實戰(zhàn)訓(xùn)練理念下警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的應(yīng)用

李永山

(青海警官職業(yè)學(xué)院，警用裝備實戰(zhàn)訓(xùn)練處，青海，西寧 810000)

0 引言

當(dāng)前社會下，集人工智能和模式識別等功能的系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)的訓(xùn)練中[1-2]，對警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)課程體系構(gòu)建方法進(jìn)行研究具有重要意義[3]。

訓(xùn)練要貼近實戰(zhàn)，服務(wù)于實戰(zhàn)，模擬訓(xùn)練就顯得更為重要和突出。吳鵬飛等[4]提出基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的協(xié)同訓(xùn)練及演示平臺構(gòu)建方法，通過接口設(shè)計和人機交互流程設(shè)計，將Unity3D方法應(yīng)用在課程體系的構(gòu)建中，建立模型庫，但沒有對警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的特點進(jìn)行分析，導(dǎo)致構(gòu)建的體系并發(fā)性、實時性較差。鄒瑤等[5]提出基于多模態(tài)語料庫的警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)課程體系構(gòu)建方法，通過加工與檢索、規(guī)劃設(shè)計、抽取語料文本等步驟構(gòu)建警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)語料庫，但也并沒有研究警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的特點，導(dǎo)致構(gòu)建的體系每秒處理任務(wù)數(shù)較低。

為了解決上述方法中存在的問題，提出基于實戰(zhàn)訓(xùn)練理念下警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系構(gòu)建方法，其創(chuàng)新之處在于，通過多層次結(jié)構(gòu)和兩種前臺后臺的硬件設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與交互和警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的構(gòu)建。

1 體系結(jié)構(gòu)

良好的結(jié)構(gòu)[6]是設(shè)計警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的基礎(chǔ)，在實戰(zhàn)理念下針對其特點進(jìn)行研究和分析，通過五層架構(gòu)模型實現(xiàn)警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的構(gòu)建，體系的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 體系的功能結(jié)構(gòu)圖

基于實戰(zhàn)訓(xùn)練理念下警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系包含的主要功能如下。

(1)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，由不同的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練方案在課程體系中構(gòu)成案例訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫[7]。

(2)針對不同的訓(xùn)練實例在警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系中設(shè)置對應(yīng)的虛擬實戰(zhàn)場景。

(3)將二維平面地圖和三維視景窗口引用在警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程顯示訓(xùn)練場景中，全面觀察任務(wù)場景中的實時交戰(zhàn)情況[8]。

(4)虛擬實體可以在任務(wù)場景中實現(xiàn)動態(tài)仿真。

(5)在警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系中，訓(xùn)練人員可以通過人機對話界面操作鍵盤和鼠標(biāo)選擇訓(xùn)練內(nèi)容。

(6)通過圖形圖像技術(shù)在警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系中構(gòu)建戰(zhàn)斗效果模型，通常包括槍械射擊產(chǎn)生的爆炸模型、火焰模型等[9]。

1.1 體系分層模型

根據(jù)課程體系的功能要求對警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系進(jìn)行劃分，建立對應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 體系分層模型

1.1.1 人機交互層

人機交互[10]層根據(jù)用戶對象和控制功能可以分為戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練模塊和總體控制模塊。

1)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練模塊

在戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練模塊中，警員可以選擇控制模式或觀察模式在不同角度觀察戰(zhàn)術(shù)演練情況。

(1)觀察模式。使用者在觀察模式下通過第一人稱視角、尾追視角、全景視角等觀察角度觀測現(xiàn)場情況。

(2)控制模式。用戶在控制[11]模式下向警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系發(fā)送控制指令，對實體進(jìn)行控制，實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。

2)總體控制模塊

總體控制模塊的主要功能對全局進(jìn)行控制，確定各種案例的場景[12]情況。

MFC框架中的視圖模塊與體系中的總體控制模塊相對應(yīng)，可以通過該模塊對內(nèi)容進(jìn)行更新、修改等操作。該體系的結(jié)構(gòu)對應(yīng)圖如圖3所示。

圖3 MFC與體系結(jié)構(gòu)對應(yīng)圖

總體控制模塊在警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系中負(fù)責(zé)接收指令和相關(guān)信息，總體控制模塊由運動控制和環(huán)境控制[13]組成。

(1)運動控制

根據(jù)控制指令對訓(xùn)練人員的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并對運動姿態(tài)和運動情況進(jìn)行調(diào)整。

