基于VR技术的高铁动车组应急处置技能仿真训练系统研究*

李培锁

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

随着科技的进步，高铁因为其速度快、舒适度高等特点成为了人们出行的主要交通工具之一。在行驶过程中车辆可能会遇到突发事件，如火灾、冰雪、空调等引起的问题[1]。为了保证乘客的人身和财产安全，工作人员需要进行应急处置训练。但是传统的训练是在结合书本搭建的场景中进行，场景与实际存在差距，因此虚拟现实（Virtual Reality，VR）身临其境的逼真体验进入人们的视野。

1 高铁动车组应急处置相关介绍

1.1 目前高铁动车组应急处置存在的问题

乘坐高铁动车组成为人们出行常用的交通方式，但是在出现问题时的应急处置还存在一定的问题。第一，应急处置体系不健全，高铁发展迅速，但是与之相匹配的应急处置却发展缓慢，在面对重大突发的高铁动车组问题事件时，各部门相互协调工作能力较差，不能及时准确地开展救援工作，导致人身伤害和财产损失。除此之外，应急处置设备落后，在发生事故时并不能起到很好的作用，各部门沟通存在问题，不能有效协调地开展救援工作，应急处置并没有达到理想效果，且延长了救援时间，导致损失增加[2]。第二，应急处置训练不到位，高铁动车组的安全教育是不能忽视的，在发生事故时，损失巨大，后续维修费用高昂，因此如何有效地在事故发生时及时止损是必须要考虑的事情。目前的高铁动车组相关安全教育还是存在缺陷，并没有做到很好的宣传，导致人员从意识上不重视，并且在培训过程中也没有做到很好的模拟效果，与实际工作中的困难处境有一定差距，导致在面临实际灾难的时候应急处置做得不到位，没有有效控制灾难范围、安抚乘客情绪等，造成了不必要的损失[3]。

1.2 我国高铁动车组应急演练现状

在发现存在上述问题之后，为了提高高铁动车组工作人员的工作能力和心理素质等，各单位专门设立了应急演练教学部门，对工作人员的应急处置能力进行培养和提升。但是在事故发生时，需要各个部门如车务、机务等共同合作，并且还需要消防队等协助开展救援，因此单方面的训练并不能满足实际应急处置需求。目前，我国的高铁动车组应急处置培训还在发展过程中，已经有超3 000个场景的演练，并且针对各个故障类型已经有了相应的处置能力，但是培训场景与实际存在一定差距，还需要进一步提高，并且场景搭建等花费的资金也是巨大的。VR技术为我国目前的应急处置技能训练中场地、仿真等问题提供了有效的解决方法[4]。

2 V R相关介绍

2.1 VR的发展及现状

随着VR技术的不断发展，其在视、听、触等多方面的发展也在逐渐完善。美国一项利用VR技术发明的可以跟踪眼球的技术，结合人在看东西时的扫视抑制现象，满足了人们在虚拟场景中也可以有真实行走的感觉，除此之外，在VR设备中设置了立体声效果，使得虚拟场景中的模拟音效更加真实和自然。不仅如此，在触觉上为了追求真实感对设备的重量进行优化，以此来满足更加真实的触觉体验。

我国的VR技术也在上升过程中，但是还存在很多问题，例如对于产品的高品质追求还需提高，VR的内容开发较少，还需丰富，设备繁杂并不能很好地拟真等等。近几年随着5G技术的日益成熟，VR产业获得了新的发展机遇。2019年1月，中国电信在深圳圆满完成了央视春晚特别节目的5G网络VR现场连线直播，这是春晚首次实现VR超高清视频内容的5G传输。VR技术已经不仅仅是一个名词、一项先进技术，而是逐渐深入到人们的日常生活中，成为人们生产生活密不可分的助手[5]。

2.2 VR的关键技术

VR的关键技术主要涉及两种，其一是数据的采集和数据传输的优化，在VR中数据的采集很重要，能有效帮助人们在使用VR过程中提升体验的真实感。数据获取主要通过直接采样技术，例如在获取火焰等类型的数据时，通常使用全向相机对图像进行获取，可以保证其高动态多维度呈现。在数据获取之后需要进行传输，在数据发送之前需要计算其传输概率，然后计算在可能涉及到的节点上可以进行转发的概率，最后将数据传输到转发概率大的节点中，从而保证数据传输的成功概率。数据传输中的功耗、延迟等因素是目前VR技术主要研究内容。其二是VR在使用过程中实现交互模拟和情景实时展现，其中包括触/力觉反馈技术，通过反作用力使得VR可以模拟出人在碰触到运动的物体时的力觉真实体验，通过触觉的反馈模拟人碰触到物体时反馈给人真实在碰触物体的虚拟触感。另外，通过跟踪定位的方式，人们在使用VR过程中可以感受模拟情景的变化，并且通过渲染技术保证情景的拟真性[6]。

