虛擬現(xiàn)實技術在安全培訓中應用分析 - 華北科技學院

1、1虛擬現(xiàn)實技術在安全培訓中應用分析虛擬現(xiàn)實技術在安全培訓中應用分析張立強華北科技學院安全培訓處燕郊065201摘要：在介紹虛擬現(xiàn)實技術概況的基礎上，系統(tǒng)地分析了虛擬現(xiàn)實技術在煤礦安全生產培訓上面的應用，重點介紹了虛擬現(xiàn)實技術的研發(fā)、國外煤礦企業(yè)安全生產從業(yè)人員培訓方面的應用和發(fā)展等現(xiàn)狀，并對虛擬現(xiàn)實應用在安全培訓上的優(yōu)點進行了闡述，最后對虛擬現(xiàn)實技術在煤礦安全中應用的研究重點、研究方向和發(fā)展趨勢提出了建議。關鍵詞：虛擬現(xiàn)實，煤礦安全，煤

2、礦災害模擬，安全培訓虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）技術是20世紀80年代末發(fā)展起來的一項高新技術，它匯集了計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人一機接口技術、傳感器技術、高度并行實時計算技術和人的行為學研究等多項關鍵技術，是模擬仿真技術的最新、最高層次，是當今世界前沿科學之一。VR系統(tǒng)基本上是一種實時的對真實世界加以模擬的計算機系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分構成。硬件部分包括快速通用處理器、專用圖像處理器、輸入設備和輸出設備。軟件部

3、分具有產生虛擬世界圖像和目標處理的功能。虛擬現(xiàn)實技術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動變化規(guī)律的事物，提供了極大的便利。1.1.在安全培訓中應用現(xiàn)狀在安全培訓中應用現(xiàn)狀煤礦開采特別是井工開采，與地面工業(yè)生產相比不僅環(huán)境惡劣，而且具有很大的復雜性。煤礦的復雜環(huán)境和不安全因素等導致煤礦從業(yè)人員的培訓不可能在現(xiàn)場進行，隨著近年來虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和其優(yōu)點的愈加明顯，也逐漸在煤礦安全培訓中有所應用。（1）為解決煤礦

4、復雜、多變、危險條件下的崗位培訓等方而的難題，英國研究了一種可提高礦井災害區(qū)域識別和危險人員評定質量的虛擬現(xiàn)實(VR)系統(tǒng)[1]。采用VR系統(tǒng)培訓非常安全，且可視性強，使受訓者身臨其境地去接觸、認知和處理各種災變情況。如礦井布局、動態(tài)作業(yè)和礦井環(huán)境等定型模擬均可隨意設定，而礦井人員則可在虛擬的礦井內任意活動并做出重要決定。其決定效果的好壞均能立刻反饋于受訓者。該系統(tǒng)主要包括運輸卡車災害識別系統(tǒng)，安全檢查培訓和礦井事故培訓系統(tǒng)。（2）諾丁

5、漢大學的AIMS研究所已經開發(fā)了許多與采礦工業(yè)安全培訓相關的桌而VR系統(tǒng)[2]包括：在安全生產實踐中培訓露天礦汽車司機；在常規(guī)安全監(jiān)察中培訓和測試新礦工；在事故反應中培訓和測試礦山救護隊。比如一旦確定某項具體的操作情景，就可以加入各種不同的風險情況，當然這些風險(包括靜態(tài)風險和動態(tài)風險)是駕車行駛在礦坑中的司機可能遇到的。（3）美國賓西法尼亞大學開發(fā)了VR礦工培訓系統(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，如頂板支護是

6、否合理，查看工作而設備是否正確放置，以及應該采取哪些措施。應用該系統(tǒng)可以培訓礦工的安全意識。德國DMT大學開發(fā)的礦井決策模擬系統(tǒng)STMBERG是采礦專業(yè)學生的訓練軟件。該軟件包括地質、采礦、通風、機械、管理等內容，可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中提供地質、開采設計、工作而狀況等方而的簡化條件，學生可以進行管理和決策。目前，中國礦業(yè)大學和DMTTFH合作，已將STMBERG應用于真實礦井中。(4)澳洲的新南威爾士大學(UNSW)采礦工程學系應用法國達

