部隊核應急仿真模擬訓練系統開發有關工作探討

袁 偉，王 剛，李 藐，李 霄，陳顯波

(1.中國人民解放軍96901部隊23分隊，北京 100094；2.火箭軍士官學校，山東 青州 262550)

核應急是一項組織復雜、專業性強的系統工程,其主要任務是為了消除和降低放射性污染對人員、裝備、環境的危害；核應急行動在“看不見”的放射性污染和“想不到”的各種復雜環境中，戰場特殊；核應急既需要“第一時間、第一現場”快速反應，也需要后方力量通力支援，是典型的“逐級響應、逐級處置、聯合應急”，行動方式特殊。這些特殊性，是核應急行動與其他軍事行動最大的區別，也是核應急的內在屬性和客觀要求，決定了核應急的基本方法和行動策略[1]。

為了更好地通過訓練手段提高部隊核應急能力，必須把握核事故應急的規律和特點。當前，核應急訓練在技術層面臨的主要困難是缺乏環境構設和模擬訓練的手段。訓練環境缺乏真實感官場景，訓練效果缺乏量化評判指標，訓練質量缺乏考核檢驗標準，這些問題都是困擾核應急實戰化訓練深入開展的瓶頸。

前期，通過研究探索認為構建核事故模擬環境和核應急虛擬訓練平臺，開發核應急仿真模擬訓練系統，是解決上述問題的有效方法。本文重點圍繞核應急仿真模擬訓練系統應解決的問題、應達到的目標、應具備的功能等方面，進行了初步論證和探討，為系統的后續建設和實際應用提供技術支撐。

1 系統開發的主體思路

從部隊核應急訓練的實際出發，研究核應急訓練的特點規律，理清系統建設的基本思路，是核應急仿真模擬訓練系統開發的邏輯起點。

核應急仿真模擬訓練系統開發應堅持“遵循訓練大綱，解決訓練難題”的根本要求，立足解決部隊核事故應急訓練中存在的“場景無印象、危害無感知、監測無數據、指揮無脈絡、防與不防無差別、消與不消無差異”等實際問題，以“提供現實中無法提供的環境，開展現實中無法開展的訓練”為出發點，堅持“訓練牽引，技術集成，系統設計，逐步推進”的開發思路，構建“危害場景數據化、訓練功能模塊化、仿真推演平臺化”的集場景生成、模擬操作、指揮訓練、流程推演、導調控制和考核評估等功能為一體的“核應急仿真模擬訓練系統”，為部隊核應急訓練“訓實、訓真、訓全”提供重要支撐[2]。

2 系統開發的基本考慮

2.1 訓練牽引

按照部隊各級核應急力量擔負的使命任務，對照軍事訓練大綱中規范的核應急訓練內容，確定適用于核事故應急共同基礎訓練、分隊應用訓練、指揮籌劃訓練和綜合演練的模擬訓練功能模塊，構建核應急仿真模擬訓練系統的基本架構。

這是仿真模擬訓練系統開發需要解決的首要問題。

2.2 技術集成

緊跟目前軍事仿真模擬訓練研究領域的最新成果，綜合運用毀傷估算、數學建模、模擬仿真、數據融合、捕捉定位等技術，實現模擬訓練與真實訓練的高度貼合，確實解決核應急訓練的難題，保證系統具有智能優化、功能拓展的技術先進性。

2.3 系統設計

部隊各級核應急力量響應機制決定了核應急力量構成多元，行動樣式多樣，訓練差異較大，組織實施困難。唯有系統設計、一體籌劃，才能實現異構系統的有效融合，滿足不同訓練對象的個性需要，保持不同階段開發成果的數據模式和平臺一致，保證模塊兼容互通。

2.4 逐步推進

在部隊核事故應急指揮體制重構、應急力量重組、裝備體系重建的背景之下，核應急仿真模擬系統建設應在系統設計的基礎上走“瞄準急需、逐步開發”的路子，應經過由易到難、由分到合的發展階段，實現模塊功能逐步融合，系統結構逐步優化。