2.3 VR在高铁动车组应急处置领域的应用前景

在技术飞速发展的今天，高铁动车组已经成为人们出行的主要选择之一，在使用过程中的应急处置也变得越来越重要，只使用纸质书本等对工作人员进行培训可能存在“纸上谈兵”的情况，在实际运用过程中并不能起到很好的作用。但是随着VR技术的日益成熟，可以将VR技术应用到高铁动车组应急处置领域，帮助工作人员进行训练实践。通过VR技术模拟高铁动车组运行过程中可能出现的紧急情况，并通过VR技术帮助工作人员进行处置，同时记录人员在其中的表现，帮助其在后期进行查询、总结和改进，并且还可以很方便地进行多次训练。除此之外，通过VR技术的使用，可以针对多种应急情况进行模拟，省去了现实中布置场景等步骤，省时省力，节约成本。VR技术将会使得高铁动车组工作人员在应急处置训练中有更好的表现[7]。不仅可以使工作人员在遇到紧急情况时能够冷静妥善处理，还可以对处理过程中发现的问题进行改进，并且通过查看记录可以让工作人员共同研究共同进步。

3 高铁动车组应急处置技能仿真训练系统

3.1 火灾应急处理仿真训练系统

高铁动车组在运行过程中处于封闭状态，如果发生火灾，乘客很难快速转移，救援难度大。因此，可通过VR技术帮助高铁动车组模拟火灾发生的情景，帮助工作人员熟练掌握在火灾发生时如何进行应急处置。首先，通过VR技术帮助工作人员在面对火灾时熟悉各自的工作，防止出现慌乱导致工作不到位情况，增加乘客的心理恐慌感。其次，组长可以在VR技术的帮助下熟练掌握指挥步骤，将火情有效控制在一定范围内，为车上人员增加生存空间，并且为消防队的灭火工作减轻压力。再次，VR技术可以帮助各个工作人员熟知在火灾到来时自己的工序，如列车员打开警报开关，然后告知高铁动车组司机和组长火情发展状况，帮助他们了解当前列车状况，与此同时，VR技术模拟训练可以帮助组长等人及时向总指挥中心准确汇报火灾状况，等待救援到来。最后，通过VR技术的模拟训练能够帮助工作人员熟练掌握如何疏散乘客，并且掌握相应的火灾抢救方法，尽可能在消防队赶到之前将危险降到最低[8]。

通过VR技术可以模拟在不同地点发生的火灾及不同的灭火方法。在开敞地段发生火灾时，通过VR技术对高铁动车组内的火灾进行模拟，工作人员对灭火步骤进行演练，并且在火势不能控制时练习如何疏散乘客，使乘客保持50 m以上的防火间距。通过VR训练制动措施，防止在火灾车厢分离之后列车溜逸。除此之外，通过VR模拟现场训练工作人员准确报告现场情况，保证其他部门可以以最快的速度展开救援行动。当高铁动车组火灾发生在桥梁处时，训练工作人员及时通过救援机车将着火车厢和正常车厢分离，尽快完成事故路段的正常通车，同时也要保障救援车辆的安全。如果火灾发生在隧道中，由于该类地点不利于烟雾等的排出，乘客可能情绪波动较大，通过VR技术使工作人员熟练掌握安抚乘客以及疏散乘客等工作技能，尽最大可能减少损失[9]。

3.2 风雪应急处理仿真训练系统

在冬季风雪天气中，高铁动车组行驶速度较快可能会导致被卷起的风雪在车辆底部形成冰雪层，造成转向等关键部分出现问题。另外，冰雪层掉落会导致车辆部件的使用受到影响甚至部件损坏，严重影响车辆行驶安全。通过VR技术对风雪天气状况和车辆行驶状况进行模拟，在模拟过程中紧急启用应急处置方法，对列车进行降速，防止车速过快导致风雪卷起形成冰雪层，各部门安排相应人员和装置进行融雪。随车机械师在VR场景中练习相应技能，在发现车辆有异常晃动、异常声音或者电流出现问题时，及时和司机进行沟通，降低车速，防止车轮被擦伤，并使用空气制动保障制动夹钳可以正常使用[10]。

4 结束语

高铁动车组在行驶过程中可能发生不同的紧急状况，需要工作人员应急处置，但是由于经验不足等导致的应急处置不到位，可能会造成人员伤亡等。但是随着VR技术的不断完善，利用VR技术建立虚拟环境下的高铁动车组应急处置技能VR虚拟实训系统，能把高铁乘务实训中抽象的及难以用一般自然手段表现的概念直观形象地表现出来，为学生创造逼真而灵活的实训环境，这提高了实训教学的安全性、实效性及直观性，降低了实训的耗材成本及难度，同时也有效地解决了当前实训设备、场地、资金不足等问题。建设高铁动车组应急处置技能VR虚拟实训系统，虚实结合开发生产性实践教学模式，为学生创造仿真工作环境，可以进一步提高学生的职责意识和技能，满足学校高技能人才培养和自身辐射能力提升的需要。