VR技术在模拟尾抛式救生艇释放训练中的应用

李 宇,刘 康,高丽文

(1.宁波海运股份有限公司,浙江 宁波 315000;2.浙江交通职业技术学院,浙江 杭州 311112)

0 引言

尾抛式救生艇是船上重要的救生器材,经修正的SOLAS公约第Ⅲ章第19条“应急训练与演习”中有关“弃船演习”的规定和要求:(1)演习应尽可能按实际应急情况进行;(2)每位船员每月应至少参加一次弃船演习。若有25%以上的船员未参加该特定船上的上个月弃船演习,应在该船离港后24内举行该项演习[1]。

近几年,媒体多次报道的船舶在弃船演习过程中发生安全事件引起了业内的关注,国际海事组织(IMO)于2017年批准了MSC.1/Circ.1578 通函,即《救生艇用于弃船演习的安全指南》,对于救生艇的安全操作提供了指导意见,但如何提高操作人员水平,降低安全风险变成了厄需解决的问题[2]。

虚拟仿真技术(Virtual Reality,VR)起源于20世纪90年代,应用计算机三维视图、多传感器和高清显示技术生成虚拟现实场景,模拟现实生活中的物理特征,获得与现实生活中同样的体验。操作者通过头盔和手柄可以与虚拟场景模拟产生交互,获得真实的操作体验。我校联合校企合作单位自主开发的基于VR技术的模拟尾抛式救生艇释放训练系统可以将虚拟仿真与救生艇训练有机结合,有效提高操作人员的训练水平,同时降低设备成本,具有极其广阔的推广价值[3]。

1 训练系统内容

1.1 基于真实的场景

本训练系统场景来自于5万吨级别散货船舶,系统最大真实地保留了母船吨位、船舶设备配备和其他相关设施,采集了实景的音频和视频资料,采用了粒子度较低的画质,结合音频效果,营造出真实的船舶应急场景,受训人员在训练中能够较真切地感受到演习紧迫性,现实模拟度较高(见图1)。

图1 救生艇配备要求

1.2 自由度较高的用户界面

本系统建立了海况良好、船舶火灾、大风浪天气以及沉船四种演习场景,可以根据训练的要求选择海浪高度、船舶振动强弱、风速大小等背景因素。为了能够更好地协同操作,本系统特别设置了多窗口切换,可以从不同视角辅助用户观察。同时,为了能够更好地干预和纠正受训人员的错误,用户界面设有提示和警告,当用户不能够继续操作或者有违背操作原则的情况下能够及时地给予提示和警告。

1.3 多人协作的交互训练

尾抛式救生艇的释放训练是一个集体协作的过程,需要全体船员的共同努力才能完成。因此,本训练系统设置了多人协作模式,特别是救生艇的手动重力式吊放过程中,本系统模拟真实的液压操作手柄模式,通过两人及以上的共同操作,在多窗口视角模式下,救生艇的钢丝绳和摇臂联动释放,这一模式可以极大提高船舶真实弃船演习情况下操作人员的操作水平,并且容错能力强,不受外界干扰,可以全天候、多层次的综合训练。救生艇协同操作,如图2所示。

图2 救生艇协同操作

2 训练实现方法

本系统训练主要分为3个模块,即放艇前准备、选择放艇模式、回收救生艇。放艇前准备侧重于考查受训人员对于救生艇相关物品的认知能力、安全意识和使用方法;放艇模式有手动重力式吊落和自由式滑落两种;回收救生艇也是对于受训人员技能的有效考核[4]。

2.1 放艇前准备

放艇前准备工作包括:确保艇内电源充足;艇机油位,水位正常;属具,燃料齐全,充足;艇机、舵等相关设备工作正常,舵机在中间位置;所有人员已在指定地点集合待命;检查并去除释放区域所有阻碍物,确保释放区域安全清爽;拔掉释放钩上的安全销等。其中对于救生属具的检查属于重点考察部分,考查内容包括属具的识别、数量、用途及配备使用要求[5]。

2.2 选择放艇模式

本训练系统为了满足受训人员在不同环境下的释放要求,设置了两种释放方式:手动重力式吊放和自由式释放[6]。

手动重力式吊放适合在一般紧急情况下进行释放,释放时主要有一名指挥和一名操作人员协同操作,操作设备为救生艇钢丝吊索以及刚体摇臂,由于两者属于联动效果,所以操作人员需要不断调整两者的液压动力,以使得救生艇能够沿着轨道平缓下滑。在释放过程中,指挥人员与操作人员需要进行有效沟通,操作人员对左右手操作手柄协同配合,一旦操作有误,救生艇就会脱离轨道,同时发出声光报警,如果操作严重失误,则立刻被叫停,同时提示本次训练失败。

自由式释放适用于船舶在发生特别紧急时,留给船上人员逃生的机会已非常渺小或者船舶发生大幅度倾斜,无法进行吊放时。操作人员进入虚拟的救生艇内部,调整好座椅,系好安全带,脱钩后自由滑落至水面,体验滑落过程中的失重感和进入水面的冲击感。通过学员反馈,此项可以提高船员应急意识,提升安全防范技能,同时保证了人员安全。

3 回收救生艇

回收救生艇是本训练最后一个模块,一般是演习结束或危机解除之后需要重新回到母船时所做。回收救生艇的关键在于安全的挂钩以及平缓的吊高救生艇,同时正确稳固的绑扎救生艇也很重要。

4 训练应用的技术

在本次关于VR模拟尾抛式救生艇释放训练中的相关技术:(1)吊艇臂运动模型的建立:为艇架吊臂建立运动模型,实现对其运动的模拟。(2)采用质点-弹簧模型,实现对不同材质柔性绳索的仿真。(3)采用两种协同工作方式使多角色协同训练更加灵活,并保证场景和操作流程的一致性。(4)采用船舶运动模型实现船舶、救生艇的运动仿真。

5 结语

本训练系统采用了虚拟仿真技术模拟尾抛式救生艇释放训练,一方面可以降低尾抛式救生艇实际操作中可能发生的安全隐患,另一方面可以降低训练成本,同时提高训练的成效,实现全天候、无地域限制的训练。在经过了一定范围内的推广后,学院反馈效果良好,企业接纳程度较高,达到了有益的效益。