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        警察武力執(zhí)法的虛擬仿真系統(tǒng)平臺開發(fā)研究

        2020-11-13 03:31:00張帥奇
        自動化儀表 2020年10期
        關(guān)鍵詞:武力手槍虛擬現(xiàn)實(shí)

        張帥奇

        (陜西警官職業(yè)學(xué)院警體部,陜西 西安 710023)

        0 引言

        警察武力執(zhí)法是一種打擊違法犯罪行為的強(qiáng)制性手段。由于武力訓(xùn)練存在一定的高風(fēng)險性,目前執(zhí)法訓(xùn)練基于基礎(chǔ)訓(xùn)練,難以進(jìn)行復(fù)雜壓力環(huán)境下的實(shí)戰(zhàn)演練和戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練[1-3]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,為警務(wù)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練提供了重要的技術(shù)補(bǔ)充手段。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬警情環(huán)境,輔助警務(wù)人員進(jìn)行更具針對性、科學(xué)性的實(shí)戰(zhàn)演練[4-6],不僅降低了實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練的風(fēng)險性、提升了交互職能性,同時構(gòu)成了“三位一體”的仿真教學(xué)模式,提升了警察武力執(zhí)法質(zhì)量和執(zhí)法綜合水平[7-9]。本文結(jié)合我國法律規(guī)范,基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)警察武力訓(xùn)練系統(tǒng),以提高警察武力培訓(xùn)效果、增強(qiáng)警察執(zhí)法歸范性,開創(chuàng)了警察武力使用訓(xùn)練新模式。

        1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

        1.1 系統(tǒng)功能需求

        根據(jù)警察在武力實(shí)戰(zhàn)及訓(xùn)練需求分析,仿真系統(tǒng)采用多層級、模塊化、松耦合原則進(jìn)行設(shè)計(jì),要求虛擬仿真系統(tǒng)必須做到虛擬化、場景化、實(shí)戰(zhàn)化,實(shí)現(xiàn)仿真訓(xùn)練可記錄和考評功能。

        虛擬情境是進(jìn)行武力訓(xùn)練的主要空間。對于虛擬情境的仿真,首先是根據(jù)訓(xùn)練內(nèi)容的差異,通過虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)建訓(xùn)練環(huán)境,滿足學(xué)員不同操作需求[10]。當(dāng)學(xué)員進(jìn)入構(gòu)建的仿真環(huán)境中,通過高度交互感來提升警務(wù)技能。警械武器仿真主要對執(zhí)法過程中采用的催淚噴射器、手銬、警棍等實(shí)物建立精確的仿真模型。在實(shí)際執(zhí)法過程中,由于執(zhí)法對象、環(huán)境等不確定性,要求平臺具有較強(qiáng)編輯能力,以滿足場景多變性。同時,平臺對訓(xùn)練全程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和影像進(jìn)行記錄保存,讓學(xué)員能及時發(fā)現(xiàn)問題并糾正;對一些量化指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和處理和智能化評定,生成學(xué)員報告,對訓(xùn)練報告進(jìn)行分析并不斷優(yōu)化評定標(biāo)準(zhǔn)。

        1.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        根據(jù)上述系統(tǒng)功能需求分析,將系統(tǒng)分為管理子系統(tǒng)、虛擬仿真訓(xùn)練、功能模塊。各模塊采用內(nèi)部服務(wù)器相互連通。

        仿真訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

        圖1 仿真訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架Fig.1 Structure framework of simulation training system

        管理控制子系統(tǒng)作為總中樞,需要滿足情景構(gòu)建的基本需求,包括對模塊的優(yōu)化、提供便利的交互性界面等功能;有功能模塊構(gòu)建仿真場景,通過輸入終端獲得學(xué)員動作滿足情境交互。實(shí)時調(diào)整模塊中,一方面基于大數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行訓(xùn)練場景的設(shè)置,另一方面根據(jù)警情特征進(jìn)行優(yōu)化,保證貼近實(shí)戰(zhàn)。交互界面通過終端交互界面進(jìn)行信息的交互。

        1.3 軟件支持

        仿真訓(xùn)練系統(tǒng)軟件層采用四層體系結(jié)構(gòu),分為系統(tǒng)軟件層、基礎(chǔ)平臺層、應(yīng)用層和用戶管理層。仿真訓(xùn)練系統(tǒng)軟件框架如圖2所示。

        系統(tǒng)軟件層作為軟件運(yùn)行基礎(chǔ),包括系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫軟件。本文仿真訓(xùn)練采用WindowsXP操作系統(tǒng),MySQL數(shù)據(jù)庫管理軟件。用戶層主要包括操作接口和應(yīng)用界面,為學(xué)員和教官提供各功能模塊的通道入口。應(yīng)用層分為管理層和應(yīng)用軟件層,包括系統(tǒng)的控制管理軟件(如運(yùn)營軟件、加密軟件、檢測修復(fù)軟件等),以及應(yīng)用軟件(如訓(xùn)練軟件、情境構(gòu)建軟件、教學(xué)軟件等)?;A(chǔ)平臺層是系統(tǒng)的核心,由數(shù)據(jù)庫和虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫保存用戶數(shù)據(jù)、學(xué)員訓(xùn)練數(shù)據(jù)、考評數(shù)據(jù)。虛擬開發(fā)環(huán)境則是通過編程開發(fā)構(gòu)建虛擬情境和實(shí)物,并存入資源庫。其一方面提供各類情境模型,另一方面提供虛擬模型的編輯和修改。

