CC BY
28
D0I:10.12845/bitp.38.2.2015.7
podinsp. dr Grzegorz Gudzbeler1 podinsp. dr Mariusz Nepelski1
Przyjçty/Accepted/Принята: 31.10.2014; Zreœnzowany/Reviewed/Рецензирована: 27.05.2015; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.06.2015;
Zintegrowana Platforma Symulacyjna Podmiotów Zarz^dzania Kryzysowego - spójne srodowisko wirtualne2
An Integrated Simulation Platform for Organisations Engaged with Crisis Management
- a Coherent Virtual Environment
Интегрированная комплексная симуляционная система для субъектов управления ЧС - единая виртуальная среда
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest przedstawienie potrzeby integracji stosowanych w Polsce rozwi^zan symulacyjnych wykorzystywanych do szkolenia kadr administracji publicznej w obszarze zarz^dzania kryzysowego, a szczegolnie zakresu prac badawczo-rozwojowych doty-cz^cych budowy zintegrowanej platformy symulacyjnej podmiotow zarz^dzania kryzysowego.
Wprowadzenie: Kompletne koncepcje budowy zintegrowanych komputerowych systemow wykorzystuj^cych techniki symulacyjne - systemow sluz^cych do szkolenia funkcjonariuszy sluzb odpowiedzialnych za bezpieczenstwo z zastosowaniem technologicznie za-awansowanych trenazerow, to nie tylko fantazja, ale konkretna rzeczywistosc i wymog czasu. Zapoznanie si§ z ich zawartosci^ pozwala na prawidlowe definiowanie wymagan i zrozumienie konsekwencji decyzji podejmowanych na etapie definiowania potrzeb. Stanowi^ one podstawowe kompendium wiedzy z tej dziedziny przydatne zwlaszcza dla podmiotow niezwi^zanych na co dzien z symulacj^, a planuj^cych budowy podobnych systemow. Bardzo znacz^ce odniesienie do aspektu praktycznego tworzenia zintegrowanych systemow symulacyjnych stanowi o uniwersalizmie tego rozwi^zania, ktore moze byc interesuj^ce zarowno dla swiata nauki i jego przedstawicieli pracuj^cych nad roznymi aspektami symulatorow, jak i dla praktykow, ktorzy chc^ szybko osi^gn^c zamierzony efekt poprzez dobor dost^pnych na rynku rozwi^zan posrednich.
Wyniki: W artykule zostala przedstawiona koncepcja funkcjonowania zintegrowanej platformy symulacyjnej podmiotow zarz^dzania kryzysowego z uwzgl^dnieniem modulow umozliwiaj^cych wymian^ informacji w ramach interoperacyjnosci, jednolitej bazy danych terenu, bazy obiektow modeli symulacyjnych oraz modeli 3D na potrzeby wizualizacji wybranych zagrozen o charakterze kryzysowym oraz podmiotow zarz^dzania kryzysowego.
Wnioski: Na podstawie przeprowadzonych analiz mozna stwierdzic, ze opracowanie niezb^dnych standardow oraz wymagan technicz-nych dotycz^cych zapewnienia wspolpracy pomi^dzy roznorodnymi srodowiskami symulacyjnymi wymaga optymalizacji i rozszerzenia istniej^cych standardow wymiany informacji oraz modyfikacji oprogramowania zawartego w istniej^cych symulatorach pod k^tem efektywnego wyswietlania rowniez innych srodowisk symulacyjnych.
Slowa kluczowe: symulacja, integracja, srodowisko wirtualne, zarz^dzanie kryzysowe Typ artykulu: artykul przegl^dowy
ABSTRACT
Aim: The aim of this article is to reveal the need for the integration of simulation solutions used in Poland, for training of public administration staff in the area of crisis management, specifically in the area of research and development concerned with the construction of an integrated simulation platform for bodies engaged with crisis management.
Introduction: The concept of creating an integrated computerised system, utilising advanced simulation techniques, and suitably equipped trainers, for the training of staff responsible for national security, is not a fantasy, but a reality and requirement of our times. An understanding of the system content allows for appropriate identification of requirements and recognition of consequences from
Wyzsza Szkola Policji w Szczytnie / Police Academy in Szczytno, Poland; g.gudzbeler@wspol.edu.pl;
Autorzy wniesli rowny wklad merytoryczny w powstanie artykulu / The authors contributed equally to this article;
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
decisions made at the needs definition stage. This provides an essential compendium of knowledge on the topic, which is particularly useful for entities not involved with simulations on a daily basis, but are planning the construction of similar systems. A very significant reference is made to the practical aspect of creating integrated simulation systems and the universal application of such solutions. This which may be of interest equally to the academic world and their representatives working on different features of simulation systems as well as for practitioners who wish to achieve desired outcomes quickly through a selection of available solutions in the market place.
Results: The article identified an operational concept for an integrated simulation platform, encompassing organisations engaged with crisis management. It revealed elements, where a facility for the exchange of information plays an important part within parameters of interoperability. These include; unified terrain databases, construction of simulation model databases and 3D models, which satisfy visual needs for identified threats faced by organisations engaged with crisis management situations.
Conclusions: Based on the performed analysis, it is concluded that there is a need to develop necessary standards and technical requirements, among diverse simulation environments, to achieve co-operation between systems. The broadening and optimisation of existing standards, in relation to the exchange of information, and modification of software will facilitate effective blending between diverse simulation systems.
