CC BY
19
DOI: 10.12845/bitp.41.1.2016.8
dr inz. Roman Wantoch-Rekowski1 dr inz. Jacek Roguski2 mgr inz. Maciej Blogowski2
Przyj^ty/Accepted/Принята: 07.05.2015; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 22.02.2016; Opublikowany/Published/Опубликована: 31.03.2016;
Mozliwosci wykorzystania symulatorow w szkoleniu operatorow bezzalogowych statkow powietrznych w zakresie dzialan ratowniczo-gasniczych3
Potential Use of Simulators in the Training of Staff who Operate Unmanned Aerial Vehicle used in Firefighting and Rescue Operations
Возможности использования тренажеров в обучении операторов беспилотных летательных аппаратов для выполнения спасательно-гасящих действий
ABSTRAKT
Cel: W artykule przedstawiono mozliwosci zastosowania symulacji wirtualnej w zakresie szkolenia operatorow bezzalogowych statkow powietrznych (BSP).
Wprowadzenie: Okreslono rolf i przeznaczenie BSP do zadan wykonywanych na potrzeby strazy pozarnej oraz przedstawiono zasady uzytkowania BSP w oparciu o obowi^zuj^ce w Polsce wymagania prawne. Ponadto omowiono zasady szkolenia operatorow BSP wynikaj^ce z dotychczasowych doswiadczen w kraju. BSP minimalizuj^ bezposrednie zagrozenie czlowieka oraz pozwalaj^ na szybsze rozpoznanie, st^d rosn^ce zainteresowanie tego typu konstrukcjami. Na podstawie analizy dostfpnej literatury mozna okreslic obszary zastosowania BSP:
• rozpoznanie i pomiary skazen w strefie niebezpiecznej np. zagrozenia czynnikami chemicznymi,
• monitorowanie obszarow lesnych, sytuacji powodziowej oraz prac inspekcyjnych,
• monitorowanie sytuacji w czasie szeroko pojftych wypadkow komunikacyjnych,
• obserwacje pozarow budynkow i ich analiza,
• tworzenie sieci dozorowych i l^cznosci przy dzialaniach R-G.
Metodologia: Dzialania ratowniczo-gasnicze (R-G) prowadzone przez jednostki Krajowego Systemu Ratowniczo-Gasniczego (KSRG) charakteryzuj^ sif duz^ roznorodnosci^. Niektore elementy z tych dzialan mog^ byc bardziej efektywne dzifki informacjom przekazywanym przez BSP. Cwiczenia w tym zakresie mog^ byc prowadzone s^ podczas szkolen i dzialan pozorowanych z wykorzystaniem rzeczywistego sprzftu okreslonego rodzaju, w tym wypadku BSP przy ograniczonej liczbie szkolonych operatorow oraz ryzyku uszkodzenia drogiego sprzftu. Alternatywnym rozwiqzaniem jest wykonywanie cwiczen w wirtualnej rzeczywistosci, co ogranicza do minimum ryzyko zniszczenia lub uszkodzenia BSP oraz umozliwia wielokrotne realizowanie zadan w warunkach pelnej powtarzalnosci sytuacji, jak^ mozemy zastac przy realnych dzialaniach R-G. Prowadzenie tego rodzaju cwiczen umozliwia zapewnienie bezpieczenstwa operatorowi oraz ograniczenie kosztow zwi^zanych z prowadzonymi cwiczeniami. Omowiono rowniez projekt przykladowej BSP w srodowisku rzeczywistosci wirtualnej z opisem cwiczen, ktore mog^ byc prowadzone przy jej uzyciu. Wdrozenie tego typu dzialan wplynie na zwifkszenie efektywnosci szkolenia certyfikowanych operatorow BSP i obnizy koszty procesu szkoleniowego.
Wnioski: Dostfpne na rynku zaawansowane srodowiska symulacji wirtualnej takie jak VBS3 umozliwiaj^ budowf roznorodnych stanowisk szkoleniowych. Srodowiska symulacji wirtualnej charakteryzuj^ sif duz^ wiernosci^ symulowanych dzialan oraz wysok^ jakosci^ zobrazowania. Przedstawiony model wirtualny BSP odzwierciedla podstawowe wlasciwosci rzeczywistej platformy BSP i umozliwia interakcjf z wirtualnym otoczeniem i innymi obiektami.
Slowa kluczowe: BSP, szkolenie, symulator, symulacja wirtualna Typ artykulu: artykul przegl^dowy
1 Wojskowa Akademia Techniczna / Military University of Technology, Warsaw, Poland; [email protected];
2 Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy, Jozefow / Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute, Jozefow, Poland;
3 Autorzy wniesli rowny wklad merytoryczny w powstanie artykulu / The authors contributed equally to this article;
D01:10.12845/bitp.41.1.2016.8
ABSTRACT
Aim: The paper advocates the potential use of virtual simulation during training of unmanned aerial vehicle (UAV) operators. Introduction: The article identified the role and function of UAV in context of tasks performed by the Fire Service and revealed principles associated with the utilization of UAV in accordance with national legal requirements. A discussion identified current approaches used in the training of UAV operators, which is based on experience gained to date. The use of UAV craft minimizes dangers to human life as well as facilitates faster diagnosis, hence, the growing interest in this type of machine. Based on the analysis of available literature, it is possible to identify the range of applications for unmanned aerial vehicle (UAV):
• conduct of reconnaissance and contamination measurements in the danger zone, e.g. the threat from chemical agents,
• monitoring of woodland areas, flood developments and inspection work,
• monitoring of developments involving major scale road traffic accidents,
• observations and analysis of building fires,
• developing a communication and surveillance network during firefighting operations.