3 系統開發的主要目標

3.1 典型核事故場景仿真模擬

重點實現以下幾個方面目標：一是實現典型核事故景象模擬，展現對人員、武器裝備、陣地和自然環境的危害效果，解決危害可感知的問題；二是基于危害估算和三維地形分析的放射性污染擴散模型，使用該模型能夠進行危害推演和數據分析；三是實物模擬與虛擬仿真結合、前臺操作與后臺控制互動，構建核事故應急裝備操作訓練平臺，實現虛擬場景與裝備操作聯動，作為其他訓練的輸入條件，解決操作無數據的難題。圖1為軍用裝備爆炸核事故的場景模擬。

圖1 軍用裝備爆炸核事故的場景模擬

3.2 核應急裝備模擬操作

核事故應急裝備操作訓練數字化場景，實現虛擬場景與核事故應急裝備模擬操作虛實嵌入和疊加，人員可使用該系統進行輻射偵測、應急滅火、污染壓制、武器回收、人員洗消、污染消除、廢物處理和輻射評估，以及輻射防護等裝備的虛擬操作訓練，并檢驗受訓人員對操作使用方法的熟練掌握程度，并為核事故應急行動訓練提供數據支撐。圖2為爆炸核事故核應急裝備模擬操作。

圖2 爆炸核事故核應急裝備模擬操作

3.3 “第一時間、第一現場”核應急模擬訓練

根據目前部隊武器配套型號，開發典型裝備核事故危害模擬程序。主要型號武器作戰單元指揮員可使用該程序開展分隊核事故應急指揮虛擬訓練，檢驗指揮員現場組織指揮能力；采取虛擬危害場景與實際防護動作疊加，通過追溯、回放、對比等技術手段，分析處置預案和處置行動的合理性，引導指揮員掌握科學的處置方法、分隊采取合理的應急行動。

3.4 后方支援力量核應急模擬訓練

適用于后方支援力量的核事故應急指揮籌劃模擬訓練。指揮員可使用該系統進行估算分析、戰術標繪、態勢分析等指揮技能模擬訓練；可按照處置流程或導調提示進行指揮交接、力量重組、處置籌劃、信息流轉、特情處置、應急終止和后期處理等行動的模擬指揮訓練。

3.5 多級核應急力量綜合演練

通過二維、三維交互的實時核事故態勢，達成異構系統數據互聯、互通和互操作。通過開發基于多級應急響應機制信息傳輸規則的數據處理協議，實現數據采集和遠程傳輸，滿足部隊各級核應急力量基于同一平臺的一體化核事故應急聯動訓練，形成基于技術、行動和邏輯規則的聚合態勢，檢驗核事故應急行動內容的可行性和有效性，評估行動方案實施效果，并具備復盤、考核和學習功能[3]。

4 系統總體結構設計

核應急仿真模擬訓練系統采用基于統一數據平臺的模塊訓練體系架構，通過行動規則結合數據傳輸和通信協議，實現各個子系統分布交互。各個子系統既相互支持，也可獨立運行，以適應不同訓練對象的訓練需求。

4.1 系統組成

根據部隊核應急響應機制、指揮體制、力量編成和裝備現狀，核應急仿真模擬訓練系統由典型核事故場景模擬、核應急裝備模擬操作、旅團核應急指揮訓練、各級應急響應流程聯動推演、導調控制和評估等五個功能子系統，以及基礎數據和仿真資源庫組成。圖3為核應急仿真模擬訓練系統框架。

圖3 核應急仿真模擬訓練系統框架

4.2 系統內部結構

核應急仿真模擬訓練系統依托基礎數據和仿真資源庫，采取分布交互的方式，通過人工與智能相結合的方法，生成虛擬環境和訓練數據，引導部隊訓練。同時，采集部隊處置行動數據，通過數據融合生成聚合態勢，達到多級聯動訓練和考核評估的目的。圖4為核應急仿真模擬訓練系統內部結構。

圖4 核應急仿真模擬訓練系統內部結構

5 子系統主要功能

5.1 典型核事故場景模擬子系統

該子系統由實景模擬和虛擬仿真VR演示兩部分組成，主要幫助受訓人員認識各種危害的形式、分布和變化規律，為指揮和技能訓練提供輸入條件和交互信息，支持后續開展的各項訓練。實景模擬和VR技術仿真再現核事故的外觀景象和危害效應，讓官兵形象逼真地體驗大面積放射性泄漏、核材料化學爆炸等不同類型、不同等級核事故的主要特征和危害后果。配置在旅團專業訓練教室和上級訓練管理機構，用于武器裝備常識、輻射防護、放射醫學、核應急基礎理論學習和基本技能訓練。

