模擬訓練現(xiàn)狀及模擬演練與3D培訓系統(tǒng)方案

模擬訓練現(xiàn)狀保持一支訓練有素、裝備良好的軍隊是美軍訓練的目標。因此，美軍特別重視訓練。按實戰(zhàn)進行訓練是美軍軍事訓練的一項基本原則。雖然美軍每年不斷增加訓練經(jīng)費，但各種高技術(shù)武器裝備造價昂貴，在部隊訓練中不可能經(jīng)常組織實施各種實裝、實彈演練，只能運用各種模擬器材來模擬高技術(shù)裝備的各種作戰(zhàn)效能，為部隊進行反復演練創(chuàng)造出近似實戰(zhàn)的環(huán)境和條件。一、美軍模擬化訓練的方法目前，美軍把模擬訓練作為軍事訓練的主要方式之一，主要包括：部隊模擬訓練、基地模擬訓練和分布式模擬訓練。（一）部隊模擬訓練部隊模擬訓練，是指采用模擬器材和作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)進行的訓練。模擬器材直接用于復雜裝備的操作技術(shù)訓練；作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)主要用于訓練指揮和參謀人員。1、模擬器材訓練方面。在空軍的飛行程序訓練、空中攻擊訓練，海軍的艦船操縱、目標捕捉、反潛、海上攻擊訓練，陸軍的炮兵射擊、攻防戰(zhàn)術(shù)訓練等多種技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)訓練課目中，都大量運用了這種方法，取得了很好的訓練效果。目前比較先進的訓練器材有：??合成軍作戰(zhàn)訓練器材（1）“凱蒂斯”合成訓練綜合評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)于199O年裝備部隊，它是一種面積殺傷武器戰(zhàn)術(shù)模擬系統(tǒng)，可用于模擬間瞄火力、核生化武器及地雷的作戰(zhàn)效果。該系統(tǒng)除可模擬火炮、火箭和導彈外，還可模擬艦炮火力。它與“邁爾斯”或其它模擬系統(tǒng)兼容。該系統(tǒng)包括4個主控站、52個中繼站、6O0臺接收裝置、6O0套聲光示爆模擬裝置及16臺單兵佩戴的小型化接收裝置。（2）成軍火力支援戰(zhàn)術(shù)訓練模擬器。原稱“閉環(huán)炮兵模擬系統(tǒng)”，它能逼真而廉價地進行炮兵射擊訓練。它可在營區(qū)內(nèi)按照美國陸軍的訓練標準通過模擬實彈射擊來訓練炮兵連或排；它是一個由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的模擬系統(tǒng)。它可用于單個炮兵分隊的訓練，又可進行炮兵閉環(huán)聯(lián)合訓練。它能在合成軍作戰(zhàn)環(huán)境中進行炮兵分隊的訓練，1997年開始裝備部隊。（3）SAWE面積殺傷武器訓練模擬器。該系統(tǒng)用于野戰(zhàn)實兵對抗戰(zhàn)術(shù)訓練，能模擬火炮、化學武器、地雷等武器的殺傷效果和評估傷亡，并可在戰(zhàn)場上產(chǎn)生聲、光模擬效果。該系統(tǒng)模擬范圍廣，從迫擊炮到大口徑火炮、乃至遠程導彈發(fā)射系統(tǒng)、常規(guī)炮彈、化學彈、核彈和雷場均可以模擬。該系統(tǒng)還可強制參訓者采取適當?shù)膶勾胧?，例如在遭受化學武器攻擊時使用防毒面具。該系統(tǒng)兼容性好，可與“邁爾斯Ⅱ”激光交戰(zhàn)模擬器配合使用。??射擊指揮訓練器材（1）“加德菲斯持Ⅱ”炮兵觀察員模擬訓練器。它是野戰(zhàn)炮兵前進觀察員使用的一種可運輸型訓練器。它可將計算機產(chǎn)生的目標和炸點的效果疊印在視盤所提供的背景畫面上。任何與“塔克法”射擊指揮系統(tǒng)兼容的數(shù)字設備均可與該訓練器配套使用。訓練中可以發(fā)射的彈種有改進型常規(guī)彈、瞬發(fā)榴彈、延時榴彈、HC發(fā)煙彈和照明彈。（2）榴彈炮射擊指揮訓練器。這是一種合式訓練器，用于M109A6“帕拉丁”自行榴彈炮的射擊指揮訓練，它為炮兵指揮官提供了練習攻擊多種目標和發(fā)射密集火力的手段，他們還可以用它練習彈藥控制和地面導航。??反坦克武器訓練器材“標槍”反坦克武器系統(tǒng)訓練器。該系統(tǒng)可用于教室內(nèi)和野戰(zhàn)條件下的訓練，是一種輕便的、卓兵攜帶的、“打了就不用管”的反坦克武器。根據(jù)訓練場所不同又分為兩種：一是基本技能訓練器（BST）。用于教室、艦上或營區(qū)內(nèi)的訓練。訓練方案可預編程序，在模擬的指揮發(fā)射裝置內(nèi)可通過彩色液晶顯示器看到目視圖像，訓練器的輕型晝夜熱成像瞄準鏡、發(fā)射控制器和射手的目鏡顯示器合為一體，BST可在野外戰(zhàn)場監(jiān)視、搜索和定位及火力控制方面提供初級訓練；二是野外戰(zhàn)術(shù)訓練器（FTT）。它與“邁爾斯”系列的訓練器相互兼容，不僅可用于射擊訓練，也可用于戰(zhàn)術(shù)對抗訓練。FTT配有“邁爾斯”激光器和發(fā)射模擬器，能合成紅外圖像，模擬300O米遠的導彈。此外，鎖定目標后由跟蹤器為激光器定向，發(fā)射效果模擬器能模擬導彈發(fā)射時的閃光和聲響。??防空武器訓練器材MTS一Ⅱ多種武器操作和戰(zhàn)術(shù)訓練器。它是美國M87“紅眼／毒刺”導彈的第二代產(chǎn)品，199O年1O月裝備部隊，其演習方案的選擇范圍更廣，訓練設備更多，射手可在”毒刺”、“伏爾康一、“標槍”、“小懈樹”等多種武器上進行訓練。它設置在直徑為19．5米或6．09米的圓頂建筑內(nèi)，圓頂建筑作為目標、背景、干擾和紅外圖像的36O度圓周顯示屏幕，它可投射三個獨立的飛機圖像，它們有自己的紅外信號特征和紅外干擾，可記錄和評定受訓者的成績，并可提供數(shù)據(jù)供教官講評使用。??其它（l）炮位偵察雷達訓練器。主要用于AN/TPQ-36T和AN／TPQ?37雷達的操作手和維修人員的培訓，在美國的野戰(zhàn)炮兵學校使用，訓練器能給學員的訓練評分，而學員行為均在教官的顯示器上綜合顯示。（2）機載戰(zhàn)場偵察雷達訓練器。它主要用于訓練士兵和機組人員判讀數(shù)據(jù)和提供近乎實時的戰(zhàn)斗情報，現(xiàn)已裝備美陸軍和空軍。2、作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)訓練方面。位于堪薩斯州利文沃思堡的陸軍作戰(zhàn)指揮訓練中心，于1988年開始實施“戰(zhàn)斗指揮訓練計劃”，即對師級指揮官及其參謀人員進行模擬指揮訓練。它是通過廣泛運用計算機模擬演練與逼真的敵方部隊進行對抗的作戰(zhàn)原則，并在指揮的各個環(huán)節(jié)上進行合成實踐。既可以提高高級指揮官和參謀人員的指揮水平，又可以檢驗作戰(zhàn)指揮程序，使作戰(zhàn)指揮程序標準化。94年上半年美海軍先后5次以我軍為假想改進行計算機模擬演練。演練設想2O1O年美海軍第7艦隊及其支援力量在中國沿海巡邏時，觸發(fā)中美海戰(zhàn)。計算機模擬顯示我軍擁有岸基和潛射精確制導遠程巡航導彈、戰(zhàn)場機器人等先進的武器裝備和快速部署能力，而在空問部署了包括反衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的武器系統(tǒng)。中國軍隊首先以反衛(wèi)星系統(tǒng)擊毀美偵察衛(wèi)星，并向前進基地快速部署海空兵力。隨后以大量的岸基和潛射巡航導彈齊射美指揮艦和航母，以導彈、航空兵攻擊美編隊作戰(zhàn)艦艇，最后美指揮艦和航母被擊沉，航母編隊其它作戰(zhàn)和輔助艦只被重創(chuàng)。（二）基地模擬訓練訓練基地是美軍進行正規(guī)集體訓練的重要場所。各訓練基地都集中采用了模擬訓練的方法。其中設在加利福尼亞州歐文堡的國家訓練中心是美國陸軍最大的訓練基地，該中心的模擬訓練最具有代表性。國家訓練中心建于1980年，占地面積260O平方公里，其中訓練場地225O平方公里。這里氣候于燥，人煙稀少，地形復雜，既有沙丘又有高地?；貎?nèi)設有對抗演習、實彈射擊、后備役部隊三個訓練場地，設置了l00多個種類目標，安裝有現(xiàn)代化電子、光學模擬訓練設施，為受訓部隊提供了一個近似戰(zhàn)場的環(huán)境?