●駱建偉

(武警學(xué)院 基礎(chǔ)部，河北 廊坊 065000)

基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)研究

●駱建偉

(武警學(xué)院 基礎(chǔ)部，河北 廊坊 065000)

充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和三維模擬技術(shù)在模擬訓(xùn)練中的優(yōu)勢，在節(jié)約訓(xùn)練成本的同時(shí)保障訓(xùn)練質(zhì)量，已經(jīng)成為軍隊(duì)、教育、消防以及社會(huì)服務(wù)等行業(yè)提升綜合訓(xùn)練和管理水平的重要手段。在系統(tǒng)介紹模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，探討了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下模擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)思路。

網(wǎng)絡(luò)；模擬訓(xùn)練；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著科技發(fā)展的不斷深入，人類正逐步進(jìn)入一個(gè)新的“信息化時(shí)代”。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)蓬勃發(fā)展，為人們帶來了突破時(shí)空限制的合作環(huán)境，使協(xié)同式工作環(huán)境和思維方式深入人心。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和進(jìn)步，多媒體形式的日益豐富，以及三維網(wǎng)頁的可視化程度不斷躍進(jìn)使虛擬訓(xùn)練這種全新的教育和訓(xùn)練形式成為一種必然趨勢。傳統(tǒng)訓(xùn)練對(duì)于訓(xùn)練場景的搭建是組織多人多次培訓(xùn)的瓶頸問題，其高昂的成本和不穩(wěn)定的訓(xùn)練效果極大地制約了實(shí)戰(zhàn)能力的培養(yǎng)。因此，建設(shè)基于網(wǎng)絡(luò)的三維仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是解決傳統(tǒng)訓(xùn)練瓶頸問題的必然要求。

一、模擬訓(xùn)練系統(tǒng)概述

模擬訓(xùn)練系統(tǒng)由于能夠突破傳統(tǒng)訓(xùn)練對(duì)訓(xùn)練場地和成本等多方資源的客觀限制并且成本投入少、綠色無污染而被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)急場合和高危領(lǐng)域，深入分析模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的定義和基本特點(diǎn)是建設(shè)科學(xué)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的前提和質(zhì)量保證。

(一)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的定義

模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真手段來開展模擬化、專業(yè)化和實(shí)戰(zhàn)化的綜合訓(xùn)練，從而提高被訓(xùn)人員實(shí)戰(zhàn)能力、提升綜合訓(xùn)練水平的現(xiàn)代化教學(xué)和訓(xùn)練系統(tǒng)。由于充分利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及各種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，三維模擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)往往能通過三維可視化技術(shù)真實(shí)構(gòu)建出訓(xùn)練現(xiàn)場的場地和情景，并通過各種交互設(shè)備，積極調(diào)動(dòng)受訓(xùn)者的視覺、聽覺、觸覺，讓他們?cè)谔摂M的三維環(huán)境中協(xié)同完成訓(xùn)練任務(wù)。

(二)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

1.實(shí)戰(zhàn)性

進(jìn)行訓(xùn)練的最終目的是要提高受訓(xùn)人員的組織能力和指揮能力,這就必然要求訓(xùn)練能盡可能的營造出真實(shí)的情景和感受。然而傳統(tǒng)訓(xùn)練往往迫于各方因素的限制而難以達(dá)到這一要求。在模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中實(shí)戰(zhàn)型的問題就可以得到切實(shí)解決，主要表現(xiàn)在以下方面：首先，模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的情節(jié)是多變的。利用基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)能夠保證依據(jù)受訓(xùn)者的不同處理措施設(shè)置多種可能的變化過程,這些沒有預(yù)料到的場景往往能更好的鍛煉受訓(xùn)者應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。其次，基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人員、裝備的真實(shí)占用或損耗的控制，更貼近實(shí)戰(zhàn)。傳統(tǒng)訓(xùn)練雖然能夠?qū)ψ鲬?zhàn)的空間、人員和裝備進(jìn)行模擬，但不能控制人員和裝備的真實(shí)占用或者損耗,而基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)無疑解決了這一問題。