Keywords: simulation, integration, virtual environment, crisis management Type of article: review article
АННОТАЦИЯ
Цель: Целью настоящей статьи является попытка обратить особое внимание на необходимость стандаризации и объединения решений, принмаемых при обучении сотрудников публичной администрации в сфере управления ЧС, в особенности решений, связанных с исследованиями и разработками на тему создания интегрированной симуляционной системы для субъектов управления ЧС.
Введение: Современные концепции создания интегрированных компьютерных тренажерных систем для подготовки сотрудников служб по охране безопасности, в которых используются технологически продвинутые тренажеры, это не фантазия, а наоборот, они явялются вполне реальными и полностью отвечают современным требованиям. Ознакомление с ними позволяет правильно определить требования и понять последствия решений, принимаемых на этапе определения возникающих в данный момент потребностей. Они явялются своеоборазным источником знаний на эту тему, особенно для субъектов, которые непосредственно не связаны с симуляциями, а могут привлекатся для планирования похожих систем. Очень значимой явялется практическая сторона создания интегрированных симуляционных систем, котороя свидетельствует о их универсальности. Системы могут представлять интерес для многих научных работников и тех, кто занимается созданием разного вида тренажеров-симуляторов, а также для специалистов-практиков, которые намерены в короткий срок достичь соответствующего результата путем использования не совсем отвечающим требованиям клиента доступных на рынке систем. Результаты: В статье представлена концепция работы интегрированной симуляционной системы для субъектов управляющих ЧС с учетом модулей, с помощью которых возможным явялется обмен информацией в рамках взаимодействия, использования единой базы данных о местности, базы определенных объектов-моделей и 3D-моделей с целью визуализации определенных рисков, чрезвычайного характера и субъектов управления ЧС.
Выводы: На основании анализа можно сделать вывод, что развитие необходимых стандартов и технических требований для обеспечения сотрудничества между различными симуляционными средами требует оптимизации и расширения существующих стандартов для обмена информацией и проведения модификации программного обеспечения тренажеров с целью эффективного отображения также другой симуляционной среды.
Ключевые слова: моделирование, объединение систем, виртуальная среда, управление ЧС Вид статьи: обзорная статья
1. Wprowadzenie
Zintegrowana Platforma Symulacyjna Podmiotów Za-rz^dzania Kryzysowego [1] (Platforma) to b^d^ce w budo-wie narz^dzie informatyczne, które umozliwi integraj trenazerów wykorzystywanych przez Policj^, Pañstwow^ Straz Pozarn^, Wojsko Polskie oraz inne sluzby dysponuj^ce systemami symulacyjnymi przeznaczonymi do szkolenia funkcjonariuszy sluzb pañstwowych oraz zolnierzy Woj-ska Polskiego. Platforma pozwoli powi^kszac potencjal juz zintegrowanego systemu, przede wszystkim wspóln^, jednolit^ baz^ danych terenu oraz obiektów, pozwalaj^c prowadzic cwiczenia o wysokim poziomie realizmu, jed-noczesnie, w róznych miejscach i przez rózne podmioty, przy zachowaniu jednolitej bazy terenu i wzajemnym od-dzialywaniu systemu na zachowania cwicz^cych. Budo-wa zintegrowanej platformy symulacyjnej jest pomyslem
nowatorskim w obszarze bezpieczeñstwa wewn^trznego. Podobne rozwi^zania, ale wyl^cznie w obszarze obronnosci, posiadaj^ wiod^ce w branzy symulacyjnej USA i Australia.
W zwi^zku z ograniczon^ liczb^ dost^pnych na rynku polskim rozwi^zañ, które mog^ zostac poddane integracji w ramach jednego systemu, pod uwag^ wzi^to symulatory w chwili obecnej wykorzystywane przez sluzby odpowie-dzialne za bezpieczeñstwo, w szczególnosci za zarz^dzanie kryzysowe, ratownictwo, a takze bezpieczeñstwo i porz^dek publiczny. Baza terenu obejmie obszar uwzgl^dniony w juz istniej^cych symulatorach, jedynych spelniaj^cych kryteria integracji, mi^dzy innymi w symulatorze dzialañ Policji w sytuacjach kryzysowych [2], symulatorze do szkolenia i treningu wspomagaj^cego dowodzenie podczas dzialañ ratowniczych zwi^zanych z pozarami w budynkach wie-lokondygnacyjnych i z wypadkami komunikacyjnymi [3], symulatorze kierowania pojazdami uprzywilejowanymi
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