；貎?nèi)還駐有一個坦克營和一個機步營的專任假想敵部隊，按原蘇軍摩托化步兵團編成，由經(jīng)過特別挑選的100O多名官兵組成，在國家訓練中心服役4年，這就為受訓部隊提供了一個近乎真實的對手。此外，還有300多人的施訓和管理部隊。訓練過程一般為三個階段：第一階段，模擬美本土部隊增援海外戰(zhàn)區(qū)和戰(zhàn)略空運。受訓的坦克營、機步營及旅司令部人員從其駐地空運到歐文堡基地附近的空軍基地，爾后通過陸路開進歐文堡，領(lǐng)取預存作戰(zhàn)裝備。第二階段，進行逼真的、近似實戰(zhàn)的合成訓練。輪訓部隊在戰(zhàn)術(shù)空軍支援下與假想敵部隊進行地面攻防作戰(zhàn)與電子對抗演練。第三階段，進行實彈射擊。訓練射擊場設置的由電子計算機控制的自動隱現(xiàn)目標，顯示敵軍的各種兵配置。訓練中心配置的多種綜合激光模擬交戰(zhàn)系統(tǒng)裝在陸軍各種武器上，射出激光編碼束。射擊后，目標（人或車輛）上的該系統(tǒng)可計算出是輕傷還是致命傷，以及對武器的毀傷程度整個演練過程攝制成錄像，成績由計算機運算，作為鑒定的重要依據(jù)，為參訓軍官和部隊提供極為有用的訓練檔案。該中心每年可施訓陸軍14個旅42個營。目前，已有930個營次在此訓練過。進入90年代后，該訓練中心又建立了模擬火炮和空中火力系統(tǒng)，研制能穿透煙霧的激光交戰(zhàn)系統(tǒng)，建成了可進行模擬的模擬器網(wǎng)絡。國家訓練中心實兵對抗的主要特點是：（1）具有較強的實戰(zhàn)對抗性。訓練中心作戰(zhàn)環(huán)境真實，近似實戰(zhàn)，駐有一支訓練有素的反方部隊，具有豐富的經(jīng)驗。在演習過程中強調(diào)針鋒相對，獨立性、竟爭性強，實戰(zhàn)氣氛濃，能夠極大提高部隊實踐能力。陸軍有關(guān)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過國家訓練中心訓練的部隊在作戰(zhàn)中取勝的機率比未經(jīng)訓練的部隊高15倍。（2）以現(xiàn)代化設施保障演練。訓練過程中運用激光和電子多種模擬手段進行演練，不僅可以實施各種對抗演習，而且可以詳細記錄、分析各種訓練材料，向受訓部隊提出改進意見和建議。（3）提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。與實戰(zhàn)一樣，在營旅指揮所設置火力協(xié)調(diào)組，由炮兵連長任協(xié)調(diào)組組長，空軍向指揮所派聯(lián)絡宮，以全面協(xié)調(diào)對步兵裝甲兵火力支援。由于該中心與內(nèi)利斯空軍基地相鄰，便于進行陸空協(xié)同作戰(zhàn)演練。（三）分布式模擬訓練美軍認為“虛擬模擬是21世紀的主要訓練方式”，并加緊研制各種模擬系統(tǒng)。已研制的虛擬現(xiàn)實模擬系統(tǒng)可在視覺、聽覺和觸覺等方面逼真地顯現(xiàn)未來戰(zhàn)爭中可能出現(xiàn)的各種情況，可訓練沒有打過仗的指揮官身臨其境般地體驗戰(zhàn)爭，可使駐扎在世界各地部隊通過聯(lián)網(wǎng)同時演練同一想定，可在同一模擬系統(tǒng)上演練在不同國家、不同地形、不同氣候條件下與不同作戰(zhàn)對象實施的各種不同的戰(zhàn)爭行動。美國擁有聯(lián)結(jié)歐、亞、美的計算機問，回此美軍可以利用現(xiàn)成的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)進行模擬演練。在美韓“乙支?焦點透鏡”演習中，美成功運用了聯(lián)結(jié)亞、歐、美三大洲的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，進行了全球應急支援朝鮮半島作戰(zhàn)的演練。美軍的年度演習“回師德國”，原先需將部隊從美國本土輸送到德國展開，通常要進行大規(guī)模的調(diào)動，最多時達4萬人，并需支付因破壞環(huán)境而導致的大量賠償。在94年舉行的該演習中，美軍依靠防務模擬網(wǎng)絡，僅調(diào)兵2500人，避免了大規(guī)模的部隊調(diào)動，節(jié)約了大量經(jīng)費。美軍目前的這種高級分布式模擬訓練系統(tǒng)主要有：??訓練模擬器：利用圖形仿真技術(shù)，模擬實物實景，安裝在單個坦克、裝甲車或飛機上，可進行車組與機組人員的訓練，將車組與車組，機組與機組訓練模擬器聯(lián)接在一起，便可以訓練部隊協(xié)同作戰(zhàn)。不同類型的模擬器也可以聯(lián)接，或是異地相連，可使分布在各地的參訓部隊共享一個數(shù)據(jù)庫，使射擊程序、指揮控制、遠距離空中人力支援等科日的訓練都用模擬方式進行，而不必運用裝備和大規(guī)模調(diào)動部隊。??沖突模擬：模擬各種預想的沖突，用于各級參謀機構(gòu)訓練和特種作戰(zhàn)能力的訓練。美海軍正在投資建立的沖突模擬系統(tǒng)能夠聯(lián)接各艦艇的所有戰(zhàn)斗系統(tǒng)以及艦隊基地系統(tǒng)，可分別訓練海軍的防空、突擊、火力支援和水面作戰(zhàn)等，也可進行綜合演練。??輔助系統(tǒng)：輔助系統(tǒng)主要用于輔助訓練模擬系統(tǒng),這些輔助系統(tǒng)將射擊靶場、坦克、裝甲車、定位報告系統(tǒng)與使用多用途激光交戰(zhàn)系統(tǒng)的模擬器及沖突全景模擬器聯(lián)接在一起，可為部隊進行單一軍種和聯(lián)合訓練提供一種由計算機支持的逼真的訓練環(huán)境，使參訓部隊獲得一流的訓練效果。二、美陸軍“六大戰(zhàn)斗實驗室”和“路易斯安娜演習”情況美軍在1992年成立了六個戰(zhàn)斗實驗室：弗吉尼亞州門羅堡的“殺傷力生存作戰(zhàn)實驗室”；俄克拉荷馬州西爾堡的“縱深與同步攻擊實驗室”；肯塔基州諾克斯堡的“乘車作戰(zhàn)空間實驗室”；堪薩斯州利文沃斯堡的“作戰(zhàn)指揮實驗室”；佐治亞州本寧堡的“徒步作戰(zhàn)空間實驗室”和弗吉尼亞州利堡的“戰(zhàn)斗勤務支援實驗室”。1993年開始實施“路易斯安娜演習”，使陸軍部隊能保持高度戰(zhàn)備水平，同時也為陸軍的變革提供理論依據(jù)和動力?！傲髴?zhàn)斗實驗室”分別針對戰(zhàn)場上影響最大的六個方面進行實驗，即增強早期進入部隊的殺傷力和生存力；擴展和控制徒步戰(zhàn)斗空間；擴展和控制乘車戰(zhàn)斗空間；在保護已方部隊的同時在戰(zhàn)場的整個縱深全方位打擊敵人；在運動中及時實施指揮并向所有部隊傳遞近乎實時的信息；使用和再次使用寶貴的資源，以便在戰(zhàn)爭和戰(zhàn)爭行動中維持部隊的戰(zhàn)斗力。戰(zhàn)斗實驗室在實驗中廣泛采用各種模擬手段，其類型主要有三種：一是結(jié)構(gòu)模擬。由各種軍事演習想定方案和程序組成，這種模擬大量應用了程序設計和數(shù)學方法，主要用于推演戰(zhàn)斗發(fā)展過程。二是虛擬模擬。即在大量的人工模機器及其它模擬器材共同營造的作戰(zhàn)氣氛中進行實驗，使用新技術(shù)和樣機的模擬可以降低實驗的費用。三是實兵模擬。即真正的士兵和裝備一起運作參加。“路易斯安娜演習”計劃是美陸軍從1993年開始實施的系列演習計劃，以加強部隊作戰(zhàn)能力和發(fā)展未來作戰(zhàn)思想。該計劃的實質(zhì)在于利用計算機與各司令部及各軍種等有關(guān)單位聯(lián)系起來，創(chuàng)造一種年共享的人工合成環(huán)境，進行分布式交互模擬實驗和演示，通過計算機模擬等綜合性現(xiàn)代化手段，研究和探討新形勢下陸軍部隊建設的重大問題。該演習計劃以計算機模擬為主，戰(zhàn)例分析和實兵演習為輔。其中作戰(zhàn)模擬主要有三種類型：一是環(huán)境模擬。由人工操作各種模擬器通過創(chuàng)造各種逼真的合成環(huán)境，為陸軍提供一種廉價的演練手段，以訓練和考核指戰(zhàn)員。駐德美軍曾用該方式編制了波黑的地形數(shù)據(jù)庫，幫助可能部署在該地區(qū)的美陸軍部隊進行訓練，取得了很好的效果。二是結(jié)構(gòu)模擬。建立計算機化的軍事演習模型，用預編程序進行“戰(zhàn)斗”，替代大規(guī)模實兵演練，可大大縮小參演部隊的規(guī)模。三是實兵模擬。