虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用探讨(二)

煤矿安全法规，煤矿安全技术等，尤其是新工人在上

岗前必须进行岗前培训。培训方法一般为由教师系

统讲授煤矿安全技术知识，采用的手段主要为录像、

实验、幻灯等现代化实验方法。这些方法在使职工了

解、掌握煤矿安全技术基础知识起了很大的作用。但

是录像与幻灯只能使学员有一个很抽象的印象，而

且由于煤矿事故，如顶板事故，瓦斯、煤尘爆炸，火灾

等不可能用实验来实现，而只能看一些录像。学员无

法获得在事故现场经历事故的感觉，而且没有交互

能力，学员只能被动的接受，因此它们的实际效果则

不是很理想。

4  使用虚拟现实技术的培训

   虚拟现实是一种由计算机产生的人为虚拟的实

境，这种环境可以是某个真实环境的虚拟，也可以是

虚拟的环境。这种虚拟的环境是通过计算机图形构

成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机

中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户不但

可以在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，而

且还可以进行不同程度地与计算机进行交互，从而

达到一种与现实十分相似的结果。尤其在煤矿这种

高危险的行业中，如果仅凭录像、幻灯，则不可能产

生那种身临其境的效果，但是又不可能让职工冒险

到他未知的、随时会发生危险的场合进行实验。在

虚拟现实环境中，学员可以放心地在“井下”工作，

可以体验到由于自己违规操作所带来的一切后果：

由于瓦斯爆炸、火灾、冒顶等带来的伤害，高温，高

压，从而能让学员心中产生一种刻骨铭心的感觉。

   在煤矿几百米深的地下，一旦发生事故，不但会

造成重大的经济损失，而且可能造成很大的人员伤

亡。在煤矿中，新人矿工人由于对井下各种操作，环

境、规程等都不熟悉，更容易引发事故。所以一般在

刚人井时均要进行一段时间的安全培训，并由老工

人带着进行工作。对于老工人来说，他们虽然有丰

富的工作经验，对规程也比较熟悉，但是由于他们

长期在这种艰苦且危险环境中工作，对事故已经产

生了麻痹感，往往会疏忽大意，一般的录像已不能

在他们心中留下很深的印象了。而虚拟现实由于它

的沉浸感、交互性则可以使新工人很快熟悉工作环

境的特殊性，使老工人心中对事故的影响产生持久

的记忆。

   要想使用虚拟现实培训技术，首先要用各种计

算机建模技术建立一个虚拟的煤矿。这个煤矿可以

是一个真实煤矿的计算机化，也可以是一个抽象的

煤矿。它们具有一个煤矿的生产系统，如提升、运输、

采煤、通风、掘进等，有大巷、上山、工作面，有运输

机、采煤机、风机等。在这个虚拟的环境中，就象在玩

一个RPG游戏一样。学员可以看到自己位于一个真

实的煤矿中，可以身临其境的去体验煤矿生产的各

个环节；可以亲自操作各种机械；可以学会如何采取

措施处理各种灾害，如何进行逃生；学员通过计算机

上的输入设备可以开动采煤机，并能同时看到大块

的煤往下掉人输送机上。如果使用一个分布式的虚

拟环境，则可以同时看到有人在操纵采煤机，有人在

移动支架。当学员进行违规操作时，同样可以出现各

种事故，如当空气中CH4超限时，遇到高温、电火花可

能产生爆炸等。如果是没有来得及支护顶板，则可能

出现冒顶，操作者将感到自己被埋在煤中，感到巷道

中的风流吹在身上，感到C／-／4~炸所产生的冲击波，

感到发火区空气的灼热。

   显然，这种培训手段使人与环境结合起来，通过

人机交互使学员产生身临其境的感觉大大超过以往

其它培训形式所能产生的效果，而且它能极大地提

高人们的想象力、激发学员的学习兴趣，强化学习效

果。同时，随着计算机技术、心理学、教育学等多种学

科的相互结合、促进和发展，系统因此能够提供更加

协调的人机对话方式。

5  虚拟现实技术在煤矿安全培训的应用前景

   虚拟现实技术综合了当前计算机最先进技术，

它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子

学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。在

目前仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服

的技术障碍。限于计算机软、硬件技术水平，VR系统

目前还只能达到部分真实感的程度。而且它的初期

技术及软硬件投入比较高，且由于煤矿本身对先进

技术的使用比较慢，现在对这种技术的使用还较少。

但是鉴于目前我国煤矿事故频繁及国家对安全的高

度重视，以后的煤矿安全培训将会进一步得到加强。

那么虚拟现实技术在培训中的优点将使它在煤矿安

全培训中会得到广泛的运用。

参考文献：

[1]李孝东．虚拟现实技术的发展及其在矿业中的应用[J]．煤

   炭技术，2002,21(12)

[2]汪成为，高文，王行仁．灵境(虚拟现实)技术的理论、实现

   及应用[M]．北京：清华大学出版社，1996

[3]戚宜欣，夏征义，汪箭．虚拟现实技术在安全工程中的应用

   [Ⅱ中国安全科学学报，1999,9(6)