澳大利亚矿山救援培训新技术

　　澳大利亚煤炭服务有限公司(CSPL，以下简称“煤炭服务公司”)是根据澳大利亚《2001年煤炭工业法》(Coal Industry Act 2001)成立的一家股份制公司，股东为澳大利亚建筑林业矿业能源工会(CFMEU)和澳大利亚新南威尔士州矿产委员会。煤炭服务公司主要开展煤矿保险、煤炭服务保健、矿山救援服务、职业卫生服务、煤矿技术服务和虚拟现实培训等业务。

　　20世纪90年代后期，澳大利亚的采矿业成为热门行业，需要招聘新矿工作为企业的劳动力储备，却面临着相当大的困难。首要问题是如何培训缺乏经验的新员工，同时又不让他们接触危险因素?由此，澳大利亚的虚拟现实培训技术应运而生。这项技术能够在虚拟的矿山环境中为新矿工和有经验的矿工教授与培训安全工作程序，并使他们免于接触真实矿山环境中的各种危险因素。煤炭服务公司在矿山救援培训方面，率先采用了虚拟现实技术，并一直成为矿山救援虚拟现实培训的领先者。

研发与应用

　　澳大利亚虚拟现实培训技术的研发历程大概有以下3个阶段。

　　概念提出阶段

　　1999年，煤炭服务公司提出了“虚拟现实培训”的概念，并出资进行了模拟评价。2000年，煤炭服务公司董事会请求新南威尔士大学开展一项虚拟现实培训的研究计划。煤炭服务公司随后与新南威尔士大学开展了平板背部投影虚拟现实系统实验，并进行了“概念验证”。澳大利亚煤炭协会研究项目(ACARP)为煤炭服务公司“矿山救援”部门拨款4万美元，安装了一个平板背部投影的虚拟现实系统。

　　创新发展阶段

　　2005年，煤炭服务公司进行了弧形屏幕试验，并开发了培训软件(模块)，这是虚拟现实培训的重要创新。2007年，澳大利亚新南威尔士州4个矿山救援站建立了虚拟现实培训中心。2009年，煤炭服务公司董事会请求昆士兰大学开展一项研究计划——“虚拟现实培训在安全和学习保持方面所带来的好处。” 煤炭服务公司投资850万美元，开发了一个完全身临其境的三维虚拟现实培训项目。这种先进的培训工具，模拟了危险的矿山环境情景，帮助员工积累处理危险因素的实际经验。

　　商业化推广阶段

　　2010年，煤炭服务公司虚拟现实培训中心对原始培训模块进行了改进，以提高其灵活性和商业化水平。新一代的培训模块涵盖了井工矿与露天矿的整个开采过程。同时，还改进了培训师的硬件设备。

　　虚拟现实培训的硬件设施主要有以下3种类型。

　　穹形屏幕剧院——可容纳1-4人，主要设施是1个3.5m高的180°玻璃纤维半球和1个投影仪，每个平台有3个穹形屏幕。

　　弧形屏幕剧院——可容纳30人，主要设施是一个8m长和3.5m宽的110°弧形屏幕，以及3台投影仪提供虚拟矿山图像。这种屏幕剧院是讲堂式的，适合讲解基础知识。

　　360°剧院——可容纳15-20人，12部投影仪(6对循环组)呈圆形排列，投影仪在一个120m2 的360°圆柱形屏幕上投影图像，6台计算机生成一个360°的全景3D影像，1台主计算机协调投影仪生成的图像。所有虚拟现实平台使用全环绕音响系统。

新技术的益处

　　煤炭服务公司对参与者和培训者进行了观察与调查，发现虚拟的学习环境所带来的培训效果比传统方法要好得多，主要有以下几个方面。

　　容易使用

　　虚拟现实技术为专门的应急培训提供了一个很方便的场所。在设置和参加适当的模拟现场方面，节省了时间和经济成本，培训者及其培训组不必去寻找与现实生活中环境或情况相似的物理环境，而是在短短的几分钟内就可以走进对真实世界进行“复制”的虚拟环境中;没有专门的设置，没有延长旅行时间，没有人身安全方面的风险;无需将其他员工放假或关闭整个工厂，就能在“工作场所”进行培训;模拟的紧急情况可以很容易地加以重复——对于新学员来说，点击一下按钮就可以实现情景再现，而在现实世界中，重复设置一个模拟的矿山环境，将会很费时间，且成本很高;可以轻松进入矿山内的很多地方，如长壁、支护内部等，一切工作只用几秒钟的时间或按一个按钮的事儿。

　　“安全”地接触危险因素

　　虚拟现实技术可以帮助学员“安全”地接触危险的矿山环境或紧急情况。在模拟现实生活中的紧急情况时，学员可以锻炼在一定时间内作出决策的技能，而人身安全却没有受到威胁。在模拟环境下，虽然与现实环境有相同的感官信号，但真正的“危险”却不同，有助于学员做出相关决策。对于现实工作环境中可能遇到一些危险因素(如低能见度、不能进入的区域、设备的破坏等)，学员可以提前做好思想准备。

