在虛擬世界中進行現場試驗
——日本清水建設使用VR技術測試隧道工作面監測系統

在隧道施工現場,一旦發生隧道工作面塌方,往往會造成嚴重的事故。為盡量避免這種情況的發生,不少企業都在研發各種類型的隧道工作面監測系統。但這些系統的現場有效性如何?系統監測和人工目測是否能形成互補?這些問題都是需要召集人員進行現場測試才能得到答案。而隨著VR技術的發展,使用大型VR設施來高效進行這類測試似乎變成了一個可行的方案。

技術概況

為了減少隧道工作面塌方事故的發生,日本清水建設聯合長岡技術大學和日本國立職業安全衛生研究所開發了一套基于圖像識別的隧道工作面監測系統。

這套系統主要是利用人工智能攝像頭幫助現場工人快速找到并識別隧道表面的裂縫,根據初步的現場測試,這套系統對實際裂縫已經具有足夠的檢測精度,有能力即時識別已開始發展成為坍塌前兆的裂縫并報警。該系統想要投入使用,還需要進行更多的現場測試,其中包含諸多人類行為學方面的測試。例如: 現場工人多久能對設備形成認可,形成認可后多久會形成依賴,系統的指示模式是否能快速引導現場工人通過目視發現裂縫。

為了更高效地進行這些測試,清水建設在美國國家職業安全與健康研究所的模擬設施中使用VR技術進行了一場試驗。

VR現場試驗

測試現場共有8名受試者,他們都是在隧道行業的現場工作人員,工作年限為2～26年,年齡在25～48歲。

受試者們佩戴頭戴式VR顯示器,左手和右手分別拿著1個可以公布和記錄裂縫位置的控制器。他們進入的VR場景是一個虛擬的隧道工作現場。受試者們被告知他們需要在隧道工作面監測系統的幫助下,快速辨識出工作面上的裂縫。虛擬現場的工作面上會出現多種不同的裂縫,甚至“假裂縫”。監測系統會對假裂縫報警,但受試者們是看不到這些“假裂縫”的。安排這些“假裂縫”是為了測試受試者們對監測系統的依賴性,測試他們會不會因為看到監測系統報警,而謊稱自己目視檢查也看到了裂縫。

使用VR進行測試的優勢之一,是可以通過眼動儀等設備記錄下受試者們視線和身體移動模式。在VR現場試驗中,通過身體移動記錄發現,受試者們會優先去檢查監測系統的攝像頭未在拍攝的區域,這說明他們已對監測系統形成了一定的信任; 但大部分受試者都能成功地識別出“假裂縫”報警(94%的假裂縫報警被忽略),這表明受試者并沒有完全相信系統的裂縫檢測結果。

最終的測試數據顯示: 在監測系統的幫助下,發現裂縫的效率提升了28%; 現場人員沒有因為幾次“假裂縫”報警而失去對監測系統的信任,同樣也沒有形成完全的依賴。在VR現場試驗中獲取的受試者視線和身體移動模式數據也將進行進一步研究。