w sytuacjach typowych i ekstremalnych [4], zintegrowa-nym mobilnym systemie wspomagaj^cym dzialania an-tyterrorystyczne i antykryzysowe - „Proteus" [5], a takze w innych symulatorach b^d^cych w dyspozycji ministerstwa obrony narodowej np. lotu smiglowcem. Oprogramowanie zintegrowanej platformy symulacyjnej b^dzie wykonane zgodnie z mi^dzynarodowymi standardami HLA (ang. High Level Architecture). Stworzy to mozliwosc pol^czenia sieci^ komputerow^ budowanego systemu z innymi symulatorami dzialaj^cymi we wspolnym srodowisku wirtualnym w ramach interoperacyjnosci systemow symulacyjnych. Obecnie w Polsce nie stosuje si§ zadnego standardu umozliwiaj^cego dzialanie istniej^cych systemow symulacyjnych w ramach federacji. HLA jest ogoln^ architektur^ dla rozproszonych systemow komputerowych, ze szczegolnym uwzgl^dnieniem systemow symulacyjnych. Ide^ HLA jest, aby aplikacje programowe (symulatory komputerowe) mogly porozumiewac si§ mi^dzy sob^ niezaleznie od tego, na jakiej platformie zostaly osadzone. Komunikaj pomi^dzy poszczegolnymi aplikacjami zajmuje si§ infrastruktura uruchomieniowa - RTI (ang. Runtime Infrastructure), ktora pelni rol^ po-dobn^ do uslug systemu operacyjnego lub funkcji maszy-ny wirtualnej i zapewnia interoperacyjnosc powi^zanych symulatorow, mozliwosc wielokrotnego wykorzystania elementow systemow symulacyjnych, rozdzielenie warstw elementow symulacyjnych i warstwy elementow pomocni-czych srodowiska [6]. W ramach HLA wykorzystuje si§ DIS (ang. Distributed Interface Simulation) - interfejs rozpro-szonej symulacji, czyli protokol umozliwiaj^cy prowadzenie cwiczen w czasie rzeczywistym, definiuj^cy standardowe struktury komunikatow oraz reguly ich wymiany (IEEE 1278-1993). Efektem koncowym projektu ma byc opraco-wanie zintegrowanej platformy symulacyjnej podmiotow zarz^dzania kryzysowego umozliwiaj^cej symulacji sytuacji kryzysowych oraz prowadzenia w tych warunkach dzialan antykryzysowych przez uprawnione podmioty (Policj^, Panstwow^ Straz Pozarn^, Wojsko Polskie, Biuro Ochrony Rz^du, a w przyszlosci rowniez przez Straz Miejsk^ i inne sluzby miejskie, Straz Graniczn^, zespoly Ratownictwa Me-dycznego, Zandarmeri^ Wojskow^ oraz Sluzby Wi^zienn^). Mozliwosc integracji dzialan tak wielu zroznicowanych sluzb, a jednoczesnie znacz^co rozni^cych si§ srodowisk dzialan oraz roznorodnosci warunkow wplywaj^cych na pomyslne wykonanie postawionych zadan wymaga, aby pro-ponowane rozwi^zanie bylo wydajne, niezawodne, a przede wszystkim skalowalne, przy czym musi w maksymalnym stopniu korzystac ze standardow komunikacyjnych stoso-wanych w aktualnej technologii informatycznej, co ulatwi w przyszlosci symulacji wspolnych dzialan ze sluzbami innych krajow europejskich oraz spoza naszego kontynentu.
Tak postawione zadanie wymaga opracowania szcze-golowych wymagan technicznych, a nast^pnie znalezienia szczegolowych rozwi^zan przede wszystkim w trzech ob-szarach, tj. warstwy transmisyjnej oprogramowania umoz-liwiaj^cej wspoldzialanie roznych symulatorow w jednej przestrzeni wirtualnej (ang. virtual reality), bazy danych terenu oraz bazy obiektow i warstwy informacyjnej dla modeli „sztucznej inteligencji" (ang. artificial intelligence) zapewniaj^cej odpowiednie zachowanie si§ wszystkich
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
uczestnikow wirtualnej rzeczywistosci. Warstwa transmi-syjna bçdzie opracowana w oparciu o miçdzynarodowy standard HLA, ktory jest powszechnie stosowany w symulatorach lotniczych. Bçdzie mozna wykorzystac wieloletnie doswiadczenia wynikaj^ce ze stosowania tego standardu, gdzie komunikacja ze wszystkimi symulatorami lotniczymi bçdzie zapewniona „automatycznie". Trzeba zdawac sobie sprawç z tego, ze standard ten nie jest optymalizowany pod k^tem symulacji specyficznych dzialan l^dowych. St^d tez nowa warstwa transmisyjna bçdzie wymagala opracowania modulow komunikacyjnych dla kazdego z istniej^cych symulatorow, ktore bçd^ potrafily przelozyc informacje specyficzne dla kazdego z symulatorow na standard HLA (a wlasciwie - jego rozszerzenie) i wyslac je do pozostalych symulatorow - federatow, a jednoczesnie odfiltrowac ze wszystkich informacji niesionych tych standardem te, ktore s^ istotne z punktu widzenia kazdego z symulatorow. Podob-na sytuacja ma miejsce z bazami terenu i obiektow. W kaz-dym z symulatorow istnieje baza danych terenu i obiektow na tyle szczegolowa, na ile jest to istotne dla szkolenia pro-wadzonego na danym symulatorze. Prowadzenie dzialan w czasie rzeczywistym (ang. real time) wymaga optymali-zacji z punktu widzenia kazdego symulatora, co oznacza, ze nawet ten sam teren i te same obiekty bçd^ mialy inn^ reprezentacjç w kazdym z symulatorow. To przetworzenie wymaga opracowania odpowiednich standardow i regul, a w miarç mozliwosci - opracowania zautomatyzowanego procesu przetwarzania wspolnej bazy w postac optymaln^.
W celu opracowania spojnego srodowiska wirtualnego przeprowadzono badania baz danych wymienionych roz-wi^zan symulacyjnych.
