情景构建用于应急领域培训与演练的技术实践

作者:李纯    原文刊登于《劳动保护》杂志2019年第三期
北京华中侨兴科技有限公司
中国应急管理学会标准化委员会专家委员
中国指挥与控制学会智能调度专委会委员

提到情景构建,我们的脑海里往往会产生一些模糊的概念。例如:

  • 一种计算机模拟仿真技术
  • 采用多媒体技术,例如音视频或动画
  • 利用计算机三维技术建模

其实情景构建还包含了很多非技术的属性。例如情景的设计上要适用于解决实际工作中的问题;容许从错误中得到学习;在学习者做出错误的抉择时可以得到及时的反馈等等。

事实上,情景构建主要是一种学习和培训的形式和方法而并非一种单一的技术手段。我们通过构建一种诱导式的学习环境来加快学习者在成为某一领域专家的进程。在这种学习环境中,学习者需要以角色扮演的方式应对工作仿真中的问题和挑战。

情景构建不是一种线性的流程式的学习方法,它更注重的是训练在实际问题发生时的综合解决能力。与知识的获得相比,能力的提升才是采用情景构建方式进行学习和训练的主要目的。

情景构建具有的一些特点使它很适合应用在应急救援和管理的培训中。例如:

  • 当你面对的任务发生的概率比较小的时候。例如一些灾害事故在现实世界中发生的概率很小,应急处置人员很难在平时获得足够的应对经验;
  • 需要对批判性思维能力进行训练;多数策略性的决策都需要批判性思维,在应急救援中,指挥决策需要指挥员将指挥经验应用到新的突发事件和新的现场情况中,并且在短时间内做出有效决策,这都需要批判性思维能力。我们采用的一些思维方法,例如“头脑风暴‘,”分解问题“等等,很难在短时间,高风险的任务中起到作用;
  • 需要培训专业人员的任务。情景构建主要用于对专业人员的培训。这需要学习者已经具有相关行业的基础知识,对其真实面对的工作环境有了一定的认知。简单的说,情景构建是一种学习后培训方式;
  • 高危任务。在应急救援和管理培训中,多数任务是无法在日常情况下获取到处置经验的。或者说其错误的成本过高,伤亡的概率过大,这种情况目前采用情景构建是很好的替代培训方式。

 

计算机虚拟仿真是情景构建最新采用的一种技术手段之一。特别是在应急管理这个特殊的领域,对于短时间从过往案例或想定事故案情中积累处置经验都具有很好的效果。

从技术的角度,我们需要把“情“和”景“分成两个部分。在”景“的构建上,目前主要采用计算机建模的方式进行解决。例如对于重大危险源单位的模型还原,对于某一特定事故高发环境的建模还原。建模的意义在于在计算机中建立一个以实际世界中某一部分为蓝本的虚拟世界,而在这个虚拟世界的环境进行训练的成本和风险都很低。需要注意的是,对于真实世界的细节完全还原是不可能的,我们往往会选择重点局部,或者对于细节的符号化处理。这种还原和3D电影中的动画建模不可相提并论。多数虚拟仿真技术都采用即时渲染的游戏引擎来开发,为了保证即时运算的速度和效率,合理分配仿真度和运行效率是必须要考虑的。

相比之下,“情“的技术处理要复杂的多。特别在灾害事故中,我们没有预先的故事情节,事态一直处于动态发展之中,不同的决策可能会带来不同的事件发展分支。很多培训演练系统采用了时间轴似的设置方式,但这种设计比较适合对于处置流程的掌握,实际事故发生和发展绝不是线性的,针对训练的情节设置要求很高。我们目前碰到更多的是按照预案来进行训练情节的设置。这种方式对于处置流程整体的认知比较有好处,但是由于对于事故本身的发展,以及不可预测后果或者由于错误决策导致的事态失控缺乏设置,培训的效果难以保证。所以说情节的设计不单纯是靠技术解决的,对于训练目的,受训群体的分析,训练效果的评估等综合因素才能促成特定情景构建的情节设计。举例来说,我们可以构建高速公路危险化学品槽车事故的场景,但其事件的情节对于不同受训群体是不同的,消防,交警,医疗进场的关注点都不相同。这里需要简单提到Situation awareness 态势感知这个概念。情景构建很多时候是在锻炼SA 态势感知的能力。以美国消防局的数据为例,2016年,美国60%以上的消防员伤亡事故是由于态势感知障碍造成的,这要远远大于由于个人防护装备造成的损失。

