大型特种车辆驾驶辅助训练与考核技术研究

刘旭宏 于传强 侯洪庆 苗倩 杨帆

关键词： 大型特种车辆; 驾驶训练; 考核评估; 辅助系统; 实战化训练; 虚拟现实

中图分类号： TN99?34; U471                     文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2019）05?0032?04

Research on driving auxiliary training and assessment technology of large special vehicle

LIU Xuhong1， YU Chuanqiang2， HOU Hongqing1， 2， MIAO Qian2， YANG Fan2

（1. The 96604 Army of PLA， Lanzhou 730102， China; 2. Rocket Force University of Engineering， Xian 710025， China）

Abstract： In order to solve the problems of low assessment level， single means and poor assessment result objectivity of driver training for large special vehicle， and meet the needs of large special vehicle for driver′s driving skills， the overall scheme of the driving training and assessment system for large special vehicles is constructed， the driving training and assessment subject are set， and the auxiliary system of driving training and assessment is proposed. The accuracy， objectivity and impartiality of the assessment and evaluation are improved， and the overall quality of the drivers of large special vehicles is enhanced from the source. The system provides a reference for the research on driving skill evaluation technology for large special vehicle drivers， and has important guiding significance for the construction of the training and assessment system for large special vehicle drivers.

Keywords： large special vehicle; driving training; examination and evaluation; auxiliary system; practical training; virtual reality

0  引  言

随着武器装备的不断发展，许多与大型装备相配套的大型特种车辆应运而生，增大了部队对大型特种车辆驾驶员的需求，特种车辆驾驶员在部队的作用和地位日益增大，搞好特种车辆驾驶员训练与考核已成为实现部队战斗力的重要保证[1?3]。现有的大型特种车辆驾驶员的培养周期长，培训方法存在体系不完善、科目不完整、培训手段单一，主要是短期培训、应急训练、以老带新的模式;在驾驶员训练考核和评估方面存在考核标准模糊、考核内容随机、考评缺乏数据支持等问题，极大地制约了大型特种车辆驾驶员的培训能力和效果，因此，有必要开展大型特种车辆驾驶员训练与考核评估技术的研究[4]。

为了满足大型特种车辆对驾驶技能的需求，针对现有培训手段单一，选拔、考核结果客观性差等问题，将信息科学手段引入到驾驶员培训过程，辅助完成各项培训任务，并对驾驶技能做出科学客观的评价。从构建大型特种车辆驾驶训练与考核评估系统总体方案、驾驶训练与考核评估科目、驾驶技能考核评估方法及驾驶训练辅助系统方案设计等四个方面开展研究，从而全面提升驾驶员训练、考核的科学性与有效性。解决大型特种车辆驾驶员的科学培训、客观考核问题，提高大型特种车辆驾驶员培训效率和效益，有效提升大型特种车辆驾驶員实战化训练水平，这对提升大型特种车辆快速可靠的机动能力具有重要的军事意义。

1  大型特种车辆驾驶训练与考核评估系统总体方案

大型特种车辆存在车体超长、超宽，整车质量大、重心高，转弯半径和扫过宽度大;定点停靠时间长、精度低、夜间停靠难度大的问题;在驾驶训练与考核过程中存在多辆车同时训练无法精确定位、缺乏科学的训练考核手段的问题。为扭转传统训练与考核的弊端，需采用现代技术手段研发大型特种车辆驾驶员训练与考核评估系统，旨在减少大型特种车辆训练考核中人为主观因素，提高考核评判的准确性、客观性和公正性，从源头上提高大型特种车辆驾驶员队伍的整体素质[5?6]。

针对大型特种车辆行车环境与要求，从理论学习、原理演示与讲解、模拟驾驶、辅助训练、考核评估等多种手段对驾驶员进行全面的培训与考核。通过深入研究和广泛调研，制定了大型特种车辆驾驶员训练与考核评估的整体技术方案，系统体系结构如图1所示。

