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基于虚拟现实的国际邮轮港突发事件应急演练研究

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张蕊郑燕华刘燕婷

摘要：随着我国国际邮轮港口的建设和运营，应急演练成为邮轮港口应急管理的重要组成部分。多样化的邮轮港突发事件和传统应急演练的局限性倒逼邮轮港口应急演练方式的改革，虚拟现实技术为改革提供了技术支撑。国际邮轮港虚拟仿真平台是以邮轮港口服务的教学、邮轮游客登离船流程解析、邮轮港口工作人员技能培训和邮轮港口应急演练为主要内容的综合性平台。平台搭建邮轮港口真实场景的模型，实现邮轮港口大厅交互功能与安全演练功能，实现多台虚拟现实头盔协同与多角色协同，具有学校教学和应急演练的双重作用。通过应急演练降低了应急演练的经济成本与时间成本，提高了使用者学习兴趣和演练效果。

Abstract： Emergency drills have become an important part of the emergency management of cruise ports with the construction and operation of China's international cruise port. The limitations of diversified cruise port emergencies and traditional emergency drills have forced the reform of cruise port emergency drills. Virtual reality technology provides technical support for reform. The virtual simulation platform of the international cruise port is a comprehensive platform with the main contents of the teaching of cruise