7、索系統(tǒng)領先的3D技術，已開發(fā)出而向煤炭開采行業(yè)的虛擬現(xiàn)實(VR)培訓系統(tǒng)，國外一些先進的采礦公司已經開始使用。3圖4虛擬現(xiàn)實弧形劇院弧形屏幕劇院—可容納30人，主要設施是一個8m長和3.5m寬的110?；⌒纹聊?，以及3臺投影儀提供虛擬礦山圖像。這種屏幕劇院是講堂式的，適合講解基礎知識。圖5虛擬現(xiàn)實360度劇院360。劇院—可容納1520人，12部投影儀（6對循環(huán)組）呈圓形排列，投影儀在一個120m2的360。圓柱形屏幕上投影圖像，6臺計

8、算機生成一個360。的全景3D影像，1臺主計算機協(xié)調投影儀生成的圖像。所有虛擬現(xiàn)實平臺使用全環(huán)繞音響系統(tǒng)。3.虛擬現(xiàn)實技術培訓的優(yōu)點虛擬現(xiàn)實技術培訓的優(yōu)點煤炭企業(yè)對參與者和培訓者進行了觀察與研究，發(fā)現(xiàn)虛擬的學習環(huán)境所帶來的培訓效果比傳統(tǒng)方法要好得多，主要有以下幾個方面。3.1使用簡單虛擬現(xiàn)實技術為專門的應急培訓提供了一個很方便的場所。在設置和參加適當?shù)哪M現(xiàn)場方而，節(jié)省了時間和經濟成本，培訓者及其培訓組不必去尋找與現(xiàn)實生活中環(huán)境或情況相

9、似的物理環(huán)境，而是在短短的幾分鐘內就可以走進對真實世界進行“復制”的虛擬環(huán)境中；沒有專門的設置，沒有延長旅行時間，沒有人身安全方而的風險；無需將其他員工放假或關閉整個工廠，就能在“工作場所”進行培訓；模擬的緊急情況可以很容易地加以重復—對于新學員來說，點擊一下按鈕就可以實現(xiàn)情景再現(xiàn)，而在現(xiàn)實世界中，重復設置一個模擬的礦山環(huán)境，將會很費時間，且成本很高；可以輕松進入礦山內的很多地方，如長壁、支護內部等，一切工作只用幾秒鐘的時間或按一個按鈕

10、。3.2安全虛擬現(xiàn)實技術可以幫助學員“安全”地接觸危險的礦山環(huán)境或緊急情況。在模擬現(xiàn)實生活中的緊急情況時，學員可以鍛煉在一定時間內作出決策的技能，而人身安全卻沒有受到威脅。在模擬環(huán)境下，雖然與現(xiàn)實環(huán)境有相同的感官信號，但真正的“危險”卻不同，有助于學員做出相關決策。對于現(xiàn)實工作環(huán)境中可能遇到一些危險因素（如低能見度、不能進入的區(qū)域、設備的破壞等），學員可以提前做好思想準備。3.3更強的真實感虛擬現(xiàn)實技術可以拓寬學員的視野。虛擬現(xiàn)實技術提

11、供了比培訓教材更廣闊的視野。虛擬現(xiàn)實技術就像一個傳感器，拓展了一個人的視覺、聽覺和觸覺方而的能力，所接觸到的信息通常超出感官的日常范圍。例如學員能看到對現(xiàn)實工作中“冒頂”的模擬，從一個“正常”的角度看是什么樣子，虛擬現(xiàn)實技術還可以幫助他們從“上而”（平視）和“側而”（站在支護里面)看是什么樣子，對事故有一個更深入的了解。學員還可以看到塌方后的情形。正常情況下，在這種環(huán)境里是無法呼吸的，因為里而有厚厚的灰塵、碎片，道路也被堵塞了。在虛擬現(xiàn)