(2)環(huán)境控制

根據(jù)指令對體系的建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)、建筑物分布等場景參數(shù)進(jìn)行更新，將其作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，傳輸?shù)揭暰肮芾砟K中[14]。

1.1.2 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層主要負(fù)責(zé)對場景、動態(tài)實體、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)以及案例視景進(jìn)行管理。

1.1.3 視景繪制層

在視景繪制層中生成案件場景和動態(tài)實體，并添加特效。

1.1.4 傳輸層

傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸，保證各模塊在體系中的正常運行和協(xié)調(diào)通信[15]。

1.1.5 數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層存儲并管理實體模型數(shù)據(jù)、訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

2 硬件設(shè)計和軟件設(shè)計

通過硬件設(shè)計和軟件設(shè)計實現(xiàn)警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的設(shè)計。

2.1 硬件設(shè)計

警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的硬件設(shè)計由前臺設(shè)備和后臺設(shè)備兩部分構(gòu)成。

前臺部分主要包括掩體、屏幕、仿真工具、音響、激光槍、監(jiān)視器等。后臺設(shè)備是支持警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系運行的部分。警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 軟件設(shè)計

將訓(xùn)練科目作為警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的載體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和交互，警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系的軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 體系軟件結(jié)構(gòu)圖

硬件接收器將信息傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)進(jìn)行判斷，并根據(jù)傳輸結(jié)果轉(zhuǎn)換視頻畫面。

3 實驗與分析

在某市人民警察培訓(xùn)學(xué)校舉辦的基層警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)教員教學(xué)技能競賽中，使用本文提出的方法構(gòu)建警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)課程體系，對基于實戰(zhàn)訓(xùn)練理念下警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系設(shè)計方法進(jìn)行測試，本次測試的實驗環(huán)境如圖6所示。

圖6 實驗環(huán)境

采用基于實戰(zhàn)訓(xùn)練理念下警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系構(gòu)建方法(方法1)、基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的協(xié)同訓(xùn)練及演示平臺構(gòu)建方法(方法2)和基于多模態(tài)語料庫的警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)課程體系構(gòu)建方法(方法3)分別進(jìn)行如下測試。

3.1 并發(fā)性能測試

根據(jù)圖7中的數(shù)據(jù)可知，隨著在線人數(shù)的增加,系統(tǒng)的響應(yīng)時間隨之增加。當(dāng)在線人數(shù)增加時，方法1的響應(yīng)時間處于緩慢上升的狀態(tài)，方法2和方法3的響應(yīng)時間上升幅度較大，且時間波動大。

圖7 不同方法的并發(fā)性能

3.2 數(shù)據(jù)流量的性能測試

根據(jù)圖8可知，隨著系統(tǒng)運行時間的增加，方法1每秒處理的任務(wù)數(shù)大幅度地穩(wěn)定增加，方法3每秒處理的任務(wù)雖然有所增加，但增長幅度較小，性能劣于方法1。當(dāng)系統(tǒng)運行到20 s時，方法2每秒處理的任務(wù)數(shù)出現(xiàn)下降趨勢，這是由于系統(tǒng)向服務(wù)器提交了較多的請求，導(dǎo)致服務(wù)器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的吞吐量，進(jìn)而減少了每秒處理的任務(wù)數(shù)。

圖8 每秒處理任務(wù)測試結(jié)果

3.3 實時性測試

分析表1中的數(shù)據(jù)可知，在實時性測試結(jié)果中，方法1的各項指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于方法2和方法3，驗證了方法1構(gòu)建體系的實時性。

表1 實時性測試結(jié)果

通過在基層警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)教員教學(xué)技能競賽中使用以上三種實驗，驗證了方法1構(gòu)建的警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系構(gòu)建方法的并發(fā)性能好、每秒處理任務(wù)數(shù)高、實時性好，提高了體系的整體性能。

4 總結(jié)

警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)課程體系利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)的教學(xué)和訓(xùn)練，可以提高警員的警務(wù)戰(zhàn)術(shù)技能。本文提出基于實戰(zhàn)訓(xùn)練理念下警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)模塊化課程體系，該體系并發(fā)性好、每秒處理任務(wù)數(shù)高、實時性好，為警務(wù)技戰(zhàn)術(shù)的訓(xùn)練提供了良好的環(huán)境。