Methodology: Firefighting and rescue operations performed by units of the National Firefighting and Rescue System (KSRG) are characterized by large diversity. However, it is possible to identify component parts, performance of which can be improved on the basis of information provided by the UAV. Practice drills for such elements, conducted during training and simulations, can be performed using specialized equipment, in this case ULBP, with a limited number of operators undergoing training and reduced risk of damage to relatively expensive equipment. An alternative is to perform virtual reality exercises, which would minimize the risk of destruction or damage to UAV equipment and allow for the repetitive accomplishment of tasks in replicated conditions, encountered during actual firefighting and rescue operations. This approach would ensure the safety of operators and minimize training costs. The paper articulates principles associated with the use of UAV for the range of tasks encapsulated by the KSRG framework. The article contains details of a proposed virtual reality environment project, including a description of potential applications to run during simulation exercises, which is intended to increase the effectiveness of training for UAV certified operators and significantly reduce training costs.
Conclusions: Commercially available advanced virtual simulation environments such as VBS3 allow for the construction of a wide range of training scenarios. The virtual simulation environment is characterized by a high fidelity level of simulated activities and high quality of imaging. The proposed UAV simulation model reflects basic properties of an actual UAV platform and allows for interaction with the virtual environment and others.
Keywords: UAV, training, simulator, virtual simulation Type of article: review article
АННОТАЦИЯ
Цель: Статья представляет возможности использования виртуальной симуляции для подготовки операторов беспилотных летательных аппаратов (БЛА).
Введение: Определена роль и использование БЛА для заданий, выполняемых для целей пожарной службы, а также представлены правила использования БЛА в соответствии с действующими национальными правовыми требованиями. Рассмотрены принципы подготовки операторов БЛА, связанные с настоящим опытом, полученным в стране. Растущий интерес к такого рода конструкциям связан с тем, что БЛА минимизируют прямую угрозу жизни человека и позволяют проводить более быструю разведку. На основе анализа имеющейся литературы, можно определить области применения БЛА:
• проведение разведки и измерений загрязнения в опасной зоне, например, химическая угроза,
• проведение мониторинга лесных районов, паводковой ситуации и инспекционных работ,
• контроль ситуации во время разнообразных дорожно-транспортных происшествий,
• наблюдения за пожарами зданий и их анализ,
• создание сетей наблюдения и коммуникации во время спасательно-гасящих работ.
Методология: Спасательно-гасящие действия, которые проводятся подразделениями Национальной Спасательно-Гасящей Системы (KSRG) характеризуются большим разнообразием. Тем не менее, можно выделить среди них элементы, которые можно совершенствовать с помощью информации получаемой от БЛА. Использование этих элементов на практике во время обучения и симулированных действий можно осуществлять с использованием реального оборудования определенного типа, в данном случае БЛА. Связано это, однако, с ограниченным числом обучаемых операторов, а также риском повреждения относительно дорогого оборудования. Альтернативным решением является выполнение упражнений с использованием виртуальной реальности, что сводит к минимуму риск поломки или повреждения БЛА, а также позволяет многократно выполнять задачи в условиях полной повторяемости ситуации, в которой мы можем оказаться во время реальных спасательно-гасящих действий. При этом обеспечена безопасность оператора и ограничены расходы, связанные с проводимыми упражнениями. Представлены правила использования БЛА для задач, выполняемых в рамках KSRG. В целях повышения эффективности проводимого обучения сертифицированных операторов БЛА и значительного снижения стоимости учебного процесса в статье представлен проект виртуального примера БЛА с описанием возможного спектра его использования для практики проведения виртуальной симуляции.
Выводы: Имеющиеся на рынке передовые виртуальные симуляции, такие как VBS3, позволяют создать разнообразные учебные установки. Виртуальные симуляции характеризуются высокой точностью воспроизводимых действий и высоким качеством изображения. Представленная виртуальная модель БЛА отражает основные характеристики реальной платформы БЛА, а также позволяет взаимодействовать с виртуальной средой и другими объектами.
Ключевые слова: БЛА, обучение, стимулятор, виртуальная симуляция Вид статьи: обзорная статья
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
1. Wstfp
Jednostki ratownicze Panstwowej Strazy Pozarnej (PSP) wyposazane s^ w nieznaczn^ liczb^ bezzalogowych statków powietrznych (BSP lub z ang. UAV) dla potrzeb dzialan ratow-niczo-gasniczych. Wynika to z wielkosci dost^pnych srodków finansowych, które mog^ byc przeznaczone na zakup specjal-nego wyposazenia, jakim s^ BSP. Platformy bezzalogowe mi-nimalizuj^ bezposrednie zagrozenie zdrowia i zycia czlowie-ka, dlatego wci^z rosnie zainteresowanie tymi konstrukcjami. Z uwagi na stosunkowo duze naklady finansowe niezb^dne na zakup odpowiedniego sprz^tu, komendy próbuj^ równiez wykorzystac pieni^dze pozyskane z funduszy unijnych, czego przykladem byly dzialania Komendy Wojewódzkiej Panstwowej Strazy Pozarnej w Bialymstoku (budowa Zintegrowanego Systemu Ochrony Ludnosci i Srodowiska w ukladzie trans-granicznym Polski i Litwy). Efektem kilkuletnich dzialan jest zakup BSP Autocopter G15 produkcji USA [1]. Na podstawie analizy tendencji wykorzystania BSP na swiecie i zastosowa-nych rozwi^zan mozna stwierdzic, ze dominuj^ nast^puj^ce rozwi^zania konstrukcyjne:
• urz^dzenia pionowego startu i l^dowania (smiglowce, jedno - i wielowirnikowe);
• platowce startuj^ce z katapulty oraz pasa startowego,
• aerostaty [2].