2. Charakterystyka integrowanych baz danych
Baza srodowiska wirtualnego symulatora dzialan Po-licji w sytuacjach kryzysowych obejmuje wybrany obszar Warszawy uwzglçdniaj^cy centrum miasta, a szczegolnie obiekty wazne dla bezpieczenstwa publicznego oraz istotne ze wzglçdu na realizacjç dzialan w zakresie akcji i operacji policyjnych. Wirtualne srodowisko oparte zostalo o fragment rzeczywistego miasta. Wszystkie elementy srodowiska, ktore maj^ wplyw na realizm odbieranej informacji, zostaly przedstawione z zastosowaniem modelowania 3D. Modelo-wane elementy s^ latwo rozpoznawalne i identyfikowalne dla cwicz^cych. Zostaly zobrazowane budynki z zewn^trz, elementy krajobrazu, roslinnosci, zasoby policji i sluzb wspoldzialaj^cych, pojazdy cywilne, ludnosc cywilna, tlu-my, ci^gi komunikacyjne, parki oraz inne standardowe charakterystyczne elementy miasta. Modelowane s^ takze roznorodne zjawiska atmosferyczne oraz zmiany elementow w czasie symulacji - budynki mog^ ulegac zniszczeniu, tlu-my zmieniac swoj^ gçstosc, zachowanie i wygl^d, zaleznie od zadanej sytuacji. Szczegolnie dokladnie zobrazowane s^ charakterystyczne budynki: Stadionu Narodowego, Sejmu oraz Dworca Centralnego wraz z wnçtrzami. Modelowane s^ rowniez stany zachowan ludzkich w taki sposob, aby sytuacja w systemie byla jak najbardziej zblizona do realnej, jednoczesnie mozliwa do ocenienia przez osoby cwicz^ce.
Zobrazowanie terenu srodowiska wirtualnego symula-tora dzialan Policji w sytuacjach kryzysowych podzielone
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
jest na trzy poziomy szczegölowosci. Obszar o wysokiej szczegölowosci obejmuje bezposrednie okolice (w promieniu okolo 500 m) od miejsc prowadzonych dzialan policyjnych. Obszar o sredniej szczegölowosci obejmuje teren polozony w dalszej odleglosci od miejsca mozliwych dzialan policyjnych (powyzej 500 m). Natomiast obszar o niskiej szczegölowosci obejmuje pozostale cz^sci miasta. Cechy zobrazowania obszaru o wysokiej szczegölowosci zawieraj^ takie elementy jak pelna siatka ulic i pieszych ci^göw komunikacyjnych, ulice z kraw^znikami i elementy malej architektury miej-skiej (latarnie, slupy, kosze, lawki), a takze infrastruktura budowlana o charakterze odpowiadaj^cym rzeczywistej zabudowie. Budynki maj^ uproszczony geometric, a ich spe-cyficzna architektura jest odwzorowana za pomocy tekstur. Charakterystyczne budynki i obiekty specyficzne dla danej okolicy sy zamodelowane z zachowaniem wiernosci geome-trii i wyglydu elewacji. Obszar o sredniej szczegölowosci posiada pelny siatk^ ulic, uproszczony siatk^ pieszych ciygöw komunikacyjnych, ulice z kraw^znikami i uproszczony zabudowy. Budynki majy gabaryty zblizone do rzeczywistych, a do modelowania zastosowano tekstury oddajyce charakter zabudowy. W ramach obszaru o sredniej szczegölowosci wnytrza budynköw nie sy odwzorowane. Obszar o niskiej szczegölowosci charakteryzuje siy znacznie uproszczonymi cechami zobrazowania polegajycymi na zamodelowaniu ich za pomocy plaskiej tekstury terenu oraz w postaci charakte-rystycznych wysokich budynköw i obiektöw, ktöre mogy bye widoczne z obszaröw o wysokim i srednim stopniu szczegölowosci. Na potrzeby przemieszczania sil policyjnych baza obszaru o niskiej szczegölowosci zawiera takze informaj o siatce glöwnych drög dojazdowych do obszaru o sredniej szczegölowosci wraz z przepustowosciy tych drög.
Baza terenu to spöjny obszar Warszawy. Wewnytrz tego obszaru znajduje siy teren o sredniej szczegölowosci, w ktörym z kolei wystypujy cztery bazy terenu o wysokiej szczegölowosci wykonane na potrzeby zaplanowanych
scenariuszy ewiczen: „Stadion", „Stare Miasto", „Dworzec", „Sejm". Baza „Stadion" obejmuje Stadion Narodowy wraz z okolicznymi mostami i stacjy kolejowy Stadion. W oto-czeniu stadionu zamodelowano budynki zgodnie ze stanem zabudowy na rok 2012. Baza danych terenu moze zostac uaktualniona, w przypadku gdy to okaze siy konieczne. Stadion Narodowy zostal zamodelowany zaröwno z zewnytrz, jak i wewnytrz. Na potrzeby symulacji zamodelowano wej-scia i wjazdy do stadionu wykorzystywane w trakcie imprez masowych organizowanych na stadionie. Budynek dwor-ca kolejowego Stadion zostal zamodelowany z zewnytrz, a perony dworca zamodelowano w sposöb uproszczony. W bazie „Stare Miasto" wykonano model Staröwki, Placu Zamkowego oraz ulicy Krakowskie Przedmiescie. W bazie tej zamodelowane zostaly dodatkowo przejscia pomiydzy budynkami lub przez budynki istotne z punktu widzenia prowadzenia dzialan policyjnych. W sklad bazy „Dworzec" wchodzi budynek Dworca Centralnego oraz okolice Palacu Kultury i Nauki. Dworzec Centralny zamodelowano wraz z wnytrzem hali glöwnej oraz podziemnymi przejsciami. Wnytrza Dworca Centralnego i podziemne przejscia zamodelowane zostaly w sposöb uproszczony uwzglydniajycy ich geometric i ogölny kolorystyky. Palac Kultury i Nauki oraz budynek centrum handlowego Zlote Tarasy zamodelowano wylycznie z zewnytrz. Wykonano takze modele podziemnego przejscia z Dworca Centralnego do Dworca Srödmiescie oraz wyjscia na ulicy Al. Jerozolimskie. Baza „Sejm" obejmuje budynek Sejmu RP wraz z terenem przy-leglym. Budynek Sejmu zostal zamodelowany z uproszczo-nym wnytrzem, a wybrane pomieszczenia odwzorowano z wiykszy szczegölowosci^. Mozliwe jest modyfikowanie bazy terenu poprzez zmiany wyglydu wybranych budynköw (w danej szczegölnej lokalizacji mozliwe jest wybranie jednego z np. trzech röznych budynköw), a takze tworzenie sztucznych przeszköd dla ruchu ludzi i pojazdu takich jak np. przegrodzenie ulicy plotem (teren budowy).