在野戰(zhàn)條件下由士兵使用實物裝備進行演習，并用儀器記錄和顯示演習的全過程，對某些重要的戰(zhàn)場現(xiàn)象（如夜戰(zhàn)）進行模擬。這三種模擬方式可單獨或結(jié)合使用。該計劃具有以下優(yōu)點：（1）有利于部隊訓練和保持良好的戰(zhàn)備狀態(tài)。利用計算機模擬技術(shù)，可脫離實物武器裝備和大面積經(jīng)常、反復地進行軍事訓練；使指戰(zhàn)員的技術(shù)；戰(zhàn)術(shù)水平通過反復演練不斷提高。（2）有助于縮短武器裝備的研料周期；利用計算機模擬方法；可高效、準確地檢驗武器系統(tǒng)的設計方案和戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能標準的合理性，并可隨時發(fā)現(xiàn)和及時解決研制過程中出現(xiàn)的各種問題，還可少做或不做實物樣機，達到有效利用時間，縮短研制周期。（3）有助于制定正確的條令、戰(zhàn)術(shù)和合理的編制。利用計算機模擬技術(shù)可對新制定的條令、戰(zhàn)術(shù)和編制反復模擬、反復修改，使其逐漸趨于合理并達到最佳水平。（4）有助于評估新武器的效能。利用“戰(zhàn)斗綜合測試與訓練評定系統(tǒng)”可較簡便地對武器裝備的作戰(zhàn)效能進行評定，這樣可做到在戰(zhàn)前而不是戰(zhàn)后對武器裝備進行檢驗，既經(jīng)濟又省時。三、模擬訓練的發(fā)展趨勢依賴高技術(shù)的作戰(zhàn)模擬，隨著迅速崛起的信息革命也在進一步發(fā)展，并呈現(xiàn)以下趨勢：（一）從集中式模擬向分布式模擬發(fā)展集中式模擬是將整個模擬系統(tǒng)集中在一個或幾個相鄰建筑內(nèi)，通過統(tǒng)一管理方式進行模擬。例如，美軍的安那波利斯海軍學院是美海軍海戰(zhàn)模擬訓練中心，參訓人員要想來此訓練，必須從太平洋、大西洋、印度洋和地中海的各個艦隊經(jīng)長途跋涉來到該中心才能使用這些設備。現(xiàn)在通過“分布式模擬”可使不同地域的作戰(zhàn)單位及各級指揮官在“同一個環(huán)境”下進行作戰(zhàn)模擬訓練。（二）從單項演練向協(xié)同作戰(zhàn)和空地一體聯(lián)合作戰(zhàn)演練發(fā)展美軍認為，任何一個單一的軍種都無法靠自己的力量來研制一個具有廣泛適應性的模擬系統(tǒng)，軍種間聯(lián)合演習變得更為重要。為此，各軍種間應達成體系結(jié)構(gòu)和標準化協(xié)議的統(tǒng)一。1988年美國防科學委員會關(guān)于把計算機應用于訓練和作戰(zhàn)演習的一個專門工作組發(fā)表評論說：“各軍兵種應用于訓練的大部分結(jié)構(gòu)仿真都有不具有互操作性，因此建議采用一些措施?！彼?，高級研究計劃局開發(fā)了聚合層仿真協(xié)議（ALSP），以互聯(lián)戰(zhàn)區(qū)級結(jié)構(gòu)仿真，并且很快成功地用于廣泛地支持聯(lián)合的和合成的訓練演習（例如，“大西洋決心”、“統(tǒng)一企圖”、“烏爾齊聚焦鏡”）。1994年1月國防部批準了“國防部建模與仿真”主計劃，該計劃建議：“擴大真實的、虛擬的和結(jié)構(gòu)仿真相結(jié)合的仿真結(jié)構(gòu)工作”，以開發(fā)分布式交互仿真（DIS）標準和協(xié)議，以保障地理上分散的異地的真實、虛擬和結(jié)構(gòu)仿真的互操作性。這就從政策、管理、資金、技術(shù)力量等各方面保證了該標準的建立和執(zhí)行。美軍正在研制的“分布式交互模擬系統(tǒng)”可使參加演習的各軍種部隊進行協(xié)同演練，并進一步進行與各國部隊的協(xié)同演練。（三）通信指揮控制與情報系統(tǒng)逐步納入模擬環(huán)境之中在模擬訓練時，通常不使用真實的通信指揮控制與情報系統(tǒng)，因此這些系統(tǒng)無法接受模擬訓練的檢驗。從而在戰(zhàn)時可能出現(xiàn)意想不到的麻煩，美軍在分布式模擬訓練中，使用與戰(zhàn)時相同的通信裝備和偵察報知器材，可對武器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、人員素質(zhì)和指揮藝術(shù)作一體化的檢驗。四、美軍對訓練革命的幾點看法第二次訓練革命出現(xiàn)在8O年代，當時計算機技術(shù)有了飛速發(fā)展，促使了美軍訓練方式的變革。“射擊訓練裝置”和“戰(zhàn)斗指揮訓練計劃”是這次訓練變革的先驅(qū)。模擬射擊訓練裝置實際上是坦克和步兵戰(zhàn)斗車輛的模擬器。車長和炮手可練習并提高在各種復雜條件和難度下的作戰(zhàn)技能。為了幫助軍師指揮官及參謀人員提高作戰(zhàn)能力，198O年，由陸軍參謀長邁耶將軍倡導，在堪薩斯州的利文沃斯堡開創(chuàng)了戰(zhàn)斗指揮訓練中心、開始實施“戰(zhàn)斗指揮訓練計劃”。利用計算機模擬技術(shù)，針對逼真的戰(zhàn)場環(huán)境和敵軍，演練美軍的作戰(zhàn)原則，具體訓練各級指揮官協(xié)調(diào)指揮部隊的行動，訓練戰(zhàn)役作戰(zhàn)的指揮控制和快速決策。擔任軍師指揮的將軍們使用逼真的演習程序來訓練身邊的參謀人員和下屬主要司令部。美軍認為，海灣戰(zhàn)爭中那種快的令人難以喘息的決策速度和行動速度就是這種戰(zhàn)斗指揮訓練的結(jié)果。其實質(zhì)是：①可更有效地使用實際訓練時間；②可鞏固和發(fā)展復雜的戰(zhàn)斗技能；③可演練現(xiàn)實中很難遂行的作戰(zhàn)任務；④可將現(xiàn)實同人工環(huán)境相結(jié)合。美軍對第二次訓練革命的看法有以下三點：（一）美軍的第二次訓練革命，不僅僅是第一次訓練革命漸進過程中量的速加，更是一種質(zhì)的飛躍。第一次訓練革命的標志是從以時間為標準的訓練向以技能為標準的轉(zhuǎn)變。第一次訓練革命中“系統(tǒng)化”（Systematization）的概念指單兵、部（分）隊以任務為基礎(chǔ)的系統(tǒng)訓練，而第二次訓練革命強調(diào)的是更高層次的系統(tǒng)集成（systemofsystems）。按照系統(tǒng)集成的原則，美軍在與有關(guān)盟國軍隊之間、美各軍種之間、各兵種之間、戰(zhàn)斗系統(tǒng)之間、戰(zhàn)斗支援與戰(zhàn)斗勤務支援系統(tǒng)之間、各級部隊之間進行系統(tǒng)的訓練，通盤考核訓練的組織、內(nèi)容、方法、管理和保障，使三軍的訓練組成一個大系統(tǒng)，保證美軍具備從一項任務轉(zhuǎn)向另一項任務，從一個戰(zhàn)區(qū)調(diào)往另一個戰(zhàn)區(qū)，從一種作戰(zhàn)類型轉(zhuǎn)向另一種作戰(zhàn)類型、從戰(zhàn)爭行動轉(zhuǎn)為非戰(zhàn)爭行動的能力。（二）第二次訓練革命不是單一的軍種行為，而是在美軍高層決策機構(gòu)指導下的三軍共同行動。在第一次訓練革命中，海軍搞自己的“神炮手”計劃，空軍實施自己的“紅旗”計劃，陸軍先是無動于衷，爾后才開始搞自己的訓練中心，三軍訓練改革并沒有形成適應聯(lián)合作戰(zhàn)的訓練機制。而第二次訓練革命開始之際，美三軍就聯(lián)合作戰(zhàn)問題，逐漸結(jié)束爭吵，開始達成共識，不僅在實施三軍聯(lián)合訓練上協(xié)同行動，而且在作為第二次訓練革命標志的訓練模擬系統(tǒng)的建設上也加強了協(xié)作。如陸空軍共同開發(fā)的訓練模擬器，可以相互連接，共享一個數(shù)據(jù)庫；陸軍坦克裝甲車與空軍的近距離支援飛機共同以模擬方式演練射擊程序、指揮控制、近距離空中火力支援協(xié)調(diào)等。（三）第二次訓練革命，走的是一條費省效宏的練兵之路，但并不是也不可能取代真槍實彈的訓練。用模擬的方法可以反復、節(jié)省、安全地訓練一支部隊在逼真模擬的戰(zhàn)場環(huán)境中的各類作戰(zhàn)行動，使他們在真正走向?qū)嵄鴮崗椦萘暻熬鸵丫邆湎喈敻叩氖炀毘潭龋踔量梢酝ㄟ^模擬超前性地訓練尚未裝備的武器系統(tǒng)，為未來戰(zhàn)爭作好準備。但正如美軍所言，“實況訓練仍是美軍訓練的基礎(chǔ)”。美軍承認，目前美軍的訓練模擬技術(shù)還存在許多局限性。