Obszary zastosowan BSP w dzialaniach Strazy Pozarnej :
• prowadzenie rozpoznania i pomiarów skazen w strefie niebezpiecznej np. w sytuacji zagrozenia czynnikami chemicznymi,
• monitorowanie obszarów lesnych, sytuacji powodziowej oraz prac inspekcyjnych,
• monitorowanie sytuacji w czasie szeroko poj^tych wy-padków komunikacyjnych,
• obserwacje pozaru budynków i ich analiza,
• tworzenie sieci dozorowych i l^cznosci [2].
Zgodnie z obowi^zuj^cymi zasadami opisanymi w Rapor-cie o aktualnym stanie prawnym odnosz^cym si§ do bezzalogowych statków powietrznych Urz^du Lotnictwa Cywilnego, w Polsce, na dzien dzisiejszy, wolno wykonywac loty w zasi^gu wzroku operatora. W przypadku lotów innych niz rekreacyjne i sportowe nalezy posiadac swiadectwo kwalifikacji, badania lotniczo-lekarskie odpowiedniej klasy oraz ubezpieczenie. BSP ci^zsze niz 25 kg musz^ uzyskac pozwolenie na wykonywanie lotów w kategorii specjalnej, natomiast loty poza zasi^g wzroku operatora mozliwe s^ jedynie w wydzielonych strefach. Pierw-sze polskie regulacje prawne dotycz^ce bezzalogowych statków powietrznych (BSP) zostaly zawarte w Ustawie z dnia 3 lip-ca 2002 r. Prawo lotnicze (Dz. U. z 2012 r., poz. 933, z pózn. zm.), kiedy to nowelizaj z dnia 30 czerwca 2011 roku (weszla w zycie 19 wrzesnia 2011 r.) wprowadzone zostalo rozwi^za-nie, zgodnie z którym wykonywanie lotów bezzalogowych jest dopuszczone, przy zalozeniu spelnienia okreslonych wymo-gów dotycz^cych wyposazenia statków wykonuj^cych takie loty oraz kwalifikacji personelu lotniczego. Zgodnie z zapisami ustawy szczególowe warunki i zasady wykonywania lotów bezzalogowych zostaly okreslone w odpowiednich rozporz^dze-niach, które zostaly omówione ponizej [3].
Zasady wykonywania lotów w zasi^gu wzroku pilota i bezpiecznej eksploatacji BSP nie ci^zszych niz 25 kg oraz kwestie zwi^zane z ubezpieczeniem zostaly okreslone w Roz-porz^dzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodar-ki Morskiej z dnia 26 marca 2013 r. w sprawie wyl^czenia za-stosowania niektórych przepisów Ustawy - Prawo lotnicze do niektórych rodzajów statków powietrznych oraz okreslenia warunków i wymagan dotycz^cych uzywania tych statków (Dz. U. z 2013 r., poz. 440) [3].
Zasady licencjonowania personelu lotniczego (na chwi-
obecn^ dotycz^ jedynie operatorów) okreslono w Rozpo-
D01:10.12845/bitp.41.1.2016.8
rz^dzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 7 czerwca 2013 r. w sprawie swiadectw kwalifikacji (Dz.U. z 2013 r. Nr 664). Dokument okresla zasady i warunki uzyskiwania uprawnien do wykonywania lotów w zasi^gu (VLOS) oraz poza zasi^giem wzroku (BVLOS)[3].
Dopuszczenie do lotów bezzalogowych statków powietrznych ci^zszych niz 25 kg okreslono w Rozporz^dzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 26 kwietnia 2013 r. w sprawie przepisów technicznych i eks-ploatacyjnych dotycz^cych statków powietrznych kategorii specjalnej, nieobj^tych nadzorem Europejskiej Agencji Bezpieczenstwa Lotniczego (Dz. U. z 2013 r. Nr 524). Rozporz^-dzenie przewiduje koniecznosc uzyskania zgody na wykonywanie lotów w kategorii specjalnej dla UAV ci^zszych niz 25 kg [3].