2．可重復(fù)性

傳統(tǒng)的訓(xùn)練方式一般需要耗用大量人力、物力和財(cái)力,因而實(shí)施多次的重復(fù)演練必然受到限制。此外由于訓(xùn)練過程中設(shè)置的指揮名額有限,不能保證所有的受訓(xùn)者都有擔(dān)任指揮人員的機(jī)會(huì),因此受訓(xùn)者可能得不到全面的鍛煉。相比之下,基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)勢就凸現(xiàn)出來了[1]。由于沒有費(fèi)用的限制,又能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)場景,所以使得多次重復(fù)的開展具有不同針對(duì)性的同一訓(xùn)練成為可能。受訓(xùn)人員可以同時(shí)擔(dān)任指揮人員,針對(duì)某一問題展開訓(xùn)練,也能以普通角色參與訓(xùn)練。這樣不但在提高訓(xùn)練次數(shù)的過程中保證他們的熟練程度，同時(shí)也能夠極大的提高他們的組織和指揮能力。

3．突出重點(diǎn)

傳統(tǒng)的訓(xùn)練方式往往限于時(shí)間和花費(fèi)等因素難以突出重點(diǎn)科目，如果基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng),則可以集中時(shí)間和精力訓(xùn)練關(guān)鍵科目,在兼顧全局的同時(shí)做到突出重點(diǎn),在設(shè)置訓(xùn)練內(nèi)容時(shí),可以增大重點(diǎn)訓(xùn)練科目的作業(yè)量,同時(shí)設(shè)置多個(gè)角色,保證更多的人員參與訓(xùn)練,全面提高受訓(xùn)者的各方面素質(zhì)。

4．過程的可知性

日常訓(xùn)練的主要目的之一是在接近實(shí)戰(zhàn)的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。傳統(tǒng)訓(xùn)練方式由于具有涉及的科目多、人員復(fù)雜等特點(diǎn),導(dǎo)演者往往難以通觀全局,也不可能全面的掌握演習(xí)過程中可能存在的問題[2]。而基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)則可很好地解決了這一問題。利用訓(xùn)練系統(tǒng)本身具有的記錄功能，計(jì)算機(jī)能將受訓(xùn)者解決問題的時(shí)間、步驟和方法詳細(xì)地記錄下來,便于導(dǎo)演者隨時(shí)調(diào)用，分析每一位受訓(xùn)者在訓(xùn)練中的表現(xiàn)。

二、模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的需求分析

模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)是解決傳統(tǒng)訓(xùn)練瓶頸問題，提升綜合訓(xùn)練水平的必然要求，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(一)完善專業(yè)訓(xùn)練系統(tǒng)的需要

在發(fā)達(dá)國家，模擬訓(xùn)練系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通、刑偵、醫(yī)療救護(hù)和應(yīng)急管理等眾多領(lǐng)域，而在我國模擬訓(xùn)練系統(tǒng)雖已初步應(yīng)用于電力、能源、航天、化工和國防等領(lǐng)域，但其中模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)體系還不完善，需要在進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練的過程中突破傳統(tǒng)訓(xùn)練思維模式的限制，積極構(gòu)建和完善各個(gè)行業(yè)的專業(yè)訓(xùn)練系統(tǒng)，打造新型專業(yè)訓(xùn)練模式。

(二)降低訓(xùn)練成本和保障訓(xùn)練安全的需要

利用模擬訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行模擬訓(xùn)練可以排除天氣、場地、時(shí)間和裝備等多種可能因素的影響，減少訓(xùn)練器材、訓(xùn)練設(shè)施和裝備的投入，從而大大降低訓(xùn)練的成本，又能讓受訓(xùn)者直接感受到真實(shí)的作戰(zhàn)場景，甚至做到在與現(xiàn)實(shí)環(huán)境完全一致的背景下訓(xùn)練，一方面保證了訓(xùn)練的真實(shí)性，另一方面也可以輕易地模擬出現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不可能操作的高危險(xiǎn)場景，保障了訓(xùn)練的安全需要。甚至對(duì)于失重狀態(tài)這樣在現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練中根本難以完全達(dá)到的效果也可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)在虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)。