Ryc. 1. Obraz systemu przedstawiajycy rzeczywistosc wirtualny Fig. 1. An image depicting virtual reality Zrodlo: Dane uzyskane z symulatora dzialan Policji w sytuacjach kryzysowych. Source: Data obtained from a simulator of Police activities during crisis incidents.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
Nastypny bazy srodowiska wirtualnego stanowi sy-mulator do szkolenia i treningu wspomagajycego dowo-dzenie podczas dzialañ ratowniczych zwiyzanych z poza-rami w budynkach wielokondygnacyjnych i wypadkami komunikacyjnymi. Dla cwiczeñ realizowanych wedlug
scenariusza RTA (zdarzenie drogowe), baza terenu wirtualnego srodowiska obejmuje rondo w Glinojecku oraz ulice dojazdowe do niego na dlugosci 200 m w kazdy strony (ryc. 2). Granica obszaru wykonana zostala w taki sposób, aby zapewnic wrazenie istnienia dalszego otoczenia.
Ryc. 2. Mapa ronda w Glinojecku Fig. 2. Map of Glinojeck roundabout Zrodlo: Dane uzyskane z symulatora do szkolenia i treningu wspomagajycego dowodzenie podczas dzialan ratowniczych
zwiyzanych z pozarami w budynkach wielokondygnacyjnych i wypadkami komunikacyjnymi. Source: The data obtained from the simulator for training and supporting leadership training during fire rescue operations
in multi-storey buildings and traffic accidents.
Dla cwiczen realizowanych wedlug scenariusza MPB (budynek wielofunkcyjny) baza terenu obejmuje obszar ograniczony czterema ulicami, wewnytrz ktorego znajduje siy budynek wielofunkcyjny, w ktorym prowadzona jest akcja ratownicza. Poza tym kwartalem zostaly zobrazo-wane najblizsze obiekty (pierwszy rzyd domow). Dalsza zabudowa zostala odzwierciedlona w sposob uproszczony, zapewniajycy wrazenie prowadzenia akcji w warunkach miejskich. Do cwiczen w szpitalu, hotelu, bloku miesz-kalnym zostala wykonana baza zawierajyca ten sam teren (podklad geometryczny i budynki w otoczeniu) oraz jeden budynek bydycy obiektem symulacji „szpital", „hotel", „blok". W kazdej z baz gabaryty budynku sy takie same. Rozne sy jego wnytrza oraz elewacja. Dla wnytrza kazdego budynku zamodelowano parter oraz jedno piytro, ktore moze byc powielane w pionie. Elewacje zostaly wykonane w taki sposob, aby jednoznacznie wskazywaly na charakter budynku (inne malowanie, napisy typu „hotel", „szpital"). Bezposrednie otoczenie budynku jest rozne takze w kazdej z baz. Przy uzyciu elementow malej architektury takich jak drzewa, krzewy, zywoploty, kwietniki, lawki oddano charakter otoczenia kazdego z typow budynkow (ryc. 3).
Kolejna zakwalifikowana do integracji baza srodowiska wirtualnego dotyczy symulatora kierowania pojazdami
uprzywilejowanymi w sytuacjach typowych i ekstremal-nych. Baza ta zostala zbudowana zgodnie z wymaganiami zawartymi w rozporzydzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 8 kwietnia 2011 r. w sprawie urzydzenia do symu-lowania jazdy w warunkach specjalnych (Dz.U. Nr 81, poz. 444). Srodowisko wirtualne symulatora w mozliwie wysokim stopniu wizualizuje elementy srodowiska real-nego. Teren otaczajycy pokonywany drogy ma naturalne pokrycie oraz typowy zabudowy i infrastruktury drogowy. Odwzorowywany teren obejmuje obszary niezabudowane oraz obszary zabudowane, wiejskie i miejskie. Obszary za-budowane charakteryzujy siy zróznicowany intensywnosciy zabudowy. Charakterystyka wizualizowanego terenu jest bardzo zróznicowana i zawiera tereny: bez nachyleñ, z nie-wielkimi nachyleniami i typowy dla obszarów górskich. W bazie danych terenu znajdujy siy wybrane rodzaje dróg, w tym drogi ekspresowe, o charakterystyce autostrad, drogi jedno- i dwujezdniowe, a takze z nawierzchniy utwardzo-ny i nieutwardzony. Nachylenie na zaimplementowanych drogach jest odpowiednio zróznicowane i zawiera: podjaz-dy i zjazdy o duzym nachyleniu, o zmiennym nachyleniu oraz serpentyny. Zaznaczyc nalezy, ze symulowane drogi zawierajy wszystkie elementy dróg rzeczywistych odwzoro-wane zgodnie z warunkami okreslonymi w obowiyzujycej
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
w Polsce ustawie z dnia 25 marca o drogach publicznych (Dz.U. Nr 14, poz. 60) wraz z innymi obowi^zuj^cymi przepisami wykonawczymi, takie jak oznaczenia zarówno poziome, jak i pionowe, chodniki, skrzyzowania i trasy dla pojazdów szynowych. Dlugosc tras jazdy w systemie przekracza 300 km. Dlugosc tras umozliwia ci^gl^ jazdç przez okolo 8 godzin. Wystçpuj^ takze róznorodne elemen-ty infrastruktury drogowej takie jak: skrzyzowania dróg
róznego typu, wçzly drogowe, wiadukty, mosty, tunele, przejscia dla pieszych, przystanki autobusowe i parkingi. Ponadto symulowane jest zachowanie innych uczestników ruchu drogowego, tj. pojazdów samochodowych (uprzywile-jowanych, osobowych, ciçzarowych, ci^gników siodlowych, specjalnych, ci^gników rolniczych, autobusów oraz moto-cykli), pojazdów szynowych oraz pieszych, motocyklistów i rowerzystów.