5.2 核應急裝備模擬操作子系統

該子系統主要功能如下：一是采取VR模擬和傳感技術，提供應急防護訓練場景，通過記錄人員在虛擬場景中的防護動作，檢驗個人防護氣密性、陣地防護時效性、處置行動的合理性；二是采取VR交互和捕捉定位技術，結合模擬訓練器材，通過數字化場景與裝備模擬操作的虛擬嵌入和疊加，實現輻射偵測、部件回收、污染壓制、洗消去污、廢物處理等多類裝備的模擬訓練[4]；三是采用電磁信號模擬和數據傳輸技術，通過控制終端設置監測數據，使用模擬偵測器材(如等效器)完成操作技術流程、顯示計數或報警，達到輻射偵測裝備模擬訓練目的。該子系統適用于各部隊，用于專職、兼職人員核事故應急裝備模擬操作訓練。

5.3 旅團核應急指揮訓練子系統

該子系統主要功能如下：一是在場景模擬子系統提供數據的基礎上，按照標準格式自動生成導調文書，引導指揮員進行危害估算、要圖標繪、文書擬制等技能訓練；二是通過三維地圖顯示景象、提供數據或導調文書，作為指揮員和關鍵崗位人員桌面推演和編組訓練的輸入條件，引導分隊指揮員進行情況判斷并進行“第一時間，第一現場”處置訓練，引導旅團指揮員依案進行指揮編組、力量編成、信息流轉和應急保障等方面訓練；三是能夠記錄訓練數據、回收作業文書，通過人工交互的方式，實現考核評估、復盤檢討和方案優化，檢驗訓練效果。該子系統可配發旅團各級指揮訓練場所，用于指揮人員開展核應急策劃訓練[5]。

5.4 各級應急響應流程聯動推演子系統

該子系統主要功能如下：一是構建基于地理信息、天候氣象、武器效應等多維動態的虛擬核事故環境，能夠為核應急指揮與行動提供虛擬場景和數據交互，實現指揮、行動與操作的一體互動，數字環境能對指揮員的處置或者分隊行動做出反饋響應，實現人與虛擬環境的互動融合，通過人機互動，幫助指揮員開展核應急指揮訓練；二是通過模擬指揮平臺和通信鏈路，構建核應急處置指揮鏈、信息鏈，能夠進行訓練數據采集和遠程數據傳輸，實現異構系統數據交互，為開展多級聯動訓練提供平臺支撐；三是基于技術、行動和邏輯規則的聚合態勢，檢驗應急預案和處置決心，以及部隊行動的可行性和有效性。該子系統可配置各級指揮機構，用于指揮員和指揮機關流程推演和核應急指揮聯動訓練[6]。

5.5 導調控制和評估子系統

該子系統由設置導調、監控干預、態勢顯示、考核評估和復盤分析等五個模塊組成。主要功能如下：一是采取計劃導調與隨機導調相結合的方法，使用流程引導與干預控制，應用文書、語音、圖片、視頻等手段設置訓練輸入條件，對處置和行動結果做出響應，實現訓練的導調控制：二是能夠按照“能力牽引—訓練問題—訓練內容—訓練標準”的基本思路，確定訓練內容并生成必要的訓練條件，通過改變場地環境、改變對抗狀態、調整應急力量，幫助指揮員訓真、訓實、訓活；三是能夠記錄訓練過程和關鍵數據，對決心方案或處置行動考核評估；四是具有良好的開放性，能夠不斷豐富訓練想定、優化系統配置，從而增強系統的適用性、適應性、靈活性，延長系統生命周期，拓寬系統的適用范圍[7]。

6 結束語

本文圍繞筆者前期參與的部隊核應急處置技術工作，詳細介紹了核應急仿真模擬訓練系統開發的主體思路、基本考慮、主要目標、總體結構，探討了典型核事故場景模擬、核應急裝備模擬操作等多個分系統的功能設計構想。區別于其他的模擬系統，核應急仿真模擬訓練系統是集場景構設、裝備操作、流程推演、多級聯動于一體的綜合性訓練系統，運用技術多、信息化要求高、開發難度大，后續將結合部隊任務和專項演練進一步開展理論分析和技術研究工作。