驾驶训练与考核评估包括理论学习与考核、虚拟操作驾驶训练与考核、实装操作驾驶训练与考核三个子系统。通过不同阶段的学习、训练、操作与考核，使导弹发射车驾驶员的驾驶技能培训更加科学合理，考核更加准确、公正，提高导弹发射车驾驶员队伍的整体质量。

1.1  基于VR技术的车辆理论学习与考核子系统

随着虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）的广泛应用，将虚拟仿真技术与教学相结合的方法已逐步深入到实践教学中。通过研究设计大型特种车辆构造原理与虚拟拆装辅助示教系统，驾驶员通过该系统的操作，可便捷重复地开展车辆构造原理的学习和虚拟拆装，加深对零部件的构造、原理的学习与认识，可辅助驾驶员对拆装过程的理解和记忆，提升驾驶员培训的质量与效果[7]。

利用VR技术可以对学习场景、角色、情境等进行虚拟设计，结合各种有效的学习策略，有力地支持驾驶员的学习与培训效果。基于VR技术的发射车理论学习与考核方案如图2所示。

对于驾驶理论的考核可通过开发驾驶员理论考核系统，利用数据库相关技术实现车辆驾驶理论无纸化考核，并实现驾驶理论的浏览学习、模拟考试、培训考核等功能。

1.2  虚拟操作驾驶训练与考核子系统

车辆驾驶模拟器是一种能够比较逼真地模拟车辆运行状况，能够获得接近实车驾驶感受的系统设备，是一种典型的人在环路中的半实物仿真设备，是用于车辆新产品开发、交通行为特性、道路优化、不同驾驶者驾驶特性研究以及驾驶员培训的一种重要工具。因此，可将车辆驾驶模拟器相关技术引入到大型特种车辆的虚拟操作驾驶训练考核子系统中。

综合相关技术，虚拟操作驾驶训练与考核子系统主要由车辆动力学模型仿真系统、视景仿真系统、六自由度运动平台和考核评估系统组成。虚拟操作驾驶训练与考核方案如图3所示。

六自由度运动平台与视景仿真系统都作用于驾驶员，分别通过运动体感和视觉向其提供较为真实的驾驶感觉。驾驶员通过操作方向盘、油门踏板、制动踏板、离合踏板等人机交互设备对车辆动力学模型系统进行控制，利用车辆动力学模型计算求解车辆的实时运行状况，并将该数据实时传递给视景仿真系统，把车辆位姿信息经过体感滤波算法处理以后传递给体感运动模拟平台。这样就形成一个驾驶员操作到驾驶员对道路及车辆运行情况感受的驾驶仿真闭环，综合起来为驾驶员提供逼真的驾驶体验[8]。在系统中加入相关驾驶科目的训练与考核，通过科目考核评估系统评价科目的训练效果，实时给出考核成绩。

1.3  实装操作驾驶训练与考核子系统

针对大型特种车辆驾驶训练与考核中存在的问题，实装操作驾驶训练与考核方案可采用已应用于机动车驾驶考试系统的成熟技术。以北斗卫星定位技术为基础，融合组合导航技术、3D电子地图技术、信息融合技术、智能评判技术，研究能够满足大型特种车辆驾驶员训练与考核的高精度、全自动智能评判的驾驶训练与考核信息化管理系统方案。经调研论证，拟采用基于北斗/惯导组合技术的实装驾驶训练与考核系统方案，系统技术方案如图4所示。

系統由车载分系统、监控管理中心、无线网络、测绘分系统和科目场地分系统组成。

车载分系统安装在导弹发射车上，由北斗/惯导终端、音视频设备、车载工控机等设备组成[9?10]。

监控管理中心由计算机、北斗差分基站、有/无线网络、大屏幕显示等设备构成。考核监控软件运行在计算机上，全面管理驾驶员考核全过程，管理并维护所有分系统。北斗差分基站广播高精度的差分修正信息，通过无线网络传至车载分系统的北斗/惯导终端，修正北斗的定位精度。监控管理中心接收车载分系统传送的考核过程和评判结果数据，结合视频数据对考核过程进行监控。

无线网络是连接车载分系统和监控管理中心的纽带，根据场地不同、考核科目不同，无线网络可选择公共平台的3G/4G网络，也可建设独立的WiFi或独立无线数据传输网络方式。

