虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全培訓(xùn)中應(yīng)用分析 - 華北科技學(xué)院

1、1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全培訓(xùn)中應(yīng)用分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全培訓(xùn)中應(yīng)用分析張立強(qiáng)華北科技學(xué)院安全培訓(xùn)處燕郊065201摘要：在介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)培訓(xùn)上面的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研發(fā)、國(guó)外煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)從業(yè)人員培訓(xùn)方面的應(yīng)用和發(fā)展等現(xiàn)狀，并對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用在安全培訓(xùn)上的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，最后對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在煤礦安全中應(yīng)用的研究重點(diǎn)、研究方向和發(fā)展趨勢(shì)提出了建議。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)，煤礦安全，煤

2、礦災(zāi)害模擬，安全培訓(xùn)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）技術(shù)是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人一機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)和人的行為學(xué)研究等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是模擬仿真技術(shù)的最新、最高層次，是當(dāng)今世界前沿科學(xué)之一。VR系統(tǒng)基本上是一種實(shí)時(shí)的對(duì)真實(shí)世界加以模擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分包括快速通用處理器、專用圖像處理器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。軟件部

3、分具有產(chǎn)生虛擬世界圖像和目標(biāo)處理的功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人們探索宏觀世界和微觀世界中由于種種原因不便于直接觀察運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的事物，提供了極大的便利。1.1.在安全培訓(xùn)中應(yīng)用現(xiàn)狀在安全培訓(xùn)中應(yīng)用現(xiàn)狀煤礦開采特別是井工開采，與地面工業(yè)生產(chǎn)相比不僅環(huán)境惡劣，而且具有很大的復(fù)雜性。煤礦的復(fù)雜環(huán)境和不安全因素等導(dǎo)致煤礦從業(yè)人員的培訓(xùn)不可能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，隨著近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和其優(yōu)點(diǎn)的愈加明顯，也逐漸在煤礦安全培訓(xùn)中有所應(yīng)用。（1）為解決煤礦

4、復(fù)雜、多變、危險(xiǎn)條件下的崗位培訓(xùn)等方而的難題，英國(guó)研究了一種可提高礦井災(zāi)害區(qū)域識(shí)別和危險(xiǎn)人員評(píng)定質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)系統(tǒng)[1]。采用VR系統(tǒng)培訓(xùn)非常安全，且可視性強(qiáng)，使受訓(xùn)者身臨其境地去接觸、認(rèn)知和處理各種災(zāi)變情況。如礦井布局、動(dòng)態(tài)作業(yè)和礦井環(huán)境等定型模擬均可隨意設(shè)定，而礦井人員則可在虛擬的礦井內(nèi)任意活動(dòng)并做出重要決定。其決定效果的好壞均能立刻反饋于受訓(xùn)者。該系統(tǒng)主要包括運(yùn)輸卡車災(zāi)害識(shí)別系統(tǒng)，安全檢查培訓(xùn)和礦井事故培訓(xùn)系統(tǒng)。（2）諾丁

5、漢大學(xué)的AIMS研究所已經(jīng)開發(fā)了許多與采礦工業(yè)安全培訓(xùn)相關(guān)的桌而VR系統(tǒng)[2]包括：在安全生產(chǎn)實(shí)踐中培訓(xùn)露天礦汽車司機(jī)；在常規(guī)安全監(jiān)察中培訓(xùn)和測(cè)試新礦工；在事故反應(yīng)中培訓(xùn)和測(cè)試礦山救護(hù)隊(duì)。比如一旦確定某項(xiàng)具體的操作情景，就可以加入各種不同的風(fēng)險(xiǎn)情況，當(dāng)然這些風(fēng)險(xiǎn)(包括靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn))是駕車行駛在礦坑中的司機(jī)可能遇到的。（3）美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)開發(fā)了VR礦工培訓(xùn)系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)允許用戶在虛擬工作而上檢查工作面的故障隱患，如頂板支護(hù)是

6、否合理，查看工作而設(shè)備是否正確放置，以及應(yīng)該采取哪些措施。應(yīng)用該系統(tǒng)可以培訓(xùn)礦工的安全意識(shí)。德國(guó)DMT大學(xué)開發(fā)的礦井決策模擬系統(tǒng)STMBERG是采礦專業(yè)學(xué)生的訓(xùn)練軟件。該軟件包括地質(zhì)、采礦、通風(fēng)、機(jī)械、管理等內(nèi)容，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中提供地質(zhì)、開采設(shè)計(jì)、工作而狀況等方而的簡(jiǎn)化條件，學(xué)生可以進(jìn)行管理和決策。目前，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和DMTTFH合作，已將STMBERG應(yīng)用于真實(shí)礦井中。(4)澳洲的新南威爾士大學(xué)(UNSW)采礦工程學(xué)系應(yīng)用法國(guó)達(dá)