　　更强的真实感

　　虚拟现实技术可以拓宽学员的视野。虚拟现实技术提供了比培训教材更广阔的视野。虚拟现实技术就像一个传感器，拓展了一个人的视觉、听觉和触觉方面的能力，所接触到的信息通常超出感官的日常范围。例如学员能看到对现实工作中“冒顶”的模拟，从一个“正常”的角度看是什么样子，虚拟现实技术还可以帮助他们从“上面”(平视)和“侧面”(站在支护里面)看是什么样子，对事故有一个更深入的了解。学员还可以看到塌方后的情形。正常情况下，在这种环境里是无法呼吸的，因为里面有厚厚的灰尘、碎片，道路也被堵塞了。在虚拟现实里，学员可以进入矿山，观察事故所带来的全部影响。

　　认知和行为改变

　　虚拟现实技术是学员获取、回忆信息并应用于工作场所的一种新培训模式。虚拟现实技术不仅可以提供一个极具成本效率、安全、方便易用和逼真的学习环境，它还被发现能对有效学习中的许多认知因素产生积极的影响，如空间意识、解决问题意识、危险感知等。一项研究发现，紧急情况发生时，一个在虚拟环境中接受过培训的应急服务小组，能够更好地驾驭真实的紧急环境。他们比那些没有经过虚拟环境培训的人员，在紧急情况下反应更加快速而准确。这是虚拟现实培训对学员认知方面的空间意识所带来的影响。

　　澳大利亚在许多不同的领域进行的各种研究表明，虚拟现实是一个开展有效培训的理想环境。现实世界中的各种问题可以呈现在虚拟环境中，可以帮助学员形成一些有效的记忆，如在某些工作场所活动或紧急情况下，如何有效地应对各种突发事件。

培训效果显著

　　煤炭服务公司的矿山救援培训一般有3种形式：培训室讲解、现场示范、虚拟现实场景参与。这三种培训方式所带来的不同理念为：“告诉我，我可能会忘记”“演示给我看，我可能会记住”“让我身临其中，我可能会理解”。

　　不同的培训方式所带来的效果是不同的。根据美国国家培训实验室(NTL)的调查结果，通过讲课的方式，学员的学习保持率只有5%;通过阅读的方式，学员的学习保持率为10%;通过视听的方式，则为20%;通过现场示范的方式，可达30%;通过小组讨论的方式，为50%;通过变干边学的培训方式，学员的学习保持率高达75%;通过教别人或立即运用学习到的新知识的方式，学员的学习保持率可高达90%。

　　煤炭服务公司调查发现，“虚拟现实培训”是后2种培训方式的混合运用，效果显著。通过将“虚拟现实技术”融入矿山救援培训，提高了学员互动交流的水平。这项新的技术，不仅提供了矿山环境的视听演示，同时提供了示范、讨论和边干边学、教别人或立即运用新学到的知识的机会。根据美国的调查结果，视听培训可以使学员的学习保有率达到20%。如果使用虚拟现实技术只演示模拟的矿山环境或采矿任务，将不会充分发挥该项技术的潜能。因此，真正的价值在于虚拟现实技术的使用方式。最重要的是，学员在虚拟环境中完成了什么任务，而不仅仅是虚拟现实技术本身的应用!

新进展

　　2011年7月，澳大利亚新南威尔士州纽卡斯尔(Newcastle)矿山救护站成为新南威尔士州4个矿山救援培训中心中第一个升级到第三代虚拟现实技术的培训中心。纽卡斯尔矿山救护站站内拥有直径为10m的3D立体环幕视景仿真环境，120m2的屏幕可以实现360°视觉沉浸感，让学员体验完全身临其境的矿山环境。该救护站可以同时容纳15~20名学员进入虚拟矿山进行安全培训。

　　第一代和第二代虚拟现实培训系统都是利用预先编制的培训模块对学员进行训练的，学员在虚拟环境中互动性较差。而第三代虚拟现实培训系统则具有无可比拟的灵活性，完全可以让学员能够自由地与虚拟现实环境进行互动。经过这样的虚拟现实培训，学员们会在“程序”当中发生微妙的变化，这是过去的重复训练所难以做到的。

　　第三代虚拟现实培训系统的另一个重要变化是，把iPad设备引进到虚拟场景中。培训指导老师可以通过为其配备的iPad设备连接全球定位系统，在虚拟矿山中跟踪学员，并触发和控制各种突发事件。同时，学员也配备了类似的系统，他们将在紧急情况下使用iPad设备。在iPad上还可以运行多气体检测仪或通风仪器的模拟软件。如果在学员的iPad上启动了一个模拟的气体探测器软件，学员可以观察气体读数的变化，以在虚拟矿山环境中采取相应的行动。为了提高新矿工的应变能力和矿山救援能力，虚拟现实系统在今后的发展中需要变得更加复杂。

　　编辑 宁 远