Zasady wykonywania lotów poza zasi^giem wzroku pilota (operacji, podczas których zdalna zaloga wykonuje lot, uzywaj^c do nawigacji przyrz^dów pokladowych lub kamery pokladowej) zostan^ okreslone w rozporz^dzeniu w sprawie szczególowego sposobu i warunków wykonywania lotów przez bezzalogowe statki powietrzne w polskiej przestrzeni powietrznej oraz procedur wspólpracy operatorów tych statków z instytucjami zapewniaj^cymi sluzby ruchu lotniczego. W chwili obecnej trwaj^ prace nad tresci^ rozporz^dzenia. W zwi^zku z powyzszym loty BSP poza zasi^giem wzroku, ze wzgl^dów bezpieczenstwa, s^ mozliwe jedynie w wydzielonej specjalnie do tego celu przestrzeni powietrznej, co jest zgodne z zapisami art. 126 Ustawy z dnia 3 lipca 2002 r. Prawo lotnicze (Dz. U. z 2012 r. poz. 933, z pózn. zm.) [3]. Modyfikacji i ewentualnej nowelizacji wymaga przykladowo art. 126 Usta-wy Prawo lotnicze, b^d^cy podstaw^ dla wykonywania lotów bezzalogowych w polskiej przestrzeni powietrznej. Wymaga on wyposazenia BSP w takie same urz^dzenia umozliwiaj^ce lot, nawigacji i l^cznosc jak zalogowy statek powietrzny, nie mówi^c jednak nic o urz^dzeniach i systemach odpowiedzial-nych za separaj BSP od innych uzytkowników przestrzeni powietrznej. Dopiero okreslenie wymogów odnosnie uzycia takich systemów b^dzie podstaw^ do zapewnienia odpowiedniego stopnia bezpieczenstwa uzytkowania BSP i zintegrowa-nia ich z zalogowym ruchem lotniczym [3].
Zasadnosc uzywania BSP przez straz pozarn^, wydaje si§ byc poza wszelk^ dyskusj^. Problemy pojawiaj^ si§, gdy do-chodzi do ustalenia rodzaju statków, jakie mialyby byc najlep-sze dla celów akcji strazy pozarnej. Z analizy literatury wyni-ka, ze optymalne bylyby pionowzloty, na przyklad dlatego, ze s^ w stanie wykonac zawis. Jednakze to co, w powszechnym mniemaniu, wygl^da na zalet^ (jak wlasnie zdolnosc do za-wisu), w przypadku strazackiego BSP moze stanowic wad§. Podobnie jest z konstrukcjami startuj^cymi z plyty startowej, jak równiez wystrzeliwanymi w powietrze za pomoc^ katapulty. Kazde z zastosowanych rozwi^zan ma swoje zalety, jak równiez wady [4-5].
W kazdym z sugerowanych obszarów zastosowan moz-na wydzielic elementy powtarzalne, których doskonalenie skutkuje wi^ksz^ efektywnosci^ dzialan. Cwiczenie elemen-tów powtarzalnych prowadzonych podczas szkolen i dzialan pozorowanych moze byc prowadzone z wykorzystaniem rze-czywistego sprz^tu okreslonego rodzaju, w tym wypadku BSP przy ograniczonej ilosci szkolonych operatorów oraz ryzyku uszkodzenia relatywnie drogiego sprz^tu.
Nowoczesnym rozwi^zaniem jest wykonywanie cwi-czen z zastosowaniem wirtualnej rzeczywistosci, co ogra-nicza do minimum ryzyko zniszczenia lub uszkodzenia BSP oraz umozliwia wielokrotne realizowanie zadan w warunkach pelnej powtarzalnosci sytuacji, jak^ mozemy za-stac przy realnych dzialaniach R-G przy jednoczesnym za-pewnieniu bezpieczenstwa operatorowi oraz ograniczeniu kosztów zwi^zanych z prowadzonymi cwiczeniami. Istnie-
j^ce rozwi^zania symulacyjne opracowane s^ w wiçkszo-sci przypadkow przez ich producentow. Przewiduj^ one realizacjç podstawowych zadan zwi^zanych z prawidlow^ eksploata j sprzçtu, nie uwzglçdniaj^c jednak specyfiki wykorzystania przez okreslon^ grupç uzytkownikow. Taka sytuacja wymaga opracowania dedykowanego oprogramo-wania rozszerzaj^ce ogolne wlasciwosci symulacyjne na specyficzne zadania.
2. Zakres mozliwych szkolen operatorow BSP
Zgodnie z obowi^zuj^cymi wymaganiami prawnymi szkolenia operatorow bezzalogowych statkow powietrznych prowadzone s^ przez jednostki posiadaj^ce wymagane uprawnienia nadane przez Urz^d Lotnictwa Cywilnego. Jed-no z nich odbylo siç w dniach 15-17 grudnia 2014 r. w Ko-mendzie Glownej PSP (pierwsze w historii Panstwowej Strazy Pozarnej). Jego celem bylo przygotowanie uczestnikow do eg-zaminu na swiadectwo kwalifikacji operatora bezzalogowego statku powietrznego z uprawnieniami do przeprowadzania operacji w zasiçgu wzroku (VLOS). Szkolenie obejmowalo miçdzy innymi nastçpuj^ce tresci:
• podstawy prawa lotniczego, w tym klasyfikacjç i zarz^-dzanie przestrzeni^ powietrzn^,
• czynnik ludzki w lotnictwie,
• zasady wykonywania lotow VLOS, w tym odpowiedzial-nosc operatora UAV, zdobywanie informacji o wykorzy-stywaniu, zamawianiu i uaktywnianiu stref przestrzeni powietrznej,
• bezpieczenstwo wykonywania lotow w tym rodzaje za-grozen i procedury awaryjne,
• obslugç, budowç i zasady dzialania BSP.