(三)提升訓(xùn)練效益的需要

相對(duì)于傳統(tǒng)訓(xùn)練方式而言，利用基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)模擬訓(xùn)練，對(duì)提升訓(xùn)練效益有著更為突出的作用。一是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)集安全、可控、無風(fēng)險(xiǎn)、可多次重復(fù)等多種特點(diǎn)于一身，既能進(jìn)行常規(guī)的模擬保障性訓(xùn)練，又能進(jìn)行各種突發(fā)事件下的模擬訓(xùn)練，同時(shí)還具有模擬訓(xùn)練的高效率和高效益等突出的優(yōu)勢[3]。二是能夠通過HLA技術(shù)達(dá)到分布交互式的仿真效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散資源的集中高效利用。HLA是一種近年發(fā)展起來的面向?qū)ο蟮拈_放體系結(jié)構(gòu)，它能通過特有的數(shù)據(jù)分發(fā)和聲明管理服務(wù)，大幅減少仿真系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)信息通信量，從而實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)[4]。

三、基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)

鑒于以上對(duì)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的需求分析，結(jié)合模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)的水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。該模擬訓(xùn)練系統(tǒng)以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫和VR map 3.0虛擬現(xiàn)實(shí)軟件為基礎(chǔ)，利用Java語言開發(fā)而成。

(一)系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)同時(shí)支持服務(wù)器/客戶機(jī)和單獨(dú)在PC機(jī)上操作兩種形式。系統(tǒng)主要由以下幾部分組成，系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

1．用戶管理子系統(tǒng)

用戶管理子系統(tǒng)是為了方便系統(tǒng)的管理者對(duì)用戶進(jìn)行管理而設(shè)計(jì)的，用戶主要包括管理員、受訓(xùn)者和教員3種。其中，系統(tǒng)的管理員擁有進(jìn)入該系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、刪除和修改的權(quán)限。教員和受訓(xùn)者擁有進(jìn)行操作和對(duì)基本功能進(jìn)行修改的權(quán)限。

圖1 基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)總體框架圖

2．訓(xùn)練設(shè)計(jì)子系統(tǒng)

訓(xùn)練設(shè)計(jì)和評(píng)定子系統(tǒng)是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的重要組成部分。該子系統(tǒng)由教員進(jìn)行操作和使用，它主要用于進(jìn)行訓(xùn)練場景的設(shè)計(jì)和制作，對(duì)訓(xùn)練情況進(jìn)行評(píng)定，并負(fù)責(zé)考評(píng)結(jié)果的查詢和輸出。訓(xùn)練場景的設(shè)計(jì)制作對(duì)于系統(tǒng)而言具有重要意義，場景的構(gòu)建是否真實(shí)，情節(jié)設(shè)計(jì)是否合理，訓(xùn)練問題的安排是否科學(xué)，甚至問題評(píng)定的分?jǐn)?shù)是否合理，都會(huì)對(duì)受訓(xùn)者的訓(xùn)練產(chǎn)生重要影響。

3．訓(xùn)練考核子系統(tǒng)

訓(xùn)練考核子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)受訓(xùn)者進(jìn)行訓(xùn)練和考核。當(dāng)受訓(xùn)者進(jìn)入訓(xùn)練和考核子系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用模擬訓(xùn)練的具體情節(jié)和問題。受訓(xùn)者需要根據(jù)系統(tǒng)所顯示的問題做出相應(yīng)判斷、進(jìn)行組織的安排部署以完成答題操作[5]。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的記錄受訓(xùn)者的操作信息，并根據(jù)受訓(xùn)者進(jìn)行操作的時(shí)間和問題回答的情況，給出受訓(xùn)者的訓(xùn)練成績。如圖2所示即為消防模擬訓(xùn)練的考核系統(tǒng)界面。

圖2 訓(xùn)練考核子系統(tǒng)

4．場景制作子系統(tǒng)

訓(xùn)練場景的真實(shí)性直接影響著訓(xùn)練的最終效果。選擇訓(xùn)練場景時(shí)應(yīng)該注意場景的典型性，或結(jié)合地區(qū)實(shí)際和典型案例進(jìn)行，尤其要注意重點(diǎn)模擬對(duì)象或者高危生產(chǎn)工段的模擬設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按照?qǐng)D紙的比例實(shí)施，以確保場景的真實(shí)性?？紤]到軟件的兼容性問題，本系統(tǒng)在建模工作過程中采用了3D Studio Max和Auto CAD軟件。圖3所示為系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)，圖4所示即為設(shè)計(jì)的消防模擬訓(xùn)練場景。

