智麗娜　韓曉東

摘 要： 介紹了虛擬現(xiàn)實技術在國內外煤礦安全培訓中的應用現(xiàn)狀，以及仿真技術與虛擬現(xiàn)實技術結合使用的發(fā)展趨勢。將模擬仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術應用于安全培訓工作中，能使煤礦安全培訓工作不受時間、空間、經費的限制。利用虛擬仿真教學系統(tǒng)進行分析講解時，易于被不同文化層次的人員接受和理解，對于提高安全培訓效果和質量具有一定的應用價值。

關鍵詞： 虛擬現(xiàn)實技術； 模擬仿真技術； 煤礦安全培訓； 虛擬仿真教學系統(tǒng)

中圖分類號：TD79.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）09-67-02

Abstract： This paper introduces the current situation of virtual reality technology application in coal mine safety training at home and abroad， and the development trend of simulation technology and virtual reality technology. The application of simulation technology and virtual reality technology in the safety training work can make the coal mine safety training work get rid of the time， space and funding constraints. When using the virtual simulation teaching system to analyze and explain， it is easy to be accepted and understood by the personnel at different cultural levels， which has certain application value for improving the safety training effect and quality.

Key words： virtual reality technology； simulation technology； coal mine safety training； virtual simulation teaching system

0 引言

虛擬現(xiàn)實技術應用領域和交叉領域非常廣，幾乎到了無所不包，無孔不入的地步，虛擬技術戰(zhàn)場環(huán)境如：虛擬現(xiàn)實作戰(zhàn)指揮模擬，飛機、船舶、車輛虛擬駕駛訓練，飛機、導彈、輪船與轎車的虛擬制造，虛擬現(xiàn)實建筑物的展示與參觀，虛擬現(xiàn)實手術培訓，煤礦安全生產虛擬仿真訓練，電力安全仿真培訓系統(tǒng)，安全仿真訓練系統(tǒng)等。它的發(fā)展，從根本上改變了人們的工作方式和生活方式，有可能將勞和逸真正結合起來，讓人們在享受環(huán)境中工作，在工作中得到享受。

煤礦生產是在復雜的自然條件下從事煤炭開采，五大自然災害時刻威脅著煤礦的安危。煤礦災害事故還不能得到有效的控制，給國家和人民的生命財產造成巨大損失。事故發(fā)生原因有煤礦生產自然條件和人的安全意識行為兩個方面的原因，但主要根源在于職工的安全意識淡漠和安全技能素質低下。面對嚴峻的煤礦安全形勢，目前急需加大科技投入，改變煤礦的不安全狀況。按照國家有關法律法規(guī)對職工的生產行為進行規(guī)范，加強煤礦安全技術培訓工作，強化職工安全意識。煤礦虛擬仿真教學系統(tǒng)的開發(fā)，主要是為了提高職工安全培訓效果，使整個學習培訓過程更加生動有效。

1 虛擬現(xiàn)實技術在國內外煤礦安全培訓中的現(xiàn)狀

英國諾丁漢大學[1-3]最早應用虛擬現(xiàn)實技術于礦山企業(yè)安全培訓項目，并最早開發(fā)了稱為“革命性”的安全培訓軟件，主要應用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，同時還用于類似以往的虛擬事故的防治，修改的虛擬環(huán)境用于評估潛在的防治策略的正確性和合理性。

中國科學技術大學、中國礦業(yè)大學（北京）[4-7]、東北大學、太原理工大學等高?？蒲性核矊μ摂M現(xiàn)實技術在礦井生產環(huán)境和災害表現(xiàn)等方面進行了初步探討，在礦井環(huán)境的三維建模以及爆炸、燃燒、煙霧的生產和表現(xiàn)技術上有了一定的成果，主要應用于煤礦事故場景模擬、事故匯報和煤礦安全培訓等。

2011年7月，澳大利亞新南威爾士州紐卡斯爾（Newcastle）礦山救護站成為新南威爾士州4個礦山救援培訓中心中第一個升級到等級三弟啊虛擬現(xiàn)實技術的培訓中心。紐卡斯卡礦山救護站站內擁有直徑為10m的3D立體環(huán)幕視景仿真環(huán)境，120㎡的屏幕可以實現(xiàn)360?視覺沉浸感，讓學員體驗玩去身臨其境的礦山環(huán)境。該救護站可以同時容納15～20名學員進行虛擬礦山進行安全培訓。

