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浅谈虚拟现实技术在民航安全管理中的应用与展望_5151doc

浅谈虚拟现实技术在民航安全管理中的应用与展望
作者:未知 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2010-2-23

虚拟现实技术是利用计算机及其他技术模拟现实世界的技术系统。利用虚拟现实技术,人们可以方便地实现在现实生活中由于安全性或者经济性方面的原因而难以进行的研究工作。在民航安全管理中,虚拟现实技术也得到了广泛的应用。本文总结虚拟现实技术在民航中的已有应用,分析民航运行中仍未使用虚拟现实技术的空白点,并提出侧重系统运行研究的数字化民航运行系统的概念和应用。 
  虚拟技术慨述
  虚拟现实技术是将现实世界映射到虚拟世界的技术,随着人类对客观世界认识的不断加深和新技术的不断产生,虚拟现实技术的内涵在不断扩展。目前,常用的又包括计算机图形(CG:Computer Graphic J技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术在内的最新发展成果。事实上,虚拟现实技术是以计算机技术为核心的一系列新技术的集成。 
  虽然人们对于什么是虚拟现实并无统一的认识,但是诸多学者却公认虚拟现实具有浸没感 (Immersion)、交互性(Interactivity)和构想性(Imagination)的特点,简称为所谓浸没感,又称临场感 ,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度,理想的模拟环境能够使用户全身心地投入到由计算机所创建的三维虚拟环境中,如同在现实世界中的感觉~样:交互性指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性 );而构想性则强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以构想客观不存在的甚至是不可能发生的情境。 
  由于虚拟现实具有的以上特点,而虚拟现实技术是利用计算机技术对现实世界中已知的客观规律进行模拟,因而在各种领域中得到了广泛的应用,最常见的应用莫过于各种场景逼真的游戏,玩家在虚拟的环境中可以过着现实生活中向往却无法实现的生活,身心得到一种接近现实又超越现实的体验。除了用于娱乐之外,虚拟现实技术在规划、设计和人员培训方面也有着突出的表现,在民航安全管理中也有不少应用。
  虚拟现实技术在民航安全管理中的应用
  安全是民航运输业的生命线。虚拟现实技术应用于民航行业,从航空器设计、机场应急救援演练、事故模拟再现、事故征候调查仿真、到各类行业运行人员(飞行人员、机务维修人员及空中交通管制人员 )的教育培训与训练,不仅在很大程度上提高技术水平,而且将节约资金、大大提高运行安全水平。从国内外参考文献看,虚拟现实技术在民航行业的应用主要包括以下几个方面: 
  (一)人员培训 
  空中交通管制人员、飞行人员和机务维修人员的培训中广泛应用了虚拟现实技术。以我国某软件股份有限公司开发的CDZS机场塔台视景模拟机、DRS航管雷达模拟机和 DPS程序管制模拟机为例,这些系统是为训{练机场塔台管制员而设计的大型虚拟现实系统,能真实再现塔台管制工作环境,以 360。开阔的机场和近空视景 ,逼真的飞机滑行、起飞、降落 ,各种天气如雨、雪、雾以及夜航等,通过预先设计出的各种繁忙和危险情况用以对塔台管制员进行系统训练,并可以对训练结果进行评估,同时支持多种训练组合方式,是培训空中交通管制人员的主要手段和标准设备。虚拟现实技术的应用更加真实地模拟机场复杂、大流量的运营环境提供高画质、高清晰度视景,具有很好的沉浸感,因而具有较好的训l练效果。 
  模拟机是各种虚拟现实技术的综合应用,在高性能计算机为核心的虚拟环境处理器的支持下,利用二维或者三维的显示技术创造逼真的虚拟环境,使用各种传感器感受用户操纵动作或者身体方位作为输入,计算出相应的响应并输出反馈给用户。使用模拟机可以将现实中较少发生的危险状况模拟出来,使受训l者短期内反复操作以至熟练掌握却不面临任何实际的危险,避免了训练事故,提高了训练水平,在飞行员、机务维修人员和管制员的训练中占有极其重要的地位。自2006年以来,随着具有我国自主知识产权的飞行训练器的出现,攻克了原来由空客、波音垄断的盲点和局面。 
  对于机务维修人员的培训,亦可应用模拟机。如飞机试车是项高技术、高风险的工作,用飞行模拟机替代飞机进行试车培训,机务人员一方面可以熟悉试车的相关规程和工作步骤 ,另一方面也可以有效地降低飞机成本,更为重要的是规避了因误操作带来的一切风险。
  (二)计算机辅助设计 
  航空器设计耗资巨大而且时间漫长。采用虚拟现实技术,将设计图纸转变成三维模型,并可与实物一样进行装配 ,使设计人员有如身临其境观察航空器及其部件的外形、内部结构及布局效果,甚至可以进行计算机模拟的强度、刚度、振动、风洞等试验,及时发现问题并可以随时修改设计,避免了生产试件所需的大量时间和资金浪费,提高了安全性。 
  (三)安全管理 
  美国国家航空和宇宙航行局 (NASA,National AviationSpace agency)启 动 了航 空 安全计 划(ASP:Aviation SafetyProgram),广泛使用了虚拟现实技术。该计划通过对航空系统建模和监控,向管理者提供实时详尽的数据以支持决策,进行事故预警,从而达到避免事故发生的效果,具体措施包括:通过虚拟现实的训I练设备,加强训练 ,避免人为因素造成的事故 :通过探测恶劣天气,并向飞行员提供及时、准确的天气信息 ,增强低能见度下的情境意识从而避免事故;向飞行员提供合成的视景,显示地面地形及目标、空中交通管制状态、着陆进近模式以及跑道表面状况等信息,提高着陆安全性。
  利用虚拟现实技术,搭建数字化得的民航运行系统
  随着我国民航行业的迅速发展,各种先进技术陆续被引进,上文提到的各种训练设备在我国都有应用,也有了很好的效果,但是从应用领域来看都是单项局部的应用,未能体现民航运行高度系统性的特点。虚拟现实技术在我国民航运行安全管理方面的应用还不充分,还有较大的扩展空间。从民航运行的系统性出发,本文提出利用虚拟现实技术搭建数字化的民航运行系统的观点。 

  物质世界的发展变化规律是可以被认识的,虚拟现实技术是将现实世界的物质及其演变规律映射到数字空间,从而更加有利于人们认识客观世界。虚拟的“现实”空间有多大内涵有多丰富,取决于人们对客观世界的认识程度。民航运行系统是完全“人造”的系统,理论上说,利用虚拟现实技术可以制造出一个与实际完全相同的“数字化”的运行系统,人们可以利用这个系统对民航运行进行更加深入的研究,解决民航运行中存在的难点和热点问题,尤其是由于种种人为原因、组织失效造成的“系统性”问题。下面对当前民航运行安全管理中存在的几个方面问题进行探讨,用以说明数字化民航运行系统的应用。 
  (一)机场设计安全问题 

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