摘要:模拟演练系统作为应急指挥、演练系统中的一个重要组成部分,担负着平时检验应急预案、训练应急人员、队伍的目的。
近年来,随着产业规模扩大,工业生产安全事故、环境污染事故日益威胁着人民众生命财产安全和国家经济发展。在爆发突发事件时,能够正确的做出事故分析并制定处理方案,是科学的抢险救灾工作中至关重要的一环。为了确保事故发生时能及时做出正确的反应,平时多次、认真演练各种应急预案,并对演练结果进行评估无疑是最好的选择。但传统的实际场地模型演练方式有着造价高、污染大、危险性极强、进程不易把握、演练内容单一等缺点;而随着计算机虚拟技术的发展,由计算机整合模型库、案例库、应急知识库、方法库、图形库等数据库综合模拟出灾害爆发场景,不仅避免了传统演练的造价高、内容单一的缺点,还便于组织者、参演方交互,对演练评估等操作,完全能达到比实际场地演练更好的演练效果。
1 当前形式
按照国务院应急管理办公室印发《突发事件应急演练指南》的要求,结合各企业实际情况,大体可将整个模拟演练过程分为计划演练、记录过程、总结评估3部分,每一部分又包含很多具体的操作步骤,流程如下:
此流程在模拟演练系统中实现需要模型库、案例库、应急知识库、方法库、图形库等数据库作为支撑,计算机根据组者需求,通过调用相关数据合成出整个应急事件爆发前后场景,根据参演人员的操作,自动调整灾害进程,最终达到演练预案、锻炼人员的目的。同时,演练过程中所应用到的知识、方法以及演练过程本身也可作为案例保存至知识库、方法库、案例库。
2 国内外模拟演练方案动态
目前国内外对模拟演练均有不同程度的研究,例如分布式交互仿真系统DIS等,甚至全息成像技术也被应用其中,这里要介绍的是国内开发的林火扑救虚拟演练系统和国外的虚拟维修训练系统。
2.1 林火扑救虚拟演练系统
林火扑救虚拟演练系统本质上是一个分布交互仿真系统,通过局域网或广域网将分布在本地或异地的不同林火扑救仿真实体计算机及半实物仿真器联接起来,演练参与者在统一的演练管理器指挥下,共享一个有针对性的具有真实地形地貌和逼真地表特征物与自然景象和动态效果的火灾林区三维虚拟环境,在事先制定的演练剧本框架下,充分发挥参与者的主观能动性,通过人机交互方式施展各自技战术技能,完成林火扑救的各项虚拟训练与演练科目,从而达到提高应变能力和训练水平、熟悉相关林火区域真实地形条件、有效控制林火蔓延、尽快扑灭林火的演练目的。
林火扑救虚拟演练系统是一个大规模的复杂软件系统,构造这样一个系统将涉及到计算机图形学、多传感器、网络、人工智能和虚拟现实等多项技术。用户包括参与林火扑救虚拟演练的指挥员、消防队员、消防装备等,系统需要为这些参与者提供一个具有沉浸感的、拟真的、三维的演练空间,并在此空间中实时显示参与者各自的物理位置和行为状态。同时,演练系统还要提供简单的想定接口,由用户自行设定演练内容。
林火扑救虚拟演练系统总体结构示意图
从图中可以看出,与一般的分布交互仿真系统相比,构建林火扑救虚拟演练系统,关键技术在
于大规模综合环境生成技术、烟火效果表现技术和演练管理技术这三项,这里,我们主要关注大规模综合环境生成技术和演练管理技术。
大规模综合环境生成技术主要依托综合环境,是虚拟林区火灾环境的重要组成部分,是真实自然环境信息在计算机数字空间中的映射。与真实自然环境相对应,综合环境主要包括:地形模型、气象模型、水文模型和其它环境因素模型,同时轨道交通系统>水平面,合成自然环境在应用过程中可能发生动态的状态变化,并且能够与虚拟环境中的用户或实体相互作用和相互影响。
管理演练技术负责演练管理和控制的仿真应用程序称为演练管理器,它在虚拟演练中的功能对应于真实演练中的导演台,是进行演练参与各方的管理方。演练管理器负责演练前的规划、准备,演练中的监控、记录,演练后的回放、分析等任务,是林火扑救虚拟演练的重要组成部分,也是提高演练逼真性和灵活性的重要部件。
演练管理技术研究的内容包括:
(1)在演练前加入自动任务规划功能。演练想定的选择、各实体任务规划与配置是人工进行的,可采取人工智能的方法,对各实体任务进行智能规划,有效地增加演练科目;
(2)加强演练中的管理。演练中的控制功能可以使得演练进程更加灵活;
(3)在演练后的事后分析中加入仿真的校验和确认功能,检验仿真模型的可信性和虚拟环境与真实世界的一致性,全面地评价演练效果。
在演练前,演练管理器需对整个演练进行配置。由于动态实体行为的不确定性,配置过程比较困难。一场实际的虚拟林火扑救演练一般以演练想定为背景,演练想定提供了参与演练的仿真车辆实体的初始行为的配置和构建生成合成环境的各种配置信息。
2.2 虚拟维修训练系统
德国开发的交互式虚拟维修训练系统,支持复杂技术装备的维修流程训练,提供了介绍、引导、自由和探索四种模式。欧洲战机综合虚拟维修训练系统虚拟维修训练器是局域网分布式虚拟维修训练系统,分1个老师工作台和8个学生工作台,提供自由、老师引导和演示三种模式。西班牙的VIEMAN基于拆装动画的虚拟维修训练系统,具有自动、训练和评价三种模式。美国北卡罗来纳州的研究三角形学会和美国海军航空兵作战中心训练系统部开发的桌面式虚拟诊断训练系统,提供了理论学习、自由播放和独立操作三种训练模式。
苯胺类化合物3 结语
从上述方案中看,模拟演练已不再是单个系统独立完成的项目,都需要模型库、知识库、方法库、预案库、案例库等多个数据库为其提供支持,结合虚拟现实技术作为表现形式,并能够提供多种训练模式。
虚拟训练与演练技术具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景,已成为多行业、多领域信息化发展的共同目标,将此技术推广应用,必将提高应急演练效果和应对突发灾害的战斗力。
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