如：只有直瞄武器系統(tǒng)的戰(zhàn)場效果能夠被復制，美軍還不能完全復制間瞄火力以及手榴彈、榴彈發(fā)射器等武器的戰(zhàn)場效果，盡管美軍正在下大力改進，但有一點是不可改變的，即無論模擬技術(shù)如何發(fā)展，在嚴酷條件下的真槍實彈的訓練還是必不可少的。 模擬演練與3D培訓系統(tǒng)方案煤科集團沈陽研究院有限公司2014/2/28一、模擬演練技術(shù)資料DMX-135A仿真模擬與演練評價系統(tǒng)說明系統(tǒng)型號DMX-135DMX-135A通道長度多功能模擬訓練系統(tǒng)2．系統(tǒng)簡介“3D-VR煤礦事故仿真和安全培訓演練系統(tǒng)”是我院與澳大利亞新南威爾士大學合作開發(fā)的一套應用于煤礦安全培訓的大型沉浸式仿真演練系統(tǒng)。我院通過借助UNSW(新南威爾士大學)的世界領(lǐng)先技術(shù)及軟硬件平臺，開發(fā)出符合我國國情的煤礦安全培訓模塊。本系統(tǒng)可由危險識別、災害模擬、自救逃生、救護救援等多個安全培訓模塊組成，本系統(tǒng)模塊是按照國家煤礦安全規(guī)程和新編煤礦安全技術(shù)培訓教材編制而成。采用虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)、360度環(huán)屏投影播放技術(shù)、12.1環(huán)繞立體聲技術(shù)、3D電影技術(shù)、計算機網(wǎng)絡協(xié)同處理技術(shù)為煤礦工人安全和技能培訓提供一流的“沉浸式”培訓環(huán)境，將安全培訓裝備和質(zhì)量提升到一個嶄新的水平。通過使用本系統(tǒng)，創(chuàng)建一個逼真的虛擬現(xiàn)實世界，使學員在體驗各種真實場景同時，學習各模塊相關(guān)操作知識，認識災害的發(fā)生、發(fā)展過程及危害，并通過問答式的交互學習，快速掌握每個模塊的操作步驟及要點。從而提高礦工的整體技術(shù)水平、思想素質(zhì)、及各種突發(fā)狀況的應對能力，從而使煤礦整體操作能力及防范意識得到提高，真正進入規(guī)范化管理階段，降低各種事故發(fā)生的概率。DMX-135A多功能模擬訓練系統(tǒng)通道總長135米，分三層，旨在通過仿真救災現(xiàn)場的嚴峻條件，人為設置測試科目，使訓練人員背負呼吸器，在黑暗、噪音、濃煙、高溫的模擬條件下，按照預先設定的工作程序，完成正確穿越各種障礙，并按規(guī)定動作完成搶險、傷員營救等工作。它可以測量出訓練人員最大身體承受能力和心理承受能力，評定受訓人員能否正確使用呼吸器及搶險救援任務等的完成情況。使用該訓練系統(tǒng)對救護隊員進行經(jīng)常性的訓練，可以增加各種救援裝備的使用經(jīng)驗，提高在各種復雜環(huán)境下的搶險救援能力，增強救護隊員的身體素質(zhì)及心理素質(zhì)，從而使受訓人員在搶險救援的實戰(zhàn)過程中提高其在突發(fā)事故時的作戰(zhàn)能力、應變能力和心理承受能力，最終達到保護自身安全，順利完成搶險救援任務的目的。3．技術(shù)指標3．1環(huán)境條件環(huán)境溫度：0～40℃；相對濕度：40%～70%；溫度變化率：小于10℃/h，且不得結(jié)露；大氣壓力：80～106kPa；3．2供電電源額定電壓：380V，允許偏差±10%；諧波：不大于5%； 頻率：50Hz，允許偏差±5%；3．3系統(tǒng)組成系統(tǒng)由以下部分組成:●金屬柵網(wǎng)訓練主體●模擬訓練SCADA系統(tǒng)○步進跟蹤子系統(tǒng)○煙熱模擬子系統(tǒng)○視像監(jiān)控子系統(tǒng)○聲光控制子系統(tǒng)○體能測試子系統(tǒng)○急救訓練子系統(tǒng)○體征遙測及毒氣偵檢子系統(tǒng)○控制及顯示子系統(tǒng)3.4系統(tǒng)構(gòu)成特點3.4.1.多功能模擬訓練系統(tǒng)構(gòu)成一個SCADA系統(tǒng)，由主站和遠程終端組成。主要優(yōu)勢：★由多個分散獨立的子系統(tǒng)集合成一個大系統(tǒng)。3.4.2.煙霧系統(tǒng)、環(huán)境升溫系統(tǒng)、背景光源系統(tǒng)、步進跟蹤系統(tǒng)、電力開關(guān)模擬、氣體泄漏模擬等現(xiàn)場設備通過485總線與現(xiàn)場控制終端連接。主要優(yōu)勢：485通訊方式適合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，可減少布線，提高系統(tǒng)可靠性。3.4.3.所有現(xiàn)場設備全部通過計算機實現(xiàn)全自動控制。設備控制分為兩級，第一級控制：通過現(xiàn)場控制終端觸摸屏。第二級控制：通過中控主機。主要優(yōu)勢：★所有設備參數(shù)集中顯示、運算、控制、管理。3.4.4．步進跟蹤子系統(tǒng)特點1).采用平面天線感應傳感器進行人員定位。主要優(yōu)勢：采用非接觸檢測。不受環(huán)境溫度、濕度、噪聲、光線等影響。適合惡劣環(huán)境下工作?？垢蓴_能力強，性能穩(wěn)定可靠。完全克服了“地板壓力傳感器”或“地板柔性傳感器”的可靠性低、使用壽命短等致命缺陷。2).步進跟蹤軌跡與訓練視頻同屏顯示。使訓練過程更直觀，更具有可觀賞性。各系統(tǒng)詳細配置表：3.5系統(tǒng)功能及技術(shù)參數(shù)3.5.1金屬柵網(wǎng)通道金屬柵網(wǎng)通道為模塊式金屬制造的堅固籠體組成的復雜通道，通道總長135米，分三層，按照國家應急救援中心標準模擬巷道高度設計，底層層高1米、二層高2.0m、三層高2.0米，出入口共四個均設在底層。根據(jù)空間條件及用戶的不同要求可作調(diào)整、變換和功能的擴展?；\體由結(jié)構(gòu)鋼組成框架，籠體四周由邊網(wǎng)封閉，在三層的通道中，設置有各種人為路障增加訓練難度?？蚣苌虾娃D(zhuǎn)角處設置方位指示燈，用于引導訓練人員辨明前進方向。金屬通道所有邊網(wǎng)都可快速拆卸，用于訓練人員在出現(xiàn)意外情況時救護使用。在通道出口附近設有電磁活動門，通過調(diào)整活動門的位置，可變化出不同的線路。a）通道總長：135mb）障礙設置“軟梯”、“滑竿”、“爬繩”、“豎井”貫穿一至三層“爬梯”和“長斜梯”貫穿二至三層“短斜梯”貫穿一至二層“巷道”設置在三層，總長4米，包括斜巷和平巷“獨木橋”設置在三層，總長4米“圓筒”設置在底層，內(nèi)徑600mm，總長4米“H形隔斷”、“V形隔斷”、“菱形隔斷”、“模擬塌方”、“電子陷阱”等障礙分布于一至三層。管路堵漏模擬裝置、破拆模擬裝置（包括鋼筋、板材的破拆）、電力故障模擬裝置等路障。c）電磁門參數(shù)：供電電源：直流12V鎖緊力：≥280Kg3.5.2模擬訓練SCADA系統(tǒng)DMX-135A多功能模擬訓練系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成一個SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。由主站和遠程終端（RTU）組成。主要由步進跟蹤子系統(tǒng)、煙熱模擬子系統(tǒng)、視像監(jiān)控子系統(tǒng)、聲光模擬子系統(tǒng)、體能測試子系統(tǒng)、醫(yī)療急救子系統(tǒng)、體征遙測及毒氣偵檢子系統(tǒng)、控制及顯示子系統(tǒng)構(gòu)成。3.5.2.1步進跟蹤子系統(tǒng)在訓練過程中，指揮員及觀摩者需要實時監(jiān)測訓練人員的工作狀態(tài)，或當訓練人員出現(xiàn)異常時，需要緊急采取救援措施。在行進線路上安裝了帶感應傳感器，只要有人經(jīng)過，即可在控制臺上顯示出訓練者所在的位置。這樣即使訓練中漆黑一片或充滿煙霧，監(jiān)控人員仍能掌握受訓人員所處位置。感應傳感器產(chǎn)生的電信號通過遠程I/O模塊進行數(shù)據(jù)采集，通過RS485網(wǎng)絡傳送到中控計算機，由專用監(jiān)控軟件完成顯示、記錄、分析、對比等功能。a）實現(xiàn)對輸入端135個感應傳感器的開關(guān)量檢測。b)步進跟蹤軟件功能實現(xiàn)與可編程I/O模塊雙向通訊。