上面我将情景构建的概念,意义以及目前用来辅助情景构建的技术手段做了简要的介绍,下面结合案例看看我们如何和相关单位将情景构建应用到实际的工作培训中。

中国医学救援协会北京朝阳医院是和我们合作的第一个在实践中将情景构建用于培训的应急医疗单位。其生命支持救助培训课程其中的一个案例是发生在美国亚利桑那州的一次由于危险化学品运输火车与其它交通工具相撞,造成火车出轨,导致了化学品泄漏的真实事件。在情景构建过程中,我们首先和培训单位确定本次培训的主要目标是帮助医疗救援人员初步了解在危险化学品事故现场状况。了解医疗单位在处置过程的任务分派,个人防护注意事项,现场洗消区的建立以及院前检伤区域的建立和针对危险化学品医疗事故中对伤亡人员的检伤原则和基本处置方法。

图一:事故现场还原模拟

图二:建立现场洗消处置点

图三:个人防化服分类级别

图四:有害化学物质泄漏范围标注

 

根据本次培训的特点,我们在虚拟场景中放入了多个摄像头,并设置了CCTV四分屏显示,以便在讲师讲解到相关场景时可以进行快速切换。由于培训是针对单一救援单位的,其余联动单位采用计算机NPC进行模拟。单一救援单位的培训更为注重对于事件处理流程和其中一些知识点的掌握,没有很多的交互,在情景构建中偏重与场景的搭建通过讲师口述事件过程和重点的结合方式,以便加深受训人员的记忆。

同样的方法我们也采用在了部队医院战伤救护的情景构建中,并配合现场真人训练,进行了一次积极的尝试。

图五:中国人民解放军后勤保障部队战术战伤及大规模伤亡情景构建

图六:虚拟结合战地情景构建还原

在和某大学进行的有关机场航空事故应急救援演练项目中,我们对某国际机场T3航站楼进行了建模。建模区域包括了和停机坪,东侧跑道,机场消防站,机场医院等演练相关区域。

图七:机场T3航站楼及跑道建模

由于演练类项目需要多个应急处置单位联勤联动,我们采用了对多台计算机分配不同角色的方式,例如:消防员、医护人员、机组人员、现场指挥人员等等,对于不同的训练角色设置了不同的任务和动作区域。对于事态的发生和发展,采用在系统内设置触发事件。在事件触发上也打破时间轴的概念,可以在任何时间触发事件,例如不当决策造成火势扩大,搜救后发现受害人数上升等等,增加了事故处置的难度和复杂性。在这个项目中,我们也采用了VR头戴式显示设备以增强特定受训人员的沉浸式体验。

图八:机场消防应急演练融合VR设备

VR设备具有沉浸感强,视觉冲击大的优势。但在实际训练中,由于遮挡了训练人员的视觉和表情传达,在应急训练和演练中需要考察沟通能力和组织领导能力的项目中实际价值有限。VR设备的使用更适合学员对于模拟事故现场的观察和体验。对于整个演练的视觉部分,主要采用超大尺寸显示设备和立体声音效系统来达到现场沉浸的感觉。

将新兴的计算机技术应用在应急管理培训或者应急救援演练的情景构建中还是一种新的尝试。对于不同构建需求还要一按一例的具体分析来制定解决方案。我们在2019年也将和有关单位开始关于北京冬季奥运会场馆及周边公共安全事件情景构建的研究和实施工作,这将进一步促进我们在技术性情景构建方面的经验积累,也将为理论与实践的结合提供更多的方法和思路。