Виртуальная реальность: новые методы подготовки личного состава МЧС Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 65.01 В.С. Бартош

Институт автоматики и электрометрии, Новосибирск

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ: НОВЫЕ МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ЛИЧНОГО СОСТАВА МЧС

В статье предложен метод подготовки личного состава МЧС, включающий трёхмерную визуализацию объектов, предполагающий анализ текущих параметров среды и прогнозирование их развития во времени.

V.S. Bartosh

Institute of Automation and Electrometry, Novosibirsk

VIRTUAL REALITY: NEW APPROACHES TO TRAINING RESCUE PERSONNEL

A new method for training rescue personnel is proposed, in which environment parameters are measured, analyzed and predicted and 3D visualization is used for presentation.

Крупные аварии и катастрофы последнего времени оказали существенное влияние на развитие общества и отношение государства к проблемам, связанным с чрезвычайными ситуациями. Человеческие жертвы и большие материальные и социальные последствия катастроф вынуждают искать способы улучшения подготовки, модернизации и совершенствования спасательных служб и формирований.

Безусловно, наилучший эффект тренировки личного состава можно получить только в реальных условиях. Традиционных методов подготовки (учебники, видеофильмы, инструкции и пр.) явно не достаточно и эффект от таких методов не очень высок. Огромный разрыв между обучением по книгам и обучением «боем» призвана сократить перспективная технология виртуальной реальности (ВР-технологии). При использовании ВР-технологий уровень концентрации и вовлечения обучаемого персонала существенно выше, что способствует гораздо большему сохранению и использованию приобретенных знаний.

В ходе ликвидации последствий аварийной ситуации процесс принятия решений носит кумулятивный характер, так как требует учета в реальном времени все большего числа факторов. Поэтому сконцентрированное представление руководителям наглядной информации средствами ВР-технологий позволит им принимать решения на качественно более высоком уровне.

Алгоритм ликвидации последствий аварии (ЛПА) описывается большим количеством разноплановых руководящих документов и инструкций и в критической ситуации руководителю ЛПА достаточно сложно своевременно принять оптимальное решение. Четкое взаимодействие руководителя ЛПА и команды спасателей крайне важно, так как любая ошибка может привести к серьезным негативным последствиям. Тренажеры, воссоздающие

виртуальную реальность - это универсальные наращиваемые “инструменты” позволяющие проводить тренинг, обучение, отрабатывать взаимодействие в самых разных чрезвычайных ситуаций, которые смоделировать на натурных учениях экономически не выгодно либо практически не возможно. Занятия на тренажере позволят повысить эффективность, точность и оперативность решений различных задач.

Институт Автоматики и Электрометрии СО РАН и компания "Софтлаб-Нск" имеют 30-летний опыт создания виртуальных тренажеров. В числе заказчиков - ЦПК им. Ю. Гагарина, ОАО РЖД и др. Это позволяет предложить реализацию виртуального тренажера по теме "Спасатель" в трёх направлениях: "Шахты", "Завод", "Город".

Направление "Шахты" отличается развитой 3х-мерной замкнутой структурой выработок в виде лабиринта, в котором возможны зоны с нерабочей вентиляцией. В совокупности с аппаратно-диагностическими средствами обеспечивает:

- Постоянный визуальный контроль состояния основных параметров выработок, влияющих на безопасность проведения работ (наличие метана, угарного газа, задымления) и предупреждение о возможности возникновения чрезвычайных ситуаций;

- Постоянное слежение и представление информации о расположении и состоянии людей;

- Постоянное слежение и контроль работоспособности диагностического оборудования.

При возникновении чрезвычайной ситуации:

- Постоянный контроль и предсказание изменения во времени состояния основных параметров выработок, влияющих на безопасность пребывания людей (распространение метана, угарного газа, задымления, возможность обвалов, возгорания);

- Постоянное контроль и представление информации о расположении и состоянии людей, оставшихся в шахте;

- Поиск оптимальных маршрутов выхода людей из опасной зоны, поиск оптимальных маршрутов следования спасателей к пострадавшим с учетом предсказания изменений состояния основных параметров;

- Быстрое ознакомление работников спасательных служб с топологией участков шахты, маршрутами следования работников шахты и спасателей, расположением специального оборудования (самоспасателей, средств связи и т. д.), наличия различных опасностей на пути следования;

- Быстрое изучение и запоминание спасателями маршрута их следования при помощи виртуальной имитации (показа интерьера выработок) движения по этому маршруту.