        1.4 硬件系統(tǒng)

        仿真訓(xùn)練系統(tǒng)硬件系統(tǒng)包括建模設(shè)備、交互設(shè)備和通用設(shè)備。建模設(shè)備主要為構(gòu)建模型的應(yīng)用軟件和工具,包括實(shí)時三維空間重構(gòu)設(shè)備和3D掃描儀等。

        交互設(shè)備主要提供人機(jī)交互互聯(lián)工具,包括仿真模擬警械武器、數(shù)據(jù)包、動作捕捉設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、力反饋震動馬甲等。通用設(shè)備主要為系統(tǒng)應(yīng)用提供服務(wù)設(shè)備,包括顯示屏、服務(wù)器、感應(yīng)器、視頻監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)、路由器等。

        圖2 仿真訓(xùn)練系統(tǒng)軟件框架Fig.2 Software framework of simulation training system

        2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

        2.1 教學(xué)模塊

        根據(jù)我國警察武力使用情況,建立“基本訓(xùn)練、判定訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練”的“三段式”仿真訓(xùn)練模塊,形成由低到高、由簡單到復(fù)雜的客觀學(xué)習(xí)規(guī)律。在訓(xùn)練模塊中,武力課程包括語言、徒手、武器等基本動作和操作,以及情境訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用等?!叭问健蔽淞τ?xùn)練模式如圖3所示。

        圖3 “三段式”武力訓(xùn)練模式示意圖Fig.3 “Three-stage” force training model

        在“三段式”警察武力仿真訓(xùn)練中,第一階段為基本訓(xùn)練。該階段主要學(xué)習(xí)理論、動作、技能基礎(chǔ),掌握警務(wù)戰(zhàn)術(shù)、法律知識體系。武力使用判定訓(xùn)練主要結(jié)合基礎(chǔ)訓(xùn)練理論知識和動作技能,培養(yǎng)經(jīng)常執(zhí)法思維,滿足現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下的快速反應(yīng)。戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練則是在基本訓(xùn)練和判定訓(xùn)練基礎(chǔ)上的綜合應(yīng)用。通過虛擬場景下的武力使用和戰(zhàn)術(shù)對抗,能夠滿足復(fù)雜環(huán)境下的虛擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練和考評,提升警察思維和心理能力,提高執(zhí)法水平。

        2.2 信息采集和考評模塊

        信息采集模塊采集和儲存相關(guān)數(shù)據(jù)信息,包括學(xué)員執(zhí)法語言、武力動作、槍支彈點(diǎn)坐標(biāo)等,以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練的可視化記錄。同時,該模塊將采集的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較,生成判定報告,以保證訓(xùn)練實(shí)效性。

        考評模塊是在原始標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、能力參數(shù)和實(shí)際信息采集模塊基礎(chǔ)上建立的考核評判模型。其主要通過分析信息采集數(shù)據(jù),對武力執(zhí)法過程中的語言、武器應(yīng)用、制暴手段等進(jìn)行實(shí)時考核,并對壓力環(huán)境下訓(xùn)練者所表現(xiàn)的戰(zhàn)術(shù)意識進(jìn)行評估。

        2.3 大數(shù)據(jù)分析模塊

        大數(shù)據(jù)分析模塊將訓(xùn)練過程中的觀測數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,以豐富武力使用訓(xùn)練對比數(shù)據(jù)、提升學(xué)員訓(xùn)練效果。仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中可對該類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以制定訓(xùn)練量化指標(biāo)和方案。此外,大數(shù)據(jù)模塊對多元數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析,發(fā)現(xiàn)功能模塊缺陷,進(jìn)一步對平臺優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更新升級。

        3 訓(xùn)練系統(tǒng)功能應(yīng)用

        3.1 基本訓(xùn)練的應(yīng)用

        基于情境認(rèn)知理論,應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展警察武力執(zhí)法訓(xùn)練,將虛擬情景與傳統(tǒng)講述結(jié)合,對“三段式”的基本訓(xùn)練階段進(jìn)行訓(xùn)練,主要包括語言控制、徒手控制、催淚噴射器、伸縮警棍、手槍使用的基本訓(xùn)練。

        以手槍使用訓(xùn)練為例。其目的是通過虛擬情境訓(xùn)練,讓參訓(xùn)者掌握手槍使用的基礎(chǔ)知識,并規(guī)范射擊姿勢、持槍戒備等基礎(chǔ)動作。在訓(xùn)練過程中,建立虛擬情景展示手槍構(gòu)造。