测绘分系统包括测绘基准站、测绘移动站、后处理软件、测绘量具等。该分系统一方面完成场地地图的测绘，另一方面完成虚拟传感器标识测绘，同时还完成考核车辆的轮廓测绘。测绘精度越高自动评判的准确度就越高。测绘分系统是整个考核系统的保障系统，用于建立场地、虚拟传感器、车辆轮廓三者的空间关系。

2  大型特种车辆驾驶训练与考核科目设置

在进行大型特种车辆驾驶训练与考核评估系统设计时需要对训练场地、训练科目内容、训练等级难度等进行较为完善的设置，使系统能真正起到对驾驶员进行全面训练，提高驾驶技能和培训效果进行科学的评判。

根据大型特种车辆驾驶中存在大型特种车辆体积大、扫过范围宽、在狭窄路段通过能力差等问题，本文项目拟设置窄路行车、直角转弯、“S”形道路行车、有障碍限制路行车、进出车库、定点对中、定位定向等科目，全面考核驾驶员对车辆前、后、左、右空间位置的判断能力和准确度。大型特种车辆驾驶训练与考核科目如图5所示。

定點对中针对的是定点停靠问题，而在铁路装卸载时，特种车辆与铁路平板车两者之间中轴线的平行度和偏差有严格的要求;车辆的定位定向科目是针对特种车进场路线和定位精度要求比较严格时的训练。通过上述针对性训练考核科目以及基础训练科目的设置，可全面提升驾驶员的驾驶训练技能，满足实际作战的需求。

3  驾驶训练考核辅助系统方案设计

驾驶训练考核辅助系统是车载信息处理终端，是针对导弹发射车的驾驶技能进行训练与考核的应用系统。随着北斗卫星导航技术的发展，已在各行业得到了广泛的应用，同时GIS技术也具有较强的空间数据统计、分析功能，已开始应用于驾考系统。基于这样的研究背景，提出集北斗、惯导、GIS技术及考核自动评判于一体的导弹发射车驾驶训练考核辅助系统设计方案，如图6所示。

车载终端系统安装在导弹发射车上，由北斗/惯导终端、音视频设备、车载工控机等设备组成。其中北斗/惯导终端是核心设备，用于测量车辆精确的位置信息、速度、方向等数据。在此基础上，融合惯性IMU测量单元的数据，可有效提高恶劣环境下北斗高精度定位定向接收机的抗干扰能力，准确测定考试车辆的运动姿态。北斗/惯导终端通过嵌入GIS电子地图和考核评估软件可实时报告考核项目的结果。这些结果一方面通过语言播报对驾驶员进行提醒，另一方面通过串口或网络传输给车载工控机，相关数据信息还可通过车载无线网络实时传送至监控中心[11]。

驾驶训练考核车载终端设计的关键是硬件设备采集信息融合、特种车辆考核科目GIS电子地图的制作、驾驶训练考核科目评判知识库的制定。

大型特种车辆驾驶员驾驶技能智能评判是一个基于多源信息的多属性决策问题，在研究过程中必须解决两个问题：一是如何有效利用多源信息;二是评估模型的设计及优化方法。根据相关资料显示，驾驶员的驾驶行为与道路交通事故有密切关系，安全驾驶行为标准也逐步成为智能驾考系统的规范。基于以上分析，拟从驾驶科目考核评估、驾驶行为考核评估两方面开展特种车辆驾驶技能考核评估技术的研究，综合分析确定用于驾驶员考核评估的指标参数。

4  结  语

大型特种车辆的可靠、快速、机动能力在很大程度上取决于驾驶员的驾驶技能，高超的驾驶技能是车辆可靠、快速、机动的基础和保证。加强大型特种车辆驾驶员驾驶技能的训练是提高作战保障力生成的迫切需要，开展大型特种车辆驾驶训练与考核方法的研究，提升大型特种车辆驾驶员的驾驶技能，对于提高大型特种车辆的可靠、快速、机动能力，促进战斗力的快速生成等具有重要意义。

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