Направление "Завод" отличается от Шахт топологией строений, моделирует и визуализирует процессы, происходящие внутри помещений и

на заводской территории. Также отличается выходом из внутренних помещений на открытые воздушные пространства с атмосферной циркуляцией воздуха. Моделирование

- Освещения в зависимости от времени суток (день, ночь);

- Погоды (ясно, дождь, снег), туман, дым;

- Разрушений стен, конструкций, и т.д., характерных для конкретного объекта;

Отработка

- Взаимодействия между членами команды;

- Инструкций по определению наличия и концентрации отравляющих/радиационных веществ на объекте, границы и динамику изменения химического/радиационного заражения;

- Управления необходимыми приборами и датчиками;

- Способов разведки территории воздушным, наземным или пешим порядком;

- Поиска маршрутов эвакуации пострадавших и подъезда спец техники;

- Разбора завалов вручную и с применением техники.

Направление "Город" моделирует и визуализирует следующие процессы, происходящие на большой открытой поверхности: распределение зон разрушений, зон заражений, прогнозирование транспортных потоков.

Оперирует понятиями:

- Квартал, Завод, Здание - Степень разрушений, Степень функционирования, Степень заражения;

- Улица, Пропускная способность, Завал/Заражение/Авария, Автомобильные пробки, Трафик, Перераспределение транспортных потоков;

- Поиск маршрутов эвакуации и маршрутов следования транспортных колонн спец. назначения.

- Воздух, Ветер, Направление, скорость, карта заражения

- Ландшафт, рельеф, карта заражения;

- Водоёмы, карта заражения, карта течений

Методы предоставления визуальной информации

Использование привычных топологических схем:

Топологическая схема объекта является 2.5D электронной картой с возможностью масштабирования, сдвигов и поворотов, обладающая комплектом интерфейсных средств выдачи информации о различных технологических параметрах строений, сооружений. Топологическая схема предназначена для точного и привычного для специалистов ознакомления с топологией и устройством объекта.

Рис. 1. Топологическая схема шахты, показ выбранного участка

Рис. 2. Вид извне. Показ выбранного участка с выделением зоны задымления, указанием расположения людей и их состояния, маршрута выхода людей, расположения спецсредств на маршруте выхода

Трёхмерный вид (вид извне) топологической схемы:

Вид извне предназначен для визуального контроля значительных по размерам участков, выбранных оператором комплекса по тем или иным функциональным критериям. Вид извне должен обеспечить быстрое

ознакомление и запоминание спасателями топологии выбранного участка, визуализацию необходимых для контроля значений параметров выработок (таких как наличие метана, угарного газа, задымления, заражения, температуры окружающей среды), визуализацию расположения людей и их состояния, завалов, специального оборудования, датчиков, а также прокладку и визуализацию оптимальных маршрутов следования людей при возникновении чрезвычайной ситуации. Трехмерное представление вида участка строений извне с возможностью поворотов, сдвигов, и трансфокации виртуальной камеры позволит значительно ускорить понимание и запоминание топологии выбранного участка, так как такое представление наиболее естественно для человеческого восприятия сложных трехмерных образований.

Трёхмерный вид изнутри:

Вид изнутри предназначен для быстрого понимания и запоминания спасателями маршрута следования внутри строений, шахт, расположения людей, специального оборудования на маршруте следования и прилегающих к нему участках, а также визуализации значений необходимых параметров окружающей среды (таких как наличие угарного газа, задымления высокой температуры и др.). Вид изнутри должен формировать у спасателей, которые его изучают, ощущение присутствия внутри выбранного участка. Это позволит им хорошо ориентироваться при проведении спасательных работ даже на незнакомых ранее участках.

Рис. 2. Вид изнутри. Показ выбранного участка с выделением зоны задымления, указанием расположения людей и их состояния, маршрута

следования людей

Организация комплекса

Рис. 3. Внешний вид комплекса. На переднем плане: двухканальный пульт оператора с топологической схемой выбранного участка и видом изнутри. На дальнем плане 6-ти канальная система визуализации, с показом вида извне для готовящихся к операции спасателей

Рабочее место оператора комплекса должно состоять из следующих компонент:

1) Пульт управления комплексом

2) Многоканальная система панорамной визуализации

3) Вычислительная система комплекса

4) Система автоматической подготовки визуальных моделей

© В.С. Бартош, 2010