7、索系統(tǒng)領(lǐng)先的3D技術(shù)，已開發(fā)出而向煤炭開采行業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)培訓(xùn)系統(tǒng)，國(guó)外一些先進(jìn)的采礦公司已經(jīng)開始使用。3圖4虛擬現(xiàn)實(shí)弧形劇院弧形屏幕劇院—可容納30人，主要設(shè)施是一個(gè)8m長(zhǎng)和3.5m寬的110?；⌒纹聊?，以及3臺(tái)投影儀提供虛擬礦山圖像。這種屏幕劇院是講堂式的，適合講解基礎(chǔ)知識(shí)。圖5虛擬現(xiàn)實(shí)360度劇院360。劇院—可容納1520人，12部投影儀（6對(duì)循環(huán)組）呈圓形排列，投影儀在一個(gè)120m2的360。圓柱形屏幕上投影圖像，6臺(tái)計(jì)

8、算機(jī)生成一個(gè)360。的全景3D影像，1臺(tái)主計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)投影儀生成的圖像。所有虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)使用全環(huán)繞音響系統(tǒng)。3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)煤炭企業(yè)對(duì)參與者和培訓(xùn)者進(jìn)行了觀察與研究，發(fā)現(xiàn)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境所帶來(lái)的培訓(xùn)效果比傳統(tǒng)方法要好得多，主要有以下幾個(gè)方面。3.1使用簡(jiǎn)單虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為專門的應(yīng)急培訓(xùn)提供了一個(gè)很方便的場(chǎng)所。在設(shè)置和參加適當(dāng)?shù)哪M現(xiàn)場(chǎng)方而，節(jié)省了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，培訓(xùn)者及其培訓(xùn)組不必去尋找與現(xiàn)實(shí)生活中環(huán)境或情況相

9、似的物理環(huán)境，而是在短短的幾分鐘內(nèi)就可以走進(jìn)對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行“復(fù)制”的虛擬環(huán)境中；沒(méi)有專門的設(shè)置，沒(méi)有延長(zhǎng)旅行時(shí)間，沒(méi)有人身安全方而的風(fēng)險(xiǎn)；無(wú)需將其他員工放假或關(guān)閉整個(gè)工廠，就能在“工作場(chǎng)所”進(jìn)行培訓(xùn)；模擬的緊急情況可以很容易地加以重復(fù)—對(duì)于新學(xué)員來(lái)說(shuō)，點(diǎn)擊一下按鈕就可以實(shí)現(xiàn)情景再現(xiàn)，而在現(xiàn)實(shí)世界中，重復(fù)設(shè)置一個(gè)模擬的礦山環(huán)境，將會(huì)很費(fèi)時(shí)間，且成本很高；可以輕松進(jìn)入礦山內(nèi)的很多地方，如長(zhǎng)壁、支護(hù)內(nèi)部等，一切工作只用幾秒鐘的時(shí)間或按一個(gè)按鈕

10、。3.2安全虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助學(xué)員“安全”地接觸危險(xiǎn)的礦山環(huán)境或緊急情況。在模擬現(xiàn)實(shí)生活中的緊急情況時(shí)，學(xué)員可以鍛煉在一定時(shí)間內(nèi)作出決策的技能，而人身安全卻沒(méi)有受到威脅。在模擬環(huán)境下，雖然與現(xiàn)實(shí)環(huán)境有相同的感官信號(hào)，但真正的“危險(xiǎn)”卻不同，有助于學(xué)員做出相關(guān)決策。對(duì)于現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境中可能遇到一些危險(xiǎn)因素（如低能見度、不能進(jìn)入的區(qū)域、設(shè)備的破壞等），學(xué)員可以提前做好思想準(zhǔn)備。3.3更強(qiáng)的真實(shí)感虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以拓寬學(xué)員的視野。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提

11、供了比培訓(xùn)教材更廣闊的視野。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就像一個(gè)傳感器，拓展了一個(gè)人的視覺(jué)、聽覺(jué)和觸覺(jué)方而的能力，所接觸到的信息通常超出感官的日常范圍。例如學(xué)員能看到對(duì)現(xiàn)實(shí)工作中“冒頂”的模擬，從一個(gè)“正?！钡慕嵌瓤词鞘裁礃幼?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以幫助他們從“上而”（平視）和“側(cè)而”（站在支護(hù)里面)看是什么樣子，對(duì)事故有一個(gè)更深入的了解。學(xué)員還可以看到塌方后的情形。正常情況下，在這種環(huán)境里是無(wú)法呼吸的，因?yàn)槔锒泻窈竦幕覊m、碎片，道路也被堵塞了。在虛擬現(xiàn)