步進跟蹤過程的顯示記錄；訓練人員信息錄入：編號，姓名、年齡、部門、裝備等；顯示訓練人員的視頻圖像；顯示訓練人員的體征參數(shù)；線路的新建和修改；選擇訓練線路、裝備、啟動/停止訓練過程、對訓練結(jié)果評分；參數(shù)設置，包括：每條線路的及格和滿分時間，每次犯規(guī)扣分分值、攜帶裝備的難度系數(shù)、體征參數(shù)的權(quán)重系數(shù)。訓練成績的歷史記錄查詢、統(tǒng)計、報表打印。能夠同時對多名訓練人員進行綜合評分。步進跟蹤軟件主界面訓練人員犯規(guī)記錄訓練線路編輯人員管理參數(shù)設定3.5.2.2煙熱模擬子系統(tǒng)煙熱模擬子系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)主訓練室煙、熱、狀態(tài)顯示、設備控制。該系統(tǒng)以工業(yè)觸摸屏作為人機界面，用遠程I/O模塊作為RTU，并將所有現(xiàn)場監(jiān)控信號通過RS485總線傳給中控主機。a)發(fā)煙裝置參數(shù)發(fā)熱管功率:3000W最大噴射距離：20m煙霧量:400m3/minb)熱風機參數(shù)電源電壓：380V風量：800m3/h功率：12000W出口風速：5m/s溫度范圍：50～200℃3.5.2.3視像監(jiān)控子系統(tǒng)視像監(jiān)控系統(tǒng)由訓練系統(tǒng)內(nèi)設置的多個視像監(jiān)控點組成，保證監(jiān)控區(qū)域無死角和實現(xiàn)完全黑暗情況下的監(jiān)控。包括紅外攝像機，熱成像攝像機以及與之相配套的云臺、云臺解碼器。攝像機不僅在正常光照下可以使用，還可在黑暗、濃煙和高溫環(huán)境下監(jiān)控訓練活動。硬盤錄像機可將整個訓練過程錄制下來，并可在監(jiān)視器上回放。音視頻信號能通過局域網(wǎng)或因特網(wǎng)傳到遠程計算機上。a)紅外云臺攝像機參數(shù)電源電壓：12V±5%分辨率：420TVL信噪比：≥52dB白平衡方式：自動CCD元件:Sony1/3英寸伽馬校正：0.45同步方式：內(nèi)同步b)熱成像云臺攝像機參數(shù)分辨率：320×240波長范圍：8～13μm熱靈敏度(NETD)：<0.085℃幀頻：7.5Hz啟動時間：≤7秒功率：<6W工作電壓：14～32VDCc)云臺解碼器參數(shù)電源電壓：220VAC±10%云臺驅(qū)動電壓：24VAC±10%輸出功率：15W工作溫度：-20℃～70℃d)硬盤錄像機參數(shù)視頻采集輸入：16路音頻采集輸入：16路與視頻同步采集幀數(shù)：24幀/秒視頻監(jiān)控軟件界面3.5.2.4聲光模擬子系統(tǒng)聲光模擬子系統(tǒng)是為了渲染火災現(xiàn)場的模擬效果，通過設備中配置的功率放大器和音箱，將預先錄制的現(xiàn)場背景噪音通過電腦軟件播放出來，強化訓練室的擬音效果。通過各種燈源及聲光控制軟件預先設定的程序，形成明暗變幻、煊彩斑斕光效，以強化訓練室的實戰(zhàn)效果。在訓練過程中，為了實現(xiàn)監(jiān)控室內(nèi)指揮員與主訓練室受訓人員對話，在主訓室和中控室內(nèi)分別設置麥克風和對講音箱。指揮員可以向各有關(guān)位置發(fā)布命令。a)功率放大器參數(shù)電源輸入：AC220V50Hz輸出功率：1200W輸出頻率：20～20000Hz信噪比：85dBb)大功率音箱參數(shù)揚聲器直徑：15″靈敏度：97dBW/m頻率響應：40～20000Hzc)壁掛對講音箱參數(shù)工作電壓70/100V額定功率30W最大聲壓級104±2dB有效頻率范圍75Hz～20kHzd)閃燈參數(shù)電源：220V/50Hz功率：1500W×2燈管壽命：≥100萬次e)彩燈參數(shù)功率:300-500W色溫:3000Kf)方位指示燈參數(shù)電源電壓：DC12V發(fā)光元件：LED矩陣工作溫度：-20℃～70℃3.5.2.5控制及顯示子系統(tǒng)基本配置：大屏幕子系統(tǒng)主要由12個12”監(jiān)視器、4個46”大屏幕監(jiān)視器構(gòu)成電視墻。在大屏幕上可顯示現(xiàn)場視頻信號及中控室內(nèi)各計算機顯示畫面。系統(tǒng)設備監(jiān)控分為本地方式和遠程方式。在主訓室安裝兩個機柜，所有現(xiàn)場設備都與電氣柜和控制柜連接。通過機柜上的觸摸屏可顯示設備運行狀態(tài)、手動控制設備起停、運行自動控制程序。現(xiàn)場觸摸屏3.5.2.6體能測試子系統(tǒng)體能測試子系統(tǒng)（含電動跑步機、動感單車、橢圓機、健身車、磁控踏步機和十站位綜合訓練器），為系統(tǒng)訓練人員提供體能訓練及測試設備，并對測試結(jié)果進行評價。3.5.2.7急救訓練子系統(tǒng)MZS-30自動蘇生器氧氣瓶額定工作壓力20MPa氧氣瓶容積1L自動肺調(diào)整范圍12～26L/min吸痰引射壓力值≤-60kPa自動呼吸供氣量≥15L/min外形尺寸420×330×160mm質(zhì)量8kgb)AJ1自動蘇生器校驗儀正壓力測定范圍：1.47kPa～3.43kPa，負壓力測定范圍：-1.27kPa～2.94kPa，引射壓力值范圍：-101.29kPa，流量測定范圍：2.66～26.6L/min，儀器質(zhì)量≤7.5kg，尺寸（mm）270×260×420c)模擬人高低電平應符合：0～0.15V、1～4.8V人工口吹氣持續(xù)時間＞1秒人工口吹潮氣量：700～1000ml人工胸外按深度：40～50mm單雙人吹氣、按壓比值：30:2單雙人循環(huán)周期：5個周期/2min頸動脈搏動次數(shù)：60次/min自動肺呼吸頻率：14～16次/min氣管插管有聲音提示、吸痰聲音提示3.5.2.8體征遙測及毒氣偵檢子系統(tǒng)◆TE-4000X體征遙測系統(tǒng)由一臺主機和8臺隨身機組成，可同時監(jiān)測8個受訓人員。主機可實時顯示手持監(jiān)護儀采集的生理參數(shù)、波形和手持機電量狀態(tài)。隨身機體積小巧，易于攜帶。a)體征遙測主機電源：220V±22V，50/60Hz±1Hz監(jiān)測人數(shù)：8人顯示分辯率：1024×768顯示波形：ECG、SPO2、RESP波形顯示顏色：任選數(shù)據(jù)顯示：心率、血氧飽和度、血壓、呼吸率、體溫血壓顯示范圍：0mmHg～270mmHg血壓測量精度：±3mmHg呼吸顯示范圍：2次/分～100次/分呼吸測量精度：±2次/分脈搏顯示范圍：0次/分～254次/分脈搏測量精度：±2次/分體溫顯示范圍：0℃～50℃體溫測量精度：±0.2℃心電ECG導聯(lián)：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ心電掃描速度：25mm/s、50mm/s心電采樣率：100s/s心電帶寬：0.5～75Hz(3dB)共模抑制比：80dBSPO2顯示范圍：0％～99％SPO2顯示分辯率：1％SPO2測量精度：±3％ b)隨身機技術(shù)參數(shù)：電源：DC6V電池規(guī)格：4節(jié)AA電池連續(xù)工作時間：12小時顯示尺寸：50×16mm顯示分辯率：128×32mm顯示波形：ECG、SPO2、RESP可選數(shù)據(jù)顯示：心率、血氧飽和度、血壓、呼吸率、體溫◆模擬災害環(huán)境參數(shù)偵檢系統(tǒng)模擬災害環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、模擬災害環(huán)境參數(shù)發(fā)生器和若干個模擬災害環(huán)境多參數(shù)測試儀組成。系統(tǒng)采用無線發(fā)射與接收模式，系統(tǒng)軟件可人工或隨機生成模擬環(huán)境參數(shù)，通過發(fā)射器采用無線方式發(fā)射出去，信號可覆蓋200m的范圍。測試儀體積小巧，易于攜帶，抗干擾能力強，持續(xù)工作時間不少于8小時，可同時接收5種模擬氣體濃度參數(shù)并在液晶屏上顯示，記錄數(shù)據(jù)可斷電保持。