W szkoleniu udzial wziçlo 22 funkcjonariuszy PSP re-prezentuj^cych 10 jednostek organizacyjnych PSP (KG PSP, Lubelsk^, Malopolsk^, Mazowieck^, Podkarpack^, Podlask^, Pomorsk^ i Warminsko-Mazursk^ KW PSP, SGSP i CS PSP w Czçstochowie) oraz funkcjonariusza BOR.
Zajçcia oraz egzamin prowadzili instruktorzy firmy FLY-TRONIC posiadaj^cy licencje egzaminatora UAVO Urzçdu Lotnictwa Cywilnego [6].
Szkolenie z wykorzystaniem rzeczywistosci wirtualnej, przy istniej^cym stanie prawnym, pozwala rowniez na dzia-lanie w obszarze poza zasiçgiem wzroku (BVLOS) z wykorzy-staniem bezzalogowych statkow powietrznych ciçzszych niz 25 kg. Pozwala to na
ominiçcie ograniczen formalno-prawnych przy zachowa-niu mozliwosci trenowania wszystkich obowi^zuj^cych pro-cedur wspolpracy.
3. Podstawowe wlasciwosci symulatorow wirtualnych i ich zastosowanie do prowadzenia szkolen z BSP
Jednym z kierunkow rozwoju systemow szkolen specjali-stycznych jest stosowanie symulatorow wirtualnych i trena-zerow [7], [8], [10], [11]. Pojawienie siç na rynku specjalizo-wanych symulatorow wirtualnych umozliwiaj^cych odwzo-rowanie obiektow z duz^ dokladnosci^ znacznie rozwinçlo mozliwosci ich zastosowania do prowadzenia szkolen spe-cjalistycznych w tym do szkolenia w zakresie bezzalogowych srodkow powietrznych. Zastosowanie symulatorow wirtual-nych do szkolenia ma na celu zast^pienie swiata rzeczywiste-go swiatem wirtualnym. Takie rozwi^zanie dostarcza nowych mozliwosci w zakresie szkolenia, pozwalaj^c na prowadzenie cwiczen w swiecie wirtualnym, ale z wykorzystaniem obo-wi^zuj^cych procedur oraz rzeczywistego lub zblizonego do rzeczywistego wyposazenia [9], [12-15].
DOI:10.12845/bitp.41.1.2016.8
Mozliwosci zastosowania symulatorow wirtualnych do prowadzenia szkolen w zakresie bezzalogowych srodkow po-wietrznych wynikaj^ z nastçpuj^cych wlasciwosci tych symu-latorow:
• symulacja przebiegu scenariusza;
• mozliwosc budowy i modelowania wlasnych obiektow modeli BSP, nawet takich ktore nie istniej^ w rzeczywistosci;
• mozliwosc budowy wlasnych map z odwzorowaniem rzeczywistych obszarow nawet do 2000 km x 2000 km;
• mozliwosc budowy wlasnych scenariuszy;
• mozliwosc programowania warunkow atmosferycznych oraz zachowania symulowanego srodowiska naturalnego;
• mozliwosc ingerencji instruktora w trakcie symulacji co zwiçksza realizm prowadzonego cwiczenia;
• mozliwosc programowania zachowania obiektow;
• mozliwosc rejestrowania i odtwarzania przebiegu symulacji (ang. AAR - After Action Review).
• Stosuj^c symulatory wirtualne do wspomagania szkolenia, mozna osi^gn^c nastçpuj^ce korzysci:
• zmniejszenie kosztow szkolen;
• cwiczenie sytuacji, ktore s^ bardzo trudne do odtworze-nia w rzeczywistosci;
• cwiczenie sytuacji, ktore nie s^ mozliwe do odtworzenia w rzeczywistosci ze wzglçdu na duze koszty lub duze za-grozenia dla cwicz^cych;
• mozliwosc cwiczenia efektywnosci procedur oraz weryfi-kacja nowych procedur;
• mozliwosc cwiczenia z uzyciem urz^dzen, ktorych jesz-cze nie wyprodukowano.
Zaawansowane srodowiska symulacji wirtualnej takie jak VBS3 umozliwiaj^ budowç szerokiego zakresu stanowisk szkoleniowych [16], [17-20]. Srodowiska symulacji wirtualnej charakteryzuj^ siç duz^ wiernosci^ symulowanych dzialan oraz wysok^ jakosci^ zobrazowania. Zasadniczym komponentem srodowisk symulacji wirtualnej jest silnik sy-mulacyjny i graficzny, ktorych podstawowym zadaniem jest zarz^dzanie:
• symulacji;
• przetwarzaniem zdarzen zwi^zanych z fizyk^ podstawo-wych zjawisk (m.in.: kolizje, interakcje, uderzenia, zde-rzenia obiektow, balistyka, zjawiska meteorologiczne, efekty dzialan obiektow);
• procesem generowania obrazu (m.in.: zobrazowanie te-renu, obiektow, animacje, efekty);
• zachowaniem obiektow (AI) pojedynczych obiektow, np. zolnierzy, ludnosci cywilnej, zwierz^t.
4. Projekt przykladowego modelu wirtualnego bezzalogowego statku powietrznego
Budowa modelu wirtualnego przykladowego bezzalogowego srodka powietrznego ma na celu odwzorowanie jego zachowania i realizowanych funkcji. Zaprezentowany model wirtualny odwzorowuje nastçpuj^ce funkcje BSP:
• dynamika i parametry lotu,
• start i l^dowanie,
• sterowanie parametrami lotu,
• widok z kamery BSP.
