面向数据安全和实时交互的网络虚拟排爆系统

赵仕明 左建平

摘 要：排爆作业的危险性显而易见，但在具体的教学和训练过程中，需要让学员掌握基本的知识和技能，传统的做法就是搭建实景实物，通过实地的实践，来学习相应的操作。这种学习方法的弊端比较突出，成本高，效率低，风险大，对安全防护等方面的要求较高。而新的网络虚拟技术的出现，较好地解决了这个难题。通过对相应的对象和环境进行仿真模拟，让学员可以很直观地掌握排爆的基础内容，将模拟仿真与实地实践相结合，可以达到非常好的教学效果。

关键词：面向数据安全 实时交互 网络虚拟 排爆系统

中图分类号：TP391.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（b）-0004-02

在公安、消防等相关领域，经常会需要进行排爆作业，而这些作业的危险程度很高，需要执行排爆任务的人员有精湛的技术，并积累充分的排爆经验。因此，在对排爆人员进行培训时，必须强化其技能的全面性和实际动手能力的培养。而虚拟仿真技术的出现，对于排爆训练的促进作用是非常巨大的。网络虚拟技术在排爆系统的设计上，必须认真解决数据安全和实时交互的问题，数据安全才能确保系统的稳定性，而实时交互则有助于系统的效能发挥。

1 网络虚拟排爆系统概述

排爆专业是一个高危专业，要想让排爆人员在复杂紧张的排爆现场有出色稳定的发挥，就必须在平时的专业教学训练中加强对该科目实训课的学习和训练，整个教学过程危险性非常大，训练质量也会受到包括训练设备和训练场地等客观条件的较大限制，成本很高但实际的效率却很低，对实训采用的训练物重复进行制作的难度非常大，这也是很大的限制条件。

随着信息技术的不断发展，尤其是虚拟现实技术在各个领域的广泛应用，开发研制三维网络虚拟排爆系统，成为既很现实又有实用价值的选择。就目前的技术条件，这种虚拟排爆系统的开发是很容易实现的，而最关键的地方在于两个方面：一是网络条件下对排爆系统重要数据的安全性管理；二是各系统的应用客户端网络实现实时交互共享的能力。

2 面向数据安全和实时交互的网络虚拟排爆系统设计

可以考虑利用数据格式自定义、系统隔离构建、用户权限定级、验证管理、自动更新场景状态等系统功能，实现数据安全和实时交互的设计目标。

2.1 对网络虚拟防爆系统的设计思路

数据安全对于网络虚拟排爆系统建设来说，是基础和前提，该系统内含有相关专业的数据，而这些数据文件正是系统进行数据安全管理的关键目标。如果只是简单地通过对文件加密这样的静态安全防范机制进行数据安全管理，将难以有效应对系统的内外部风险，同时也会加大系统执行安全管理的资源消耗。对于这种含有场景以及模型数据等内容的整个文件采取加密方式进行传输并执行解密操作，也必然要影响到所有客户端的场景有效同步。所以，在设计中可以考虑对内外部用户可以凭借存在差异性的客户端，对组装虚拟排爆系统实施必要的隔离，对于仿真属性相关的各种数据进行加密处理，而内部用户其数据访问以及管理权限要通过分级和分块的方式进行管理，将用户验证数据信息与重要的数据文件通过分开进行授权的方式进行管理，这样，各用户的客户端可以在同步交互操作过程中不会发生解密等相关操作，而是传输与更新数据相关的信息。

2.2 网络虚拟排爆系统的关键技术

2.2.1 对重要数据存储格式的安全设计

信息数据在计算机等设备内的存储格式，这是安全设计的最重要基础，利用三维建模工具可以构建起所需的空间结构模型，但这些模型数据并不能完全符合系统进行虚拟仿真一级对数据执行安全管理的实际需要。在实际的開发设计中，可以对二进制数据文件的格式进行自定义，比如：ESS文件，使该文件内含有可完成系统实际功能所需要的有关空间结构信息以及非空间结构信息。数据文件中将要采用的数据块标志进行定义，并与数据块构成典型的树状结构，对仿真数据模型的空间结构信息以及排爆专业信息进行存储，这些信息大致包括空间结构数据、分类属性、材质属性、功能属性等。

2.2.2 对系统数据安全防护的机制设计

系统对ESS文件进行生成、保存和应用的过程都是非常重要的阶段，需要相应的安全保护措施。为此，在系统进行开发的过程中就要有对这些环节的专业属性数据进行重点保护的考虑，设计开发了组装保护系统，具体来说，就是让系统设计与建模操作总体进行隔离，排爆实用专业的人员只是在ESS文件生成时才对系统进行专业属性数据导入的工作。而在系统应用时，也要避免排爆专业人员由于不擅长数据管理等导致数据发生泄露问题，也要将那些ESS文件和验证信息进行分开管理。不同用户根据类型和级别，被授权访问以及管理相应的数据信息内容，防止无关人员获取敏感重要数据，对内部用户的访问权限范围进行了规范，提高了系统数据的安全性。

当不同用户通过客户端对ESS文件进行访问时，要通过计算节点上设置的安全验证，通过后才能继续利用信息资源的分类检索进行安全验证，才可以进行系统的访问和管理工作。各个计算节点获取的数据信息要进行节点访问权限和类型的判断，系统服务器会对各种验证信息执行分类检索等来确定访问请求的相关资源以及数据库设置授权的验证信息匹配性检查，用这样的方式来避免数据信息文件可能存在的篡改问题。

2.3 网络交互系统实时共享设计

为得到实时交互及同步的表现效果，虚拟排爆系统状态需要保持足够高的更新频率。目前普遍采用的网络虚拟技术对状态实时共享设计大多通过DR算法完成，其优点是能够降低网络模拟环境各用户间的数据通信量，同时也会短时间内形成大量不一致的数据。导致DR算法下状态差异的原因是：网络的延时作用，系统状态信息在更新过程中会造成网络发生延时问题，这使得因爆炸导致快速度运动物体出现偏离轨迹的问题。

为此，可以通过设计系统的自适应状态更新，该系统方法是在能触发形成关键运动行为设计多个敏感范围，当运动实物处于敏感区外，可以运用标准的DR算法，而在不同的敏感区内，可按照运动趋势和网络通畅情况，自动调整修正运动相关参数和刷新频率。为防止状态实时交互可能存在的网络拥堵问题，可通过拥堵检测，通过检测系统回路响应对运动状态完成相应的自动调整过程。

3 结语

综上所述，网络虚拟排爆系统对于正常的排爆专业教学和实训意义重大，是目前技术条件下的最优选择。与传统的排爆专业教学训练方法相比，网络虚拟排爆系统可以充分发挥高效率、低成本、无风险等优势，对于学习质量是巨大的促进。对于网络虚拟排爆系统的设计，需要重点解决两个问题，即数据安全问题和实时交互问题，通过有效合理解决这两个问题，使得虚拟排爆系统可以更加稳定高效运行，对最终的教学质量有着直接的推动作用。

参考文献

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