系統(tǒng)組成：PC主機、2個發(fā)射器、8個手持測試儀通信方式：無線發(fā)送接收發(fā)射器發(fā)射距離：200m發(fā)射器接口方式：USB方式與主機相連發(fā)射器發(fā)射功率：≤10mW測試儀接受靈敏度：≤-105dbm測試儀重量：250g測試儀分辨率：128×64測試儀存儲量：10組模擬參數(shù)模擬參數(shù)：一氧化碳0～1000ppm二氧化碳0～5％氧氣0～30％甲烷0～4％硫化氫0～100ppm二、三維虛擬仿真培訓中心建設方案一、引言三維虛擬仿真培訓中心培訓理念:引入先進的教學手段和方法，以學員為主體，教師為主導，質(zhì)量為根本，技能培養(yǎng)為核心，注重基礎(chǔ)知識，實踐技能和基本素質(zhì)的培養(yǎng)。三維虛擬仿真培訓中心建設思路:三維虛擬仿真培訓中心建設的總體思路是從煤礦與安全行業(yè)的技術(shù)特點和人才需求出發(fā)，以加強基礎(chǔ)、注重素質(zhì)、培養(yǎng)能力、激勵創(chuàng)新的目標，大力推進實踐教學培訓體系；強化培訓方法和手段的改革與創(chuàng)新。三維虛擬仿真培訓中心建設目標:緊密的結(jié)合礦井生產(chǎn)實際，不斷探索和建設具有行業(yè)特色的實踐教學培訓體系，樹立科學合理的培訓方法和教學模式，完善各種考評體系，建設高素質(zhì)安全、技能培訓梯隊，切實的提高礦工的實踐能力和安全意識。二、建設方案2.1三維虛擬仿真培訓中心建設概述2.1.1虛擬現(xiàn)實的概念及三維虛擬仿真培訓中心煤礦三維虛擬仿真培訓是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用。虛擬現(xiàn)實即借助計算機技術(shù)及最新研制的傳感裝置所創(chuàng)建的一種嶄新的模擬環(huán)境。也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。這種虛擬仿真的環(huán)境是通過計算機圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到系統(tǒng)中生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，可以直接觀察模擬環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，它是人們通過計算機對多維信息進行可視化體驗與交互的一種全新方式。虛擬現(xiàn)實應用于礦山的安全培訓，其基本的思路是在統(tǒng)一的時空框架下，對真實礦山及相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一理解、表達與可視化再現(xiàn)。數(shù)字礦山的核心是在統(tǒng)一的時間參照與空間框架下，科學有序地組織、管理、維護和通過三維可視化表達等多種手段獲取多維的礦山信息，并建立網(wǎng)絡分布式共享、協(xié)同與利用機制，形成靈活便捷的數(shù)字方法和更自然的思維方式。三維虛擬仿真培訓中心的基礎(chǔ)應用：即利用可視化虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸性、交互性和構(gòu)想性的特點，結(jié)合專業(yè)學科知識，集成數(shù)字多媒體、三維數(shù)字仿真模型等輔助教學手段和課件資源，創(chuàng)建體驗式情景培訓的新內(nèi)容和新模式。其直觀易懂，形象生動的認知特點符合職教培訓的基本思路。同時為數(shù)字礦山各專業(yè)發(fā)展方向的科研及項目建設奠定相應的基礎(chǔ)。三維虛擬仿真培訓中心的高級應用及功能擴展：三維虛擬仿真培訓中心除了作為采礦及安全工程的專業(yè)培訓和研究平臺（中心），開展體驗類培訓教學和項目/成果展示以外。可深入研究的內(nèi)容包括：研究現(xiàn)實礦井向數(shù)字世界的影射，包括研究數(shù)字礦山和虛擬礦井的幾何模型、物理模型、行為模型的有關(guān)理論和方法；虛擬礦井中多源多維海量信息的有效處理方法；應急救援、逃生避災演練及輔助決策應用等。三維虛擬仿真培訓中心的核心是以軟件方式構(gòu)建全新的教學培訓平臺。它比之礦區(qū)培訓中心傳統(tǒng)的教具模式具有利用率高，承訓量大；易維護，內(nèi)容建設升級周期短且成本較低等優(yōu)點。2.1.2三維虛擬仿真培訓中心功能價值結(jié)合對三維虛擬仿真培訓中心及平臺的功能要求/設計，例舉一二論述其仿真實踐培訓的價值。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所構(gòu)建的可視化仿真煤礦，首先基于現(xiàn)實的精確數(shù)據(jù)建立三維模型，嚴格遵循工程設計（CAD）標準和要求創(chuàng)建高度逼真的三維場景，對具體煤礦（地表和井下）進行仿真“再現(xiàn)”。采用計算機三維圖形實時渲染技術(shù)，讓學生如“身臨其境”，以交互式的方式實現(xiàn)互動教學，充分體現(xiàn)直觀性、參與性的特點。煤礦被“搬”到了計算機中，這一全新的數(shù)字方法帶來的是更直觀的信息視野和更自然的思維方式。平臺與專業(yè)知識的結(jié)合，符合實驗教學改革的思路和要求。系統(tǒng)特性:(1)仿真再現(xiàn)將礦井還原再現(xiàn)到電腦上，礦井形于‘指掌’間。真實的工業(yè)廣場、洗煤車間、井下巷道、機電硐室、采/掘工作面…應有盡有。(圖為仿真再現(xiàn)的三維數(shù)字化地面生產(chǎn)系統(tǒng))(2)生動直觀系統(tǒng)采用全三維數(shù)字模型表達對象，簡化了學生對復雜礦井系統(tǒng)的理解和認知。無需想象，直觀顯現(xiàn)。(3)人機交互式視口與操作互動，所見即所得，所得及所見。檢索靈動，導航自由，實現(xiàn)了交互式的教學模式。（虛擬仿真的場景和對象可通過輸出設備，比如鼠標鍵盤、操作手柄、及多點觸摸屏與操作演示者實現(xiàn)人機互動。通過旋轉(zhuǎn)、縮放、平移、定位等交互式操作實現(xiàn)對場景對象靈活得全視角觀摩和演示。）2.1.3三維虛擬仿真培訓中心培訓形式的優(yōu)點1）人機交互，視窗與操作互動，以融入與體驗的方式獲得專業(yè)技能和安全知識。2）提供認知的信息更豐富，比書本（講義）生動且與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合。3）在軟件中上設計教學內(nèi)容，以全新的教案形式表達專業(yè)知識的難點，直觀易懂，寓教于樂。其高度的臨場感和參與性是該虛擬仿真培訓系統(tǒng)的一大特點。4)作為模擬危險性場所（高瓦斯突出礦井）實習認知新方式，具有實踐安全性高、教學低成本的優(yōu)點。在仿真再現(xiàn)的基礎(chǔ)上，探究對煤礦潛在信息數(shù)據(jù)的挖掘與直觀表達。由表及里，最大限度地讓學員了解礦山規(guī)劃、生產(chǎn)經(jīng)營及安全監(jiān)測管理的全過程。如：對井下通風、運輸、排水、防塵、壓風、緊急避險、抽放瓦斯管路系統(tǒng)、井下避災路線實現(xiàn)三維立體繪制和動態(tài)演示等。礦床三維空間分布與采區(qū)設計及成礦歷史演變仿真演示；安全事故案例及應急預案仿真分析等。在礦井仿真平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)特點，進一步地設計和制作仿真教學課件，擴展和豐富教學資源及實驗內(nèi)容。這種以新技術(shù)為支撐的專業(yè)應用，對提高教學質(zhì)量和實驗水平具有積極的意義。因此，三維虛擬仿真培訓中心也作為體驗類培訓教學輔助工具研發(fā)設計的基地（中心），為開創(chuàng)具有行業(yè)特色的培訓資源建設和培訓模式革新提供支持。2.1.4系統(tǒng)的應用定位——三維虛擬仿真培訓中心總體規(guī)劃三維虛擬仿真培訓中心是以一系列三維虛擬仿真軟硬件系統(tǒng)為主要裝備，針對以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)的復雜人---機---環(huán)境交互系統(tǒng)進行模擬、仿真、測評和研發(fā)，立足于構(gòu)建各種人機界面進行近似真實虛擬體驗教學與培訓。通過視覺的感官體驗來加深對專業(yè)知識的學習和對復雜系統(tǒng)的感知。三維虛擬仿真培訓中心也將作為數(shù)字礦山專題培訓和一系列研究類專題的重要部分和輔助平臺，培養(yǎng)教員運用新方法解釋復雜問題的思路和基本能力，特別是自己動手進行研究類培訓專題的設計、運行、總結(jié)和提高。