Ryc. 3. Fragment bazy terenu Fig. 3. Terrain fragment
Zrodlo: Dane uzyskane z symulatora do szkolenia i treningu wspomagaj^cego dowodzenie podczas dzialan ratowniczych
zwi^zanych z pozarami w budynkach wielokondygnacyjnych i wypadkami komunikacyjnymi. Source: The data obtained from the simulator for training and supporting leadership training during fire rescue operations
in multi-storey buildings and traffic accidents.
Oprogramowanie symulatora umozliwia symulacjç i wi-zualizacjç 25 pojazdów uczestnicz^cych w ruchu drogowym znajduj^cych siç w polu widzenia kierowcy. Pojazdy i piesi, którzy uczestnicz^ w ruchu drogowym, mog^ postçpo-wac zgodnie lub niezgodnie z zasadami ruchu drogowego. W systemie mog^ byc symulowane standardowe zjawiska wystçpuj^ce w trakcie jazdy zwi^zane np. z natçzeniem ruchu. Zachowanie uczestników ruchu drogowego zalezy od biez^cej sytuacji i regulowane jest zastosowanymi modelami symulacyjnymi oraz skryptami zawartymi w systemie, ich reakcje s^ nastçpstwem dzialañ innych uczestników ruchu drogowego, w tym pojazdu cwicz^cego z wykorzystaniem systemu kierowcy. W systemie uwzglçdniono mozliwosc modyfikacji zarówno pór roku, ich charakterystyki (opa-dy deszczu, sniegu itp.), pory doby z realnymi zmianami wynikaj^cymi z uplywaj^cego czasu. System umozliwia instruktorowi dokonanie zmian w kazdym elemencie zwi^-zanym z warunkami pogodowymi, a takze generowanie jako
podgrywek takich zjawisk jak powodzie, zamglenia, oblo-dzenia itd. Symulowane czynniki pogodowe s^ zgodne ze swoimi rzeczywistymi odpowiednikami, z uwzgl^dnieniem ich wplywu na pozostale elementy systemu. Drogi w terenie zabudowanym s^ oswietlone. Oswietlenie symulowanych pojazdow odpowiada obowi^zuj^cym przepisom.
Kolejna baza srodowiska wirtualnego dotyczy symulatora smiglowca. To otoczenie, w ktorym operuje smiglowiec - teren ok. 100 x 100 km wzorowany na bazie wojskowej Randalph AFB Texas, zawieraj^cy mi^dzy innymi baz§ wojskow^ z lotniskiem. Dane nawigacyjne zostaly oparte o dane DAFIF (ang. Digital Aeronautical Flight Information File). Oznacza to, ze zostala uwzgl^dniona symulacja ILS (ang. Instrumental Landing System), VOR (ang. VHF Omnidirectional Range), NDB (ang. Non-Directional Beacon), swiatel lotnisk i l^dowisk - swiatla podejscia, swiatla pasa, FATO (ang. Final Approach and Takeoff Area). Ponadto baza odwzorowuje fragment geoidy co najmniej 1 x 1 stopien,
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
zawiera rozne rodzaje terenu (m.in. ocean, teren gorski, jeziora, rozne typy upraw, lasy, obszary miejskie z charakte-rystyczny dla nich zabudowy (budynki mieszkalne, fabryki, biura itd.), odwzorowane zostaly takze drogi, wiadukty, tunele, linie kolejowe, sieci energetyczne).
Kolejny proponowany do integracji bazy jest srodowisko wirtualne robota pirotechnicznego - Proteus. Obejmuje ono teren o wymiarach 200 x 200 m. Mapa terenu otoczenia treningowego zawiera zroznicowane pofaldowanie terenu oraz rozne rodzaje podloza - pagorki, drogi, doly oraz rowy rozmieszczone w roznych miejscach. Srodowisko wirtualne uwzglçdnia teren naturalny (trawa niska, trawa wysoka od 450-600 mm), bloto, brzeg jeziora (granica miçdzy brzegiem a wody), obszar zamarzniçty (lod), teren miejski, teren z losowo rozrzuconymi kamieniami o roz-norodnym ksztalcie i rozmiarze (w przyblizeniu srednice kamieni - 150, 200, 250, 300 mm). Ponadto teren okreslony jako tor przeszkod, w ktorym wystçpuje droga z wybojami (otwory w drodze o srednicy okolo 300 mm i glçboko-sci 150 mm, wysokosc podjazdow wynosi 300 mm, a kyt nachylenia podjazdu 30 stopni), dodatkowo przy drodze znajduje siç chodnik, plyty chodnikowe, krawçzniki (od 15 do 20 cm). To rowniez rozne rodzaje drzew, krzewy o roznej przejrzystosci (aby robot mogl przez nie przeje-chac), sciçte drzewo (przewrocone), przeswit o wielkosci prostokyta 1000 x 800 mm i srednicy drzewa 400 mm. Dopelnieniem jest budynek jednopiçtrowy o rozmiarach ok. 6 x 10 m, taras - 6 x 3 m, skladajycy siç z dwoch pokoi, lazienki i tarasu.