• sterowanie parametrami kamery (zoom, widok dzienny, termalny i noktowizja).
Podstawowym elementem modelu BSP jest jego model 3D oraz odwzorowanie jego wygl^du. Siatkç 3D wykonuje siç z wykorzystanie specjalizowanych narzçdzi. Rycina 1 przedstawia okno glowne aplikacji do projektowania sia-tek 3D obiektow. Na rycinie widac projekt przykladowego BPL.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
D01:10.12845/bitp.41.1.2016.8
Ryc. 1. Okno aplikacji do projektowania sia Fig. 1. Application window for the design o]
Rycina 2 przedstawia szczegoly modelu, w ktorym od-wzorowano:
• fizyczne rozmiary poszczegolnych elementow kon-strukcyjnych,
• nap^d,
• uklad jezdny,
• zamieszczenie glowicy obserwacyjnej,
• elementy ukladu sterowania.
Z punktu widzenia szkolen jednym z najwazniejszych elementow bezzalogowca jest glowica obserwacyjna, ktora w modelu 3D jest odwzorowana z duz^ dokladnosci^ i jed-
3D obiektow do symulatora wirtualnego [15] ) network of items for a virtual simulator [15]
noczesnie oprogramowana tak, aby umozliwic generowanie odpowiedniego widoku i interakcji z cwicz^cym. Rycina 3 przedstawia przykladowe zobrazowanie glowicy.
Model siatki 3D jest tylko jednym z aspektow, ktore nale-zy zamodelowac. Oprocz podstawowej siatki 3D nalezy zbu-dowac osobne modele odwzorowuj^ce zachowanie obiektu w symulacji wirtualnej:
• model kolizyjny i rozmieszczenia mas (Geometry),
• model generowania cienia (ShadowVolume),
• model do zniszczen (Fire Geometry)
• szczegolne punkty ulegaj^ce zniszczeniu (Hit points),
Ryc. 2. Model 3D przykladowego BSP [15] Fig. 2. 3D model of an exemplary UAV [15]
Ryc. 3. Model 3D glowicy BSP [15] Fig. 3. 3D model of a UAV head [15]
D01:10.12845/bitp.41.1.2016.8
Ryc. 4. Model Geometry i Fire Geometry przykladowego BSP [15] Fig. 4. Model Geometry and Fire Geometry of an exemplary UAV [15]
• model widocznosci dla AI (View Geometry)
• punkty kontaktu z podlozem (Land Contacts),
• szczegolne punkty (Memory points)
Rycina 4 przedstawia przykladowe siatki Geometry i Fire Geometry.
W modelu odwzorowywane jest nagrzewanie sif ele-mentow napfdowych. Efekt nagrzewania elementow obiektu uzyskuje sif poprzez definicjf tektur odwzorowuj^cych ich tempo i natfzenie nagrzewnia w zaleznosci od intensywnosci pracy (ryc. 5).
W symulacji wirtualnej oprocz modelu BSP odwzorowa-nie musi bye rowniez jego otoczenie oraz sytuacja, w ktorej ma bye realizowane ewiczenie. Aby uruchomie okreslone ewiczenie, wymagane jest przygotowanie:
• mapy wirtualnej z odwzorowaniem obszaru dzialan,
• urz^dzen steruj^cych do BSP,
• osoby, ktora w symulacji wirtualnej odzwierciedla dzia-lania ewicz^cego.
W dalszej czfsci przedstawiony jest przykladowy scena-riusz, ktory umozliwia prowadzenie dzialan z wykorzysta-
1
Ryc. 5. Odwzorowanie nagrzewania czfsci napfdowych BSP [15] Fig. 5. Heat mapping of the UAV drive [15]
Ryc. 6. Mapa wirtualna (widok 2D) okolic terminala lotniczego w Modlinie [17] Fig. 6. Virtual Map (2D view) of the Modlin air terminal surrounding environment [17]
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
niem BSP w obrçbie terminalna lotniczego w Modlinie. Rycina 6 oraz rycina 7 przedstawiaj^ mapç wirtualn^ wykonana w symulatorze VBS3 okolic terminala lotniczego w Modlinie. Z wykorzystaniem takiej mapy mozna prowadzic roznego typu Cwiczenia zwi^zane z prowadzeniem dzialan z zakresu bezpieczenstwa zwi^zanego z funkcjonowaniem terminala lotniczego.
Przykladowy scenariusz zawiera osobç Cwicz^c^, stacjç steruj^c^ oraz BSP. Rycina 8 przedstawia zobrazowanie 3D przykladowego scenariusza w symulatorze VBS3 do prowa-dzenia cwiczen w zakresie sterowania parametrami lotu oraz obserwacji terenu z wykorzystaniem kamery zamontowanej na BSP.
D01:10.12845/bitp.41.1.2016.8
Najwazniejszym elementem szkolenia z wykorzystaniem BSP jest mozliwosc sterowania tras^ lotu drona oraz obserwacji otoczenia z wykorzystaniem kamery. W momencie uruchomienia scenariusza na ekranie szkolonego pojawia siç widok z kamery (ryc. 9), a komputer staje siç staj steruj^c^ BSP. Z wykorzystaniem klawiatury operator (Cwicz^cy) moze wydawac polecenia dronowi.
