錯能力強,不受外界干擾,可以全天候、多層次的綜合訓練。救生艇協同操作,如圖2所示。

圖2 救生艇協同操作

2 訓練實現方法

本系統訓練主要分為3個模塊,即放艇前準備、選擇放艇模式、回收救生艇。放艇前準備側重于考查受訓人員對于救生艇相關物品的認知能力、安全意識和使用方法;放艇模式有手動重力式吊落和自由式滑落兩種;回收救生艇也是對于受訓人員技能的有效考核[4]。

2.1 放艇前準備

放艇前準備工作包括:確保艇內電源充足;艇機油位,水位正常;屬具,燃料齊全,充足;艇機、舵等相關設備工作正常,舵機在中間位置;所有人員已在指定地點集合待命;檢查并去除釋放區域所有阻礙物,確保釋放區域安全清爽;拔掉釋放鉤上的安全銷等。其中對于救生屬具的檢查屬于重點考察部分,考查內容包括屬具的識別、數量、用途及配備使用要求[5]。

2.2 選擇放艇模式

本訓練系統為了滿足受訓人員在不同環境下的釋放要求,設置了兩種釋放方式:手動重力式吊放和自由式釋放[6]。

手動重力式吊放適合在一般緊急情況下進行釋放,釋放時主要有一名指揮和一名操作人員協同操作,操作設備為救生艇鋼絲吊索以及剛體搖臂,由于兩者屬于聯動效果,所以操作人員需要不斷調整兩者的液壓動力,以使得救生艇能夠沿著軌道平緩下滑。在釋放過程中,指揮人員與操作人員需要進行有效溝通,操作人員對左右手操作手柄協同配合,一旦操作有誤,救生艇就會脫離軌道,同時發出聲光報警,如果操作嚴重失誤,則立刻被叫停,同時提示本次訓練失敗。

自由式釋放適用于船舶在發生特別緊急時,留給船上人員逃生的機會已非常渺小或者船舶發生大幅度傾斜,無法進行吊放時。操作人員進入虛擬的救生艇內部,調整好座椅,系好安全帶,脫鉤后自由滑落至水面,體驗滑落過程中的失重感和進入水面的沖擊感。通過學員反饋,此項可以提高船員應急意識,提升安全防范技能,同時保證了人員安全。

3 回收救生艇

回收救生艇是本訓練最后一個模塊,一般是演習結束或危機解除之后需要重新回到母船時所做。回收救生艇的關鍵在于安全的掛鉤以及平緩的吊高救生艇,同時正確穩固的綁扎救生艇也很重要。

4 訓練應用的技術

在本次關于VR模擬尾拋式救生艇釋放訓練中的相關技術:(1)吊艇臂運動模型的建立:為艇架吊臂建立運動模型,實現對其運動的模擬。(2)采用質點-彈簧模型,實現對不同材質柔性繩索的仿真。(3)采用兩種協同工作方式使多角色協同訓練更加靈活,并保證場景和操作流程的一致性。(4)采用船舶運動模型實現船舶、救生艇的運動仿真。

5 結語

本訓練系統采用了虛擬仿真技術模擬尾拋式救生艇釋放訓練,一方面可以降低尾拋式救生艇實際操作中可能發生的安全隱患,另一方面可以降低訓練成本,同時提高訓練的成效,實現全天候、無地域限制的訓練。在經過了一定范圍內的推廣后,學院反饋效果良好,企業接納程度較高,達到了有益的效益。