3. Spojne srodowisko wirtualne
Wykonanie bazy danych platformy symulacyjnej pod-miotow zarzydzania kryzysowego wiyze siç z procesem przygotowania danych dla konkretnych zastosowan. W sy-mulatorach najczçsciej sy to dane dla silnika fizyki lub silnikow sztucznej inteligencji. W tym przypadku to silnik sztucznej inteligencji automatycznego ruchu drogowego, silnik fizyki, silnik poruszania siç ludzi i pojazdow AI Implant, a takze silnik zachowan tlumu. Przyjçto, ze platforma powinna umozliwiac przeprowadzenie zlozonych symulacji zdarzen z udzialem policji, strazy pozarnej, nawigacjç smiglowca i quadrotora, poruszanie siç robotem opartym na autonomicznym modelu matematycznym wykorzystu-jycym srodowisko MRDS (ang. Microsoft Robotic Developer Studio), poruszanie siç samochodem oraz ruch automatycz-ny elementow srodowiska (piesi, samochody itp.).
Analiza poszczegolnych baz danych wskazuje, ze w kaz-dym symulatorze uzywana jest inna baza danych terenu. W symulatorach lotniczych domyslnie uzywany jest uklad WGS 84 (ang. World Geodetic System '84), w lydowych - kartezjanski. Mozliwe jest przeliczanie wspolrzçdnych miçdzy obydwoma ukladami. W przypadku bazy danych terenu przeliczenie wystarczy zrobic tylko raz. Przy ma-lych odleglosciach mozliwe jest pominiçcie przeliczenia przez potraktowanie rozbieznosci miçdzy ukladami jako blçdu. Natomiast przy rozmiarach bazy typu 40 km rozbieznosci mogy siçgac kilku metrow. Wszystkie projekty bazujy na silniku OSG (ang. OpenSceneGraph). Dziçki temu ulatwione jest renderowanie modeli z jednego systemu
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
w drugim. Wystçpujy jednak czçsto drobne rozbieznosci i nalezy zalozyc, ze potrzebne bçdzie wykonanie czynno-sci adaptacyjnych, gdyz kazdy z systemow uzywa innego silnika logiki i fizyki. W pewnych przypadkach niezbçdne jest odczytywanie kolizji z wizualizacji. Zdecydowana wiçkszosc modeli 3D jest przygotowywana w 3D Studio Max, a nastçpnie eksportowana do formatow OSG. Kazdy z takich modeli ma swojy specyfikç podyktowany docelo-wym wykorzystaniem w symulatorze. W analizowanych symulatorach uzywane sy wspolne i uproszczone silni-ki animacji, a takze animowane sy pojedyncze obiekty w oparciu o uproszczony silnik animacji OSG. Podobnie mozliwosci renderowania wielu dynamicznych obiektow sy rozne, gdyz nie we wszystkich symulatorach zaimplemen-towany zostal wydajny mechanizm renderowania wielu dynamicznych obiektow, w tym renderowanie tlumow nawet powyzej 500 osob. Niestety sy i takie, gdzie renderowane sy zaledwie pojedyncze obiekty. Taki stan rzeczy powoduje koniecznosc dostosowania do renderowania wielu obiektow, bydz renderowania ich w uproszczony sposob. W zwiyzku z duzy zlozonosciy obliczeniowy przeciçc z terenem, czyli powierzchni, po ktorej poruszajy siç pojedyncze osoby w tlumie, konieczna jest bardzo wydajna struktura danych. Wymaga to przygotowania danych w specyficznej formie, a proces ten musi byc w duzej mierze zautomatyzowany.
W kazdym z symulatorow istnieje baza danych terenu i obiektow na tyle szczegolowa, na ile jest to istotne z punktu widzenia szkolenia prowadzonego na danym symulatorze. Prowadzenie dzialan w czasie rzeczywistym (ang. real time) wymaga optymalizacji z punktu widzenia kazdego symu-latora, co oznacza, ze nawet ten sam teren i te same obiekty bçdy mialy inny reprezentacjç w kazdym z symulatorow. To przetworzenie wymaga opracowania odpowiednich standardow i regul, a w miarç mozliwosci - opracowania zautomatyzowanego procesu przetwarzania wspolnej bazy w postac optymalny z punktu widzenia danego symulatora.
Podobne mechanizmy powinny byc zastosowane w przypadku warstwy zapewniajycej inteligentne zacho-wanie siç wszystkich uczestnikow symulowanej wirtualnej rzeczywistosci (zwlaszcza w symulatorach obiektow bojo-wych - polem walki). Zgodnie z zasadami symulacji roz-proszonej poszczegolne elementy tworzonego systemu stany siç integralnymi czçsciami lyczonych systemow w ramach ogolnopolskiej zintegrowanej platformy symulacyjnej. Ze wzglçdu na liczbç lyczonych federatow znajdujycych siç w Wyzszej Szkole Policji w Szczytnie (symulator dzialan Policji w sytuacjach kryzysowych oraz symulator kiero-wania pojazdami uprzywilejowanymi w sytuacjach typo-wych i ekstremalnych) centrum techniczne, logistyczne i administracyjne zostanie umieszczone w siedzibie lidera konsorcjum naukowo-przemyslowego, czyli Wyzszej Szkoly Policji w Szczytnie.