Po wystartowaniu operator moze sterowac zarowno tra-s^ lotu, jak i kierunkiem patrzenia kamery. Rycina 10 przedstawia przykladowe zobrazowanie z kamery w trybie wolnej obserwacji (rçczne sterowanie kamery) oraz tryb pracy z za-blokowanym punktem obserwacji (automatyczne sledzenie wskazanego punktu).
Ryc. 7. Mapa wirtualna (widok 3D) okolic terminala lotniczego w Modlinie [17] Fig. 7. Virtual Map (3D view) of the Modlin air terminal surrounding environment [17]
Ryc. 8. Podstawowy scenariusz do cwiczen w zakresie wykorzystania BSP [17] Fig. 8. Basic scenario for training in the use of UAV [17]
Ryc. 9. Widok z kamery bsp na l^dowisku [17] Fig. 9. A view from the drone camera on land [17]
Jjl _
Ryc. 10. Widok z kamery BSP w trakcie lotu [17] Fig. 10. A view from the UAV camera in flight [17]
Ryc. 11. Widok z kamery termalnej BSP [17] Fig. 11. A view from a UAV thermal camera [17]
Symulator odzwierciedla takze widok z wykorzystaniem kamery termalnej, ktora bardzo cz^sto montowana jest w BSP. Rycina 11 przedstawia widok z kamery termalnej dzialaj^cej w trybach ciepla biel i ciepla czern.
5. Podsumowanie
Zastosowanie symulatorow wirtualnych do szkolenia operatorow BSP stanowi alternatyw^ dla kosztownych i obar-czonych duzym ryzykiem cwiczen na rzeczywistym sprz^cie.
Symulatory wirtualne pozwalaj^ na prowadzenie szkolen operatorow BSP we wszystkich dopuszczalnych przepisami Urz^du Lotnictwa Cywilnego zakresach takich jak opera-cje w zasi^gu wzroku (VLOS) oraz poza zasi^giem wzroku
(BVLOS) z wykorzystaniem bezzalogowych statkow po-wietrznych ci^zszych niz 25 kg.
Zastosowanie roznorodnych scenariuszy zaimplemen-towanych w srodowisku symulacji wirtualnej umozliwia przeprowadzenie szerokiego zakresu cwiczen w tym takich, ktorych ze wzgl^dow bezpieczenstwa nie przeprowadza si§ w rzeczywistych warunkach.
Ze wzgl^du na zaimplementowane wlasciwosci srodowi-ska symulacyjnego istnieje mozliwosc integracji prowadzo-nych cwiczen. W odpowiednio wyposazonej sali szkolenio-wej symulator stanowiska operatora BSP moze byc elemen-tem szerszego cwiczenia, w ktorym uczestnicz^ inne osoby.
Symulatory wirtualne w systemach szkoleniowych znaj-duj^ szczegolne zastosowanie w ramach zagadnien zwi^za-
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
nych z bezpieczenstwem i obronnosci^. Stosowanie rozwi^-zan zaprezentowanych w niniejszym opracowaniu umozliwia szkolenie zarówno operatorów BSP, jak i zastosowanie BSP (jednego lub wielu) do pozyskiwania informacji stanowi^-cych podstawf podejmowania decyzji. Przykladami takich cwiczen s^ rozpoznania prowadzone przez jednostki wojsko-we lub cywilne realizowane w ramach etatowych zadan.
Literatura
[1] Portal internetowy bezzalogowce.pl, http://bezzalogowce.pl [dostfp: 28.03.2015].
[2] Carichenko S.G., Ekstramalnaya robototekhnika v mchs rossiii -zadachi i perspektivy, BiTP Vol. 28 Issue 4, 2012, pp. 97-105.
[3] Bezzalogowe statki powietrzne w Polsce. Raport o aktualnym stanie prawnym odnoszqcym sif do bezzalogowych statków powietrznych (Raport otwarcia), Urz^d Lotnictwa Cywilnego, Zespól do spraw bezzalogowych statków powietrznych, Warszawa 2013.
[4] Eksperyment - dron dla Strazy Pozarnej [dok. eletr.] http:// bezzalogowce.pl/eksperyment-dron-dla-strazy-pozarnej/ [dostfp: 28.03.2015].
[5] Tusnio N., Krzysztofik I., Tusnio J., Zastosowanie bezzalogowych statków powietrznych jako elementów mobilnego systemu monitorowania zagrozen pozarowych, „Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inzynieria bezpieczenstwa" Vol. 5 Issue 2 (16), 2014, 101-114.
[6] Strona glówna Panstwowej Strazy Pozarnej, http://www.straz.gov [dostfp: 18.12.2014].
[7] Kaczmarczyk A., Kacprzak M., Maslowski A., Wielopoziomowy trening symulacyjny w szkoleniu operatorów urzqdzen. Zastosowanie do szkolenia operatorów robotów mobilnych, „Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania" Vol. 50 Issue 11, 92-96.
[8] Roguski J., Wantoch-Rekowski R., Szumiec K., Zastosowanie symulacji wirtualnej w zakresie szkolenia operatorów bezzalogowych platform lqdowych wykorzystywanych do dzialan ratowniczo-gasniczych, BiTP Vol. 36 Issue 4, 2014, pp. 113-123.