圖3 系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

圖4 場景設(shè)計(jì)

5.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用Oracle數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)庫中主要保存訓(xùn)練場景的數(shù)據(jù)和受訓(xùn)者的訓(xùn)練記錄兩大類數(shù)據(jù)。

(二)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用B/S三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它將整個(gè)模擬系統(tǒng)從邏輯結(jié)構(gòu)上劃分為用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)層三個(gè)層次。

1.用戶層

用戶層是直接面向用戶、完成和用戶之間交互活動(dòng)的應(yīng)用層，它通常是通過在界面上合理設(shè)計(jì)一系列的操作控件來完成交互活動(dòng)。此外還負(fù)責(zé)接收從用戶發(fā)出的相關(guān)訪問請(qǐng)求并把結(jié)果反饋給用戶。

2.業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層位于用戶層和數(shù)據(jù)訪問層之間，是整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)業(yè)務(wù)邏輯處理活動(dòng)的中心環(huán)節(jié)，它負(fù)責(zé)計(jì)算和處理用戶發(fā)出的請(qǐng)求，并接收數(shù)據(jù)層傳回的數(shù)據(jù)。在目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該將模擬訓(xùn)練的可整合性、可操作性和可管理性作為重點(diǎn)進(jìn)行研究，此外，為了便于系統(tǒng)的后期維護(hù)工作，在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，每個(gè)功能模塊中都被添加了可自定義的和可增刪的功能，從而能夠在一定程度上保證系統(tǒng)的高度靈活性。

3.數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)訪問數(shù)據(jù)及執(zhí)行程序，當(dāng)邏輯層收到用戶的請(qǐng)求后，會(huì)對(duì)邏輯部分進(jìn)行分析和計(jì)算，并將需要數(shù)據(jù)層執(zhí)行的相關(guān)數(shù)據(jù)請(qǐng)求傳至數(shù)據(jù)層，由數(shù)據(jù)層調(diào)用相應(yīng)的 SQL 語句完成數(shù)據(jù)操作和使用，由于數(shù)據(jù)處理過程中系統(tǒng)的安全性和可靠性要求更高，因此需要配置一臺(tái)高性能的服務(wù)器來完成該層的高速數(shù)據(jù)處理工作[6]。

(三)遇到的難點(diǎn)

水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)過程中遇到了很多難點(diǎn)，比較重要的問題是系統(tǒng)復(fù)用設(shè)計(jì)要求高。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期就要求所有的模型及場景要能夠復(fù)用其他訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)要與其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一起進(jìn)行，做到符合《三維模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，此規(guī)范對(duì)演練算法、Agent模塊開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、演練管理、數(shù)據(jù)庫規(guī)范、3D場景坐標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等要素做出了具體規(guī)范。

四、結(jié)束語

綜上所述，設(shè)計(jì)基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程, 開發(fā)這一系統(tǒng)并積極應(yīng)用在各行業(yè)的模擬訓(xùn)練中將帶來廣泛的綜合性效益，基于網(wǎng)絡(luò)的模擬訓(xùn)練對(duì)于有效應(yīng)對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，提升訓(xùn)練效果具有重要意義。

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A Research on Constructing the Simulation Training System Based on Network

LUO Jian-wei

(DepartmentofBasicCoursesTeaching，TheArmedPoliceAcademy，Langfang，HebeiProvince065000，China)

It is important to give full play to advantages of the computer communication network and three-dimensional simulation technology in simulation training, saving the cost of training and at the same time ensure the training quality in the fields of military,fire control, social services and other industries to promote comprehensive training and management level. In this paper, the simulation training system is introduced, and through the study of the construction situation and experience of simulation training system, discusses the construction of the simulation training system under the network environment.

the network; simulation; systematic design

2014-10-16

駱建偉(1978— )，女，河北巨鹿人，副教授。

N39

A

1008-2077(2015)03-0064-04