4. Wnioski
Obecnie nie ma na rynku systemu, ktory w sposob kom-pleksowy zapewnialby wspolny trening roznych podmiotow odpowiedzialnych za zarzydzanie w sytuacjach kryzysowych. Opracowanie ogolnopolskiej zintegrowanej platformy stanowi niezwykle istotne uzupelnienie prowadzonych
obecnie szkolen (szczegolnie z zakresu interoperacyjnosci). Przyczyni siç to nie tylko do poprawy efektywnosci szkolen (poprzez zobiektywizowanie oceny oraz mozliwosc odtwa-rzania i analizy przeprowadzonych cwiczen - tzw. After Action Review), znacznego zmniejszenia zagrozen i poprawy bezpieczenstwa osob uczestnicz^cych w cwiczeniach, ale przede wszystkim do znacz^cego obnizenia kosztow szkolen i ich szkodliwego wplywu na srodowisko.
Drugim istotnym aspektem jest opracowanie niezbçd-nych standardow oraz wymagan technicznych dotycz^cych zapewnienia wspolpracy pomiçdzy roznorodnymi srodo-wiskami symulacyjnymi. Z jednej strony wymaga to opty-malizacji i rozszerzenia istniej^cych standardow wymiany informacji (np. HLA), z drugiej strony - do modyfikacji oprogramowania zawartego w istniej^cych symulatorach (optymalizowanego pod k^tem niezbçdnej funkcjonalnosci i zastosowan danego symulatora) pod k^tem efektywnego wyswietlania rowniez innych srodowisk symulacyjnych. Zawarcie we wspolnej, jednolitej bazie terenu zroznicowa-nych baz danych, a jednoczesnie zapewnienie mozliwosci zobrazowania tego srodowiska wirtualnego w kazdym z symulatorow (zawieraj^cych w tym celu rozne, dostoso-wane dla danego symulatora silniki graficzne, tzw. graphic engines), nie doczekalo siç, jak dotychczas, satysfakcjonu-j^cego rozwi^zania.
5. Podsumowanie
W artykule przedstawiono pierwszy etap prac badaw-czych uwzgledniaj^cy bazç integrowanego srodowiska
Literatura
[1] Projekt rozwojowy pt. „Zintegrowana Platforma Sy-mulacyjna Podmiotow Zarzadzania Kryzysowego", nr DOBR-BIO4/041/13177/2013.
[2] Projekt rozwojowy pt. „Budowa prototypu symulatora dzialan Policji w sytuacjach kryzysowych", nr OR00004107.
[3] Projekt rozwojowy pt. „Opracowanie i wdrozenie symulatora do szkolenia i treningu wspomagaj^cego dowodzenie podczas dzialan ratowniczych zwi^zanych z pozarami w budynkach wielokondygnacyjnych i wypadkami ko-munikacyjnymi", nr 0R00007607.
D01:10.12845/bitp.38.2.2015.7
wirtualnego oraz podstawowe wymagania funkcjonalne zintegrowanej platformy symulacyjnej podmiotow zarzadzania kryzysowego. W ramach tego etapu zostaly ustalone niezbçdne wymagania funkcjonalne dla budowy platformy ze strony podmiotow zarzadzania kryzysowego. Rownolegle przeprowadzono weryfikacjç spojnosci baz danych terenu, baz modeli 3D oraz animacji stosowanych w poszczegolnych symulatorach. Na podstawie wymienionych dzialan zostaly opracowane glowne zalozenia projektowe i wymagania techniczne, zalozenia dla spojnego wirtualnego srodowiska, dla wizualizacji oraz sztucznej inteligencji. Zdefiniowany zostal zakres funkcjonalnosci nowych modulow oprogramowania oraz niezbçdnej modyfikacji istniej^cych modulow oprogramowania. Rowniez okreslone zostaly scenariusze wybranych zagrozen o charakterze kryzysowym, ktore bçd^ implementowane i testowane w poszczegolnych zadaniach projektu. Reasumuj^c, przygotowana zostala koncepcja funkcjonowania zintegrowanej platformy symulacyjnej podmiotow zarzadzania kryzysowego z uwzglçdnieniem modulow umozliwiaj^cych wymianç informacji w ramach interoperacyjnosci, jednolitej bazy danych terenu, bazy obiektow modeli symulacyjnych oraz modeli 3D na po-trzeby wizualizacji wybranych zagrozen o charakterze kryzysowym oraz podmiotow zarzadzania kryzysowego.
Artykul zostal opracowany w ramach projektu pt. „Zintegrowana Platforma Symulacyjna Podmiotow Zarzadzania Kryzysowego" nr D0BR-BI04/041/13177/2013 finansowanego przez Narodowe Centrum Badan i Rozwoju w Warszawie.
[4] Projekt rozwojowy pt. „Symulator kierowania pojazdami uprzywilejowanymi podczas dzialan typowych i ekstre-malnych", nr O ROB 0011 01/ID/11/1.
[5] Projekt „Proteus" zrealizowany w ramach Programu Opera-cyjnego Innowacyjna Gospodarka na lata 2007-2013, pod-dzialanie 1.1.2: Strategiczne programy badan naukowych i prac rozwojowych, nr umowy: POIG.01.02.01-00-014/08.
[6] http://pl.wikipedia.org/wiki/High_Level_Architecture, [dostçp: 08.06.2015].
* * *
podinsp. dr Grzegorz Gudzbeler - dyrektor Instytutu Koordynacji Badan i Funduszy Pomocowych Wyzszej Szkoly Po-licji w Szczytnie.
podinsp. dr Mariusz Nepelski - adiunkt Zakladu Zarzadzania Kryzysowego Instytutu Bezpieczenstwa i Porz^dku Pub-licznego Wydzialu Bezpieczenstwa Wewnçtrznego Wyzszej Szkoly Policji w Szczytnie.