[9] Wantoch-Rekowski R. (red.), Programowalne srodowisko symulacji wirtualnej VBS2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
[10] Roguski J., Wantoch-Rekowski R., Koszela J., Majka A.,
Koncepcja symulatora do szkolenia kierowców wozów bojowych PSP w zakresie zadan realizowanych w ramach krajowego systemu ratowniczo-gasniczego, BiTP Vol. 28 Issue 4 2012, pp. 71-81.
D01:10.12845/bitp.41.1.2016.8
[11] Wantoch-Rekowski R., Koszela J., Zastosowania symulatorow do szkolenia w zakresie sytuacji kryzysowych, BiTP Vol. 29 Issue 1, 2013, pp. 113-120.
[12] Koszela J., Drozdowski T., Wantoch-Rekowski R., Przygotowanie danych terenowych na potrzeby symulacji wielorozdzielczej, „Szybkobiezne Pojazdy G^sienicowe" Vol. 31 Issue 3, 2012, 109-118.
[13] Stopniak M., Wantoch-Rekowski R., Rozwoj srodowiska symulacji wirtualnej VBS3, „Szybkobiezne Pojazdy G^sienicowe" Vol. 34 Issue 1, 2014, 149-154.
[14] Koszela J., Wroblewski P., Szymanska A., Wantoch-Rekowski R., Projekt i implementacja mechanizmow sztucznej inteligencji w srodowisku symulacyjnym VBS2, „Szybkobiezne Pojazdy G^sienicowe", Vol. 31 Issue 3, 2012, 119-132.
[15] Serwis internetowy http://www.vbs3.com.
[16] Raport koncowy projektu rozwojowego Nr O ROB 000/ID 1/3 pt. „Opracowanie nowoczesnych stanowisk szkoleniowych zwifkszaj^cych skutecznosc dzialan ratownikow KSRG" finansowany ze srodkow Narodowego Centrum Badan i Rozwoju, 2011-2013.
[17] Koszela J., Szymczyk M., Wantoch-Rekowski R., Raport okresowy zadania VI.9 Opracowanie modeli zachowan osob, jednostek oraz sprzftu Strazy Granicznej na potrzeby srodowiska symulacji wysokiej rozdzielczosci. Projekt rozwojowy nr umowy DOBR/0023/R/ ID3/2013/03 pt. „Wirtualny system doskonalenia taktyki ochrony Granicy Panstwowej oraz kontroli ruchu granicznego" finansowany ze srodkow Narodowego Centrum Badan i Rozwoju, 2012-2015.
[18] Wantoch-Rekowski R., Koszela J., Wstfpne wymagania dotycz^ce oprogramowania symulacyjnego poszczegolnych stanowisk do demonstratora symulatora pojazdu szynowego, opracowanie w ramach programu DEMONSTRATOR+ nr umowy UOD-DEM-1-501/001 pt. „Nowoczesny demonstrator symulatora dla operatorow pojazdow szynowych zwifkszaj^cy efektywnosc i bezpieczenstwo ich dzialania" finansowany ze srodkow Narodowego Centrum Badan i Rozwoju, 2014-2016.
[19] Wantoch-Rekowski R. Koszela J., Analiza dostfpnych technologii i rozwiqzan systemowych w obszarze symulacji wirtualnej zdarzen katastrofy budowlanej, opracowanie w ramach projektu rozwojowego nr umowy DOB-BIO6/03/48/2014 pt. „Innowacyjne rozwiqzania metod stabilizacji konstrukcji budowlanych i technologicznych w warunkach dzialan ratowniczych podczas likwidacji skutkow katastrofy budowlanej" finansowanego ze srodkow Narodowego Centrum Badan i Rozwoju, 2014-2017.
[20] Wantoch-Rekowski R. (red.), Technologieprojektowania trenazerow i symulatorow w programowalnym srodowisku symulacji wirtualnej VBS3, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016.
A A A
dr inz. Jacek Roguski - adiunkt w Biurze Projektów i Obslugi Badan CNBOP-PIB. Zajmuje sif od strony naukowej i praktycz-nej zagadnieniami ochron osobistych oraz problemami eksploatacji urz^dzen i systemów technicznych w jednostkach ochrony przeciwpozarowej. Jest autorem i wspólautorem szeregu artykulów i monografii oraz wyst^pien na konferencjach krajowych i zagranicznych.
dr inz. Roman Wantoch-Rekowski - od roku 1992 pracownik naukowo-dydaktyczny Wydzialu Cybernetyki Wojskowej Akade-mii Technicznej. Czlonek Zespolu Badawczego Modelowania, Symulacji i Informatycznego Wspomagania Decyzji w Sytuacjach Konfliktowych i Kryzysowych. Wspólautor systemów symulacyjnych wdrozonych w Silach Zbrojnych RP. Autor lub wspólautor 10 monografii, 26 rozdzialów w monografiach, ponad 30 referatów na konferencjach krajowych oraz ponad 40 na konferencjach zagranicznych. Specjalista w zakresie metod sztucznej inteligencji oraz zastosowania zaawansowanych systemów symulacyjnych do cwiczen wspomaganych komputerowo.
mgr inz. Maciej Blogowski - zastfpca kierownika w Zespole Laboratoriów Technicznego Wyposazenia Jednostek Ochrony Przeciwpozarowej CNBOP-PIB. Specjalizuje sif w zagadnieniach badania ochron osobistych poddanych dzialaniu promienio-wania cieplnego.