        通過展示手槍擊發(fā)全過程,使學(xué)員對槍械發(fā)射原理、發(fā)射流程,彈道學(xué)理論、瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇進(jìn)行可視化學(xué)習(xí)。隨后,通過虛擬情境,展示手槍各項(xiàng)操作。完成理論教學(xué)后,通過虛擬交互設(shè)備,練習(xí)手槍的基本操作動作,經(jīng)考核合格后執(zhí)行下一步訓(xùn)練。系統(tǒng)儲存的課件以視頻方式了解手槍射擊應(yīng)用技術(shù),包括出槍收槍、持握姿態(tài)、概略瞄準(zhǔn)等。教官可通過課件在虛擬情境中展示手槍處置警情案例,講解手槍使用操作流程、法律規(guī)范和射擊注意事項(xiàng)等理論知識,并利用系統(tǒng)對學(xué)員操作流程進(jìn)行考核。對于未通過考核學(xué)員,通過系統(tǒng)分析評估,尋找到手槍訓(xùn)練過程中的弱項(xiàng),并進(jìn)行針對性改進(jìn)。

        手槍訓(xùn)練基本動作如圖4所示。

        圖4 手槍訓(xùn)練基本動作Fig.4 Basic action of pistol training

        3.2 判定訓(xùn)練的應(yīng)用

        警察使用武力是基于法律框架下執(zhí)行的,因此根據(jù)實(shí)際警情把握武力使用程度,要求警察具備良好的判定能力。根據(jù)我國目前實(shí)際警情以及相關(guān)操作規(guī)程,對警察使用武力等級進(jìn)行劃分,確定適當(dāng)?shù)木煳淞κ褂贸潭取T诜抡孢^程中,判定不同等級的違法抗擊行為情境,并作出相應(yīng)的武力處置。隨著武力對抗的升級,涉及的武力使用手段也越多。因此,在判定武力使用訓(xùn)練時要按照由簡單到復(fù)雜順序,對武力使用方法進(jìn)行判定訓(xùn)練。基于武力使用等級,設(shè)置六類典型的虛擬情境,并針對不同等級暴力抵抗行為制定武力使用手段,以提升學(xué)員判定決策能力[11]。武力控制情境如表1所示。

        表1 武力控制情境表Tab.1 Situation table of force control

        3.3 戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的應(yīng)用

        戰(zhàn)術(shù)階段訓(xùn)練中,采用單一場景或復(fù)雜武力使用模擬訓(xùn)練對參訓(xùn)人員進(jìn)行模擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練和綜合考核,提升執(zhí)法水平。如針對復(fù)雜場景下武力等級變化下的虛擬警情處理。以下為一起模擬不同執(zhí)法等級下的徒手強(qiáng)硬抵抗情境。首先,在虛擬情境展現(xiàn)徒手強(qiáng)硬抵抗情境。訓(xùn)練者優(yōu)先采用催淚噴射器制止犯罪人員。訓(xùn)練過程中,虛擬情境出現(xiàn)多種變化,執(zhí)法對象可能改變攻擊意圖,采取其他行事攻擊。當(dāng)犯罪人由徒手強(qiáng)硬抵抗改為持刀或持槍意圖攻擊,參訓(xùn)學(xué)員需要由使用催淚噴射及時改為槍械控制。參訓(xùn)學(xué)員完成不同虛擬環(huán)境下的模擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練后,系統(tǒng)記錄全部訓(xùn)練信息,并基于大數(shù)據(jù)分析模塊對學(xué)員進(jìn)行考核,尋找其中的訓(xùn)練弱項(xiàng),有針對性地改進(jìn)訓(xùn)練計(jì)劃,直至學(xué)員訓(xùn)練合格。

        4 結(jié)論

        武力執(zhí)法是公安機(jī)關(guān)打擊犯罪行為的有效強(qiáng)制手段,直接關(guān)系到行為人身安全和法律尊嚴(yán)。近年來,警務(wù)執(zhí)法過程中出現(xiàn)的不會、不敢和不能使用武器的情況,已成為制約執(zhí)法規(guī)范化和實(shí)戰(zhàn)化重要瓶頸??茖W(xué)、合理地開展警察武力使用執(zhí)法,成為警察實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練重要課題。虛擬仿真技術(shù)的警察武力執(zhí)法實(shí)訓(xùn)平臺具備逼真性、風(fēng)險可控和實(shí)施交互性。本文將模擬訓(xùn)練和考核評估融合,建立“教、學(xué)、練、戰(zhàn)”一體實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練模擬,建立基礎(chǔ)訓(xùn)練、判定和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的“三段式”武力訓(xùn)練框架。同時,對警察武力執(zhí)法虛擬仿真平臺采用“漸進(jìn)式”教學(xué)模式,通過個性化與系統(tǒng)性相耦合射擊,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的模擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練和綜合考核,提升了執(zhí)法水平。

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