同時三維虛擬仿真培訓中心還可作為其他專業(yè)方向教學研發(fā)中心和實驗平臺，開展體驗類教學培訓課題成果展示。通過一定時期的發(fā)展面向行業(yè)企業(yè)或兄弟礦井提供專業(yè)服務。2.2系統(tǒng)應用及三維虛擬仿真培訓中心的構(gòu)建（要素）系統(tǒng)應用及三維虛擬仿真培訓中心建設以顯示硬件為基礎(chǔ)，平臺軟件與二次開發(fā)應用為核心。因此這部分建設內(nèi)容包括軟硬件兩個部分。軟件平臺及課件資源的開發(fā)是三維虛擬仿真培訓中心創(chuàng)建的重要內(nèi)容和核心。建立一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是成功進行三維虛擬仿真培訓應用的關(guān)鍵，而要建立一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，首先要做的是制訂一個切實可行的視景系統(tǒng)應用硬件解決方案。3D視景系統(tǒng)主要是三維顯示硬件系統(tǒng)的集成應用。顯示系統(tǒng)硬件是三維虛擬仿真培訓中心建設中重要的一環(huán)。作為3D/VR圖形顯示輸出系統(tǒng)，其核心部分目前較流行的是立體版的高亮度投影顯示系統(tǒng)，它將圖形工作站生成的高分辨率3D/VR場景以大幅立體投影的方式顯示出來，讓要交互的三維虛擬世界高度逼真地浮現(xiàn)于參與者的眼前，從而提供一個團體式參與，集體觀看，具有高度臨場感的投入型虛擬人工環(huán)境，并結(jié)合必要的外部設備(如數(shù)據(jù)手套、6自由度位置跟蹤系統(tǒng)或其他交互設備)，參與者可從不同的角度和方位自由地進行交互、操縱，實現(xiàn)三維虛擬世界的實時交互和漫游。2.2.1系統(tǒng)概述立體投影系統(tǒng)立體投影分為主動式和被動式立體。被動式立體投影系統(tǒng)是使用兩臺投影機，一臺投射左眼圖像，另外一臺投射右眼圖像，將左右眼圖像同時投射到屏幕上，投影機鏡頭前安裝偏振光片，使投射的光線變成偏振光，而觀眾配帶的立體眼鏡的鏡片也是偏振光片，并且左眼的偏振片與投射左眼圖像的投影機的偏振光片的偏振方向是相同的，右眼的偏振片與投射右眼圖像的投影機的偏振光片的偏振方向是相同的，這樣左眼圖像只能透過左眼鏡片，而右眼圖像也只能透過右眼鏡片，從而使觀眾看到立體的圖像，一般的投影方式都是由一個圖形通道驅(qū)動一臺投影機。在多投影機的系統(tǒng)中就需要都投影通道來支持，這就是多通道立體環(huán)幕系統(tǒng)。系統(tǒng)建設的總體目標是：系統(tǒng)充分考慮到先進性、穩(wěn)定性、實用性、集成性、可擴展性和經(jīng)濟性等原則，建成一套采用先進成熟的技術(shù)、遵循布局設計優(yōu)良、設備應用合理、界面友好簡便、功能有序?qū)嵱?、升級擴展性好的大屏幕融合系統(tǒng)，以達到既能滿足大屏幕圖像和數(shù)據(jù)顯示的需求。2.2.2設計依據(jù)系統(tǒng)的友好性和易操作性良好的系統(tǒng)操作界面是必不可少的，中央控制系統(tǒng)是必不可少的，簡單地使用一個觸摸屏即可操作所有的系統(tǒng)設備中央控制系統(tǒng)具有良好的標準性，可以其它硬件設備無縫連接。系統(tǒng)的可維護性3D虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)作為一個數(shù)據(jù)可視化和交互中心發(fā)揮著重要的作用，首先是科研工作的重要工具，其次是決策支持的有效手段，同是更可作為企業(yè)宣傳、成果展示、學術(shù)技術(shù)交流、工作匯報的平臺。所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要；另外，由于虛擬現(xiàn)實多通道投影系統(tǒng)的特點，系統(tǒng)需要定期維護，簡潔快速的系統(tǒng)維護性和維護手段對長期使用是非常重要的。本系統(tǒng)采用創(chuàng)凱電子最新的-0403具備幾何糾正和邊緣融合技術(shù)可快速的完成系統(tǒng)的調(diào)試，實現(xiàn)了多通道投影系統(tǒng)最高的可維護性。系統(tǒng)的可靠性投影機作為系統(tǒng)的核心顯示設備，其可靠性對系統(tǒng)的正常使用至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用的投影機，工作穩(wěn)定可靠，故障率低，壽命長，其平均無故障時間MTBF大于25000小時，經(jīng)長時間工作后圖像質(zhì)量（亮度、色彩、拼接等）不會發(fā)生明顯變化。2.2.3設計原則為最終使用戶滿意，大屏幕顯示系統(tǒng)應遵循如下設計原則：實用性系統(tǒng)能滿足各種現(xiàn)實和潛在的需求，且達到滿意的效果。可靠性系統(tǒng)能提供長時間的連續(xù)運行，且穩(wěn)定可靠。先進性系統(tǒng)的功能和性能達到同檔次顯示系統(tǒng)的先進水平。持續(xù)性選用的高質(zhì)量投影顯示單元和控制器，保證系統(tǒng)的顯示效果長久不變。經(jīng)濟性在滿足需求的情況下，使系統(tǒng)建設和使用投入的成本盡量小。方便性系統(tǒng)的調(diào)整、使用簡單易行，用戶操作界面友好，操作過程簡捷，經(jīng)短時培訓即可操作使用。2.2.4系統(tǒng)主要設備系統(tǒng)采用世界頂級的顯示技術(shù)方案，使受訓人員完全融入到虛擬的真實場景中，任何設備、物體均似觸手可及。通過對礦井真實模擬及安全演練，增強受訓人員安全意識，提高受訓人員對于安全危險情況的判斷和處理能力。虛擬場景中的培訓內(nèi)容可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整，有效達到教與學的目的。安裝地點：井上室內(nèi)安裝系統(tǒng)符合室內(nèi)電氣設施施工標準及要求，不可安裝于室外工作環(huán)境。系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合3D投影技術(shù)，建立虛擬礦山培訓演練系統(tǒng)，滿足礦山工人日常培訓、礦山應急救援培訓、救護隊員培訓以及其他培訓內(nèi)容的需要。系統(tǒng)配備180度半球形環(huán)幕3套，每套直徑3米，高2.65米，硬質(zhì)幕，增益1.0，分辨率1920*1200工程主動式立體投影機。投影機型號：PDF35AS3D生產(chǎn)廠家：ProjectionDesign產(chǎn)地：挪威重要參數(shù)產(chǎn)品類型：工程投影機投影技術(shù)：DLP亮度：8000流明標準分辨率：WUXGA（1920*1200）燈泡壽命：經(jīng)濟模式：5000小時，高亮模式：...產(chǎn)品噪音：30dB產(chǎn)品重量：12.6kg光源類型：超高壓汞燈投影機特性：3D聚集方式：超廣角鏡：0.80:1，EN12（僅可在...色輪：RGBCMY：鏡像和模擬仿真RGBCY...掃描頻率：水平掃描：15-150KHz垂直掃描...