北京金視和科技有限公司利用現(xiàn)代高科技成果，根據(jù)國內虛擬現(xiàn)實行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，自主研發(fā)了一系列用于不同行業(yè)的虛擬現(xiàn)實解決方案產品。煤礦安全生產仿真系統(tǒng)以《煤礦新工人崗前安全培訓教材》大綱為基礎架構，嚴格按照教材中的內容進行創(chuàng)作，保證了培訓知識的準確無誤。并且具有極強的可復制性，全國各地所有的煤礦都可以直接應用。其中，對于重點的知識信息，還聘請了專業(yè)的播音員進行聲音的錄制，讓整個培訓過程從視覺、聽覺和操作等多個方面同時進行。該系統(tǒng)以全新的虛擬現(xiàn)實和三維仿真技術為基礎，結合真實的井下環(huán)境，核心研發(fā)團隊對國內山西省、內蒙古自治區(qū)、山東省等地煤礦進行了為期幾個月的井下環(huán)境采集，利用虛擬現(xiàn)實技術構建出一個帶有物理規(guī)則和災害推演規(guī)則的三維場景。場景可以模擬災害發(fā)生時的地形，建筑，物品設施，人物角色，次生災害（爆炸，火災，水災和有毒煙霧）和天氣（雨，雪）等三維表現(xiàn)以及災難現(xiàn)場發(fā)出的聲音，整個場景是在災難事件規(guī)則，推演規(guī)則和物理規(guī)則的作用下運行，使體驗者產生親臨災害發(fā)生地的感覺，并在教學培訓系統(tǒng)的指導下正確的對災害實施救援或者正確的規(guī)避災害事故。endprint

2 傳統(tǒng)煤礦安全培訓形式與虛擬仿真教學系統(tǒng)對比

目前我國煤礦行業(yè)安全培訓模式和培訓手段仍然處于落后狀態(tài)，遠遠落后于科技進步的步伐。培訓手段是決定教學效果的重要因素，傳統(tǒng)的培訓方式存在的缺陷主要表現(xiàn)在以下方面。

⑴ 課堂理論教學：內容抽象、枯燥、理論與現(xiàn)場脫節(jié)、培訓效果差；

⑵ 實驗教學（主要指模型教學）：成本高、教學效果不明顯、不易于煤礦企業(yè)自行開展周期性的培訓工作；

⑶ 電化教學：缺乏雙向交流、教學手段單一、很多場面無法真正實現(xiàn)。

虛擬仿真教學系統(tǒng)緊緊圍繞著煤礦安全生產，搭建了完整的、系統(tǒng)的、可視化的應用平臺。該系統(tǒng)由兩大部分構成，分別為理論培訓和實戰(zhàn)操作培訓，提供基于虛擬現(xiàn)實的人機交互演練，大幅度提升學員的實際操作能力和安全防范意識。功能不僅包括五大自然災害，還包括煤礦三大基本采煤方式及事故自救與互救等。以三維立體化的方式呈現(xiàn)，以三維空間為基礎，以設備、設施為元素，將巷道現(xiàn)狀制成專業(yè)模塊便于操作演示。工作人員利用做好的三維立體模塊，模擬事故現(xiàn)場并開展各種預案推演，現(xiàn)場模擬，并能夠進行仿真教學培訓。

虛擬仿真教學系統(tǒng)開發(fā)周期短，煤礦井下環(huán)境大同小異，基本都是巷道布局的變化，該教學系統(tǒng)可以根據(jù)市場反饋信息快速改進。目前市場的培訓類產品大多是傳統(tǒng)的多媒體形式，內容一成不變，形式枯燥乏味，已經成為安全培訓過程當中走過場的環(huán)節(jié)。煤礦虛擬仿真教學系統(tǒng)全新的虛擬現(xiàn)實和三維仿真形式，能給用戶帶來身臨其境的感受，仿佛置身井下巷道之中，所有的設備和環(huán)境都立體的呈現(xiàn)在眼前，真實的帶入感結合標準的培訓內容。交互式操作方式能讓體驗者更加深刻的學習安全培訓知識。

3 結束語

為了更好地開展煤礦安全培訓工作，適應形勢的發(fā)展，必須要提高煤礦安全教學工作質量，創(chuàng)新煤礦安全培訓方法。將模擬仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術應用于煤礦安全培訓工作中，不僅可以降低煤礦事故高傷亡率和高損失率，而且能夠降低安全培訓成本，使煤礦安全培訓工作不受時間、空間、經費的限制。該培訓模式對于提高安全培訓效果和質量具有一定的應用價值。

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