編輯本段詳細參數(shù)光學參數(shù)產(chǎn)品類型：工程投影機投影技術(shù)：DLP顯示芯片：美國德州儀器DLP數(shù)字光學處理投影技術(shù)投影機特性：3D亮度：8000流明標準分辨率：WUXGA（1920*1200）光源類型：超高壓汞燈燈泡數(shù)量：2個燈泡功率：250-300W（全功率）200-250W（ECO自動更換模式）燈泡壽命：經(jīng)濟模式：5000小時，高亮模式：2000小時投影參數(shù)變焦方式：手動變焦聚集方式：超廣角鏡：0.80:1，EN12（僅可在軸上移動），廣角鏡頭：無，廣角變焦鏡頭：1.20-1.70:1，EN13（可在軸上移動或無軸），變焦鏡頭：1.70-2.50:1，EN11（可在軸上移動或無軸），短程變焦鏡頭：2.50-4.50:1，EN14（可在軸上移動或無軸），遠程變焦鏡頭：無，聚焦距離：0.5-無光圈范圍：F=2.1-6.5色輪：RGBCMY：鏡像和模擬仿真RGBCYW：畫面演示RGBCW：高光亮度的演示掃描頻率：水平掃描：15-150KHz垂直掃描：48-190Hz電腦兼容性：2560×1600-640×480像素分辨率RGBHV，RGBS，RGsB視頻兼容性：HDTV（1080i/p，720p），EDTV（576p，480p），SDTV（576i，480i），NTSC，PAL，SECAM接口參數(shù)輸入端子：2×DualLinkDVI（DVI-D）2×HDMI1.3a2×VGA（15-pinHDDSUB）2×HDMI1.3a1×YPbPrcomponentvideo（3xRCA）輸出端子：1×USB鼠標控制，固件升級2×12V（60mA）triggers（power/aspectratio）4×可設置IR接收器1×有線IRrepeateR2×可設置XPort（前/后）控制端子：1×RJ45TCP/IP網(wǎng)絡端口1×RS2329-pinDSUB電氣規(guī)格產(chǎn)品噪音：30dB電源性能：AC100-240V，50/60Hz其它參數(shù)外形設計：金屬黑，銀色安全認證：CE，CSA“C/US”，F(xiàn)CCClassA，CCC產(chǎn)品尺寸：376*510*223mm產(chǎn)品重量：12.6kg其它性能：帶寬：205MHz，模擬RGB接口帶寬：165Hz，有DVI的數(shù)字RGB接口環(huán)境參數(shù)工作溫度：0-35工作濕度：20-90%存儲濕度：20-90%系統(tǒng)配備立體聲音響系統(tǒng)3套。采用高保真立體音箱系統(tǒng)。系統(tǒng)配備有最為先進的觸摸屏幕的遙控器以及帶有體感的輸入手柄共9套。系統(tǒng)配備NVida有源立體眼鏡9套。NVida是世界最為著名的視頻硬件系統(tǒng)開發(fā)商，其3DVISIONPRO立體眼鏡是當前效果最好的主動式立體眼鏡。3DVisionPro是NVIDIA顯卡的一項3D立體顯示技術(shù)，是工程級3D解決方案。硬件要求3DVision對硬件要求比較高，必須具備三個條件：1、必須使用NVIDIAGeforce8以上顯卡產(chǎn)品；2、必須擁有一臺刷新率為120Hz的顯示輸出設備；3、必須購買NVIDIA的3DVisionPro發(fā)射器及眼鏡。時分法原理：NVIDIA的3DVisionPro技術(shù)就是通過特殊的眼鏡，在超高速狀態(tài)下，通過LCD通電后將鏡片調(diào)成不透光的黑色，來分別遮蔽人的左右眼，讓兩只眼睛看到兩張角度不同的畫面，即當屏幕播放左眼畫面的時候右側(cè)鏡片變黑，切換一次后，屏幕播放右眼畫面的時候左側(cè)鏡片變黑，這樣，快速的切換就保證了到達左右眼是有細微差別的圖像。簡單的理解就是NVIDIA讓GeForce顯卡在計算游戲（影片效果是通過雙攝像頭實現(xiàn)的）時將每一幀計算出兩個不同的畫面，顯示在顯示器上，然后通過3DVision眼鏡讓左右眼分別看到不同的畫面，從而給人眼以錯覺，讓我們的眼睛誤認為看到了一個“三維”的物體，從而實現(xiàn)立體成像技術(shù)的。也就是說，在整個顯示過程當中，顯示器要以非常高的頻率輪換地傳送左右眼圖像，而與此同時3DVision眼鏡也以同樣高的速度開關(guān)左右眼的液晶屏，讓人眼看到不同畫面。當然，實現(xiàn)這一功能的前提是您的顯示器也要能夠支持如此高的刷新速度，因此，你的顯示器的刷新率越高越好。一般來說，最少要達到120Hz以上，這樣，分到每只眼睛上的刷新率就能夠達到60Hz，以至于不太晃眼。系統(tǒng)配備4D動感座椅，具體體驗人數(shù)及擺放位置可根據(jù)實際情況量身定制。動感座椅參數(shù)如下：1．可以實現(xiàn)前后、左右、上下的扭轉(zhuǎn)搖擺功能；

2.承重：220kg

3.上下行程200mm;

4.前后最大為25度，左右最大為20度;

5.加速度：0.5g；

6.最大可以到12Hz的振動;

7.模擬撞擊、顛簸、地震等效果，實現(xiàn)掃腿、耳風、前吹風，噴霧、振動效果、左右滾轉(zhuǎn)、前后俯仰等功能;

8.模擬瞬間墜落和失重的效果;

9.向參與者臉上噴射少量的水珠或者水霧

10.味道特效（可做備選或預留升級接口）2.2.5系統(tǒng)功能大屏幕顯示系統(tǒng)主要包括圖像處理能力較強和顯示效果很好的投影顯示單元，以及與之配套的多屏融合控制器。支持立體與非立體圖像顯示，支持單屏、跨屏以及整屏顯示，實現(xiàn)圖像窗口的縮放、移動、漫游等功能。通過顯示單元對圖像獨特的處理方式，體現(xiàn)在多路信息的同步顯示能力、系統(tǒng)的超強穩(wěn)定工作能力和強大的軟件支持能力上。通過融合顯示系統(tǒng)的集成化功能來滿足顯示技術(shù)要求?？稍谛枰獣r將融合系統(tǒng)切換成立體融合顯示系統(tǒng)。大屏幕顯示系統(tǒng)支持多路RGB畫面、視頻畫面的實時顯示,應滿足基本應用要求：系統(tǒng)可顯示立體圖像，也可切換到非立體圖像顯示模式支持圖形拼接、全屏范圍內(nèi)顯示的圖像無非線性失真。圖像融合完整，無錯位。支持各種制式的視頻圖像（可顯示錄像機、攝像機、DVD等圖像）和不同分辨率（640×480～3072×768）的計算機信號。畫面可整屏顯示，也可分屏顯示。用戶可靈活開啟窗口，定義尺寸，畫面能夠自由縮放、移動、漫游，不受物理拼縫的限制。采用軟件控制窗口的融合、拼接與分割。通過分辨率疊加，大屏幕上能夠顯示超高分辨率的計算機圖形。能夠?qū)⒍嗦份斎胄盘栠M行重新組合，再現(xiàn)于顯示組合屏上，信號源的顯示切換過程無停頓、黑屏現(xiàn)象。屏幕上的各種應用窗口（RGB窗口、視頻窗口）可任意同RGB圖片文字窗口疊加顯示，并且可任意縮放和移動。能在大屏幕上同時顯示多個視頻圖像、計算機圖形，每個窗口均能以實時、真彩的模式顯示，并可在整屏上漫游、縮放顯示、或與圖形窗口疊加，畫面無延時，無抖動。具有先進性、穩(wěn)定性，可連續(xù)工作24小時以上，可一年365天不間斷工作，使用壽命長，易于維護。大屏幕投影顯示系統(tǒng)軟硬件連接簡單，無需對原系統(tǒng)做任何調(diào)整和改動，確保整個系統(tǒng)的通用性。2.2.6技術(shù)路線：1）演示動畫類：調(diào)研/文字素材整理---繪制分鏡頭劇本---Maya構(gòu)建場景模型和人物角色---繪制貼圖---場景燈光調(diào)制---調(diào)制動畫和人物角色---Unity3D虛擬仿真程序編制----交互程序編制----系統(tǒng)集成----現(xiàn)場安裝應用測試----程序調(diào)整----系統(tǒng)運行。2）演示動畫類：調(diào)研/文字素材整理---繪制分鏡頭劇本---Maya構(gòu)建場景模型和人物角色---繪制貼圖---場景燈光調(diào)制---調(diào)制動畫和人物角色---渲染序列幀----用AdobePremierePro工具配音----用Combustion校色---影片輸出----系統(tǒng)集成----現(xiàn)場安裝應用測試----程序調(diào)整----系統(tǒng)運行。3）視頻教程類：調(diào)研/文字素材整理---繪制分鏡頭劇本---視頻錄制----用AdobePremierePro工具配音----用Combustion校色---影片輸出----系統(tǒng)集成----現(xiàn)場安裝應用測試----程序調(diào)整----系統(tǒng)運行。2.3三維虛擬仿真培訓中心培訓系統(tǒng)及培訓資源內(nèi)容虛擬仿真培訓中心教學平臺系統(tǒng)及資源建設要以真實的礦井為原型，在對礦井及相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一理解、表達與可視化再現(xiàn)的基礎(chǔ)上，精心組織、整理各個工種技能及相關(guān)專業(yè)知識，采用全新的可視化表達形式將其融匯于中，形成更自然的學習思維方式和靈活便捷的數(shù)字教學方法。軟件要求利用虛擬現(xiàn)實沉浸性、交互性和構(gòu)想性的特點，集成個性化培訓教案設計及多媒體表達，為實踐教學和培訓提供科學的輔助手段和生動豐富的課件資源。培訓內(nèi)容主要包括：1）聞警出動流程2）礦井概況培訓、各類事故案例再現(xiàn)3）五大自然災害培訓、自救互救培訓、各類訓練演習流程4）采煤運煤流程培訓及救護隊常用設備、儀器等操作培訓5）大型設備及一般技術(shù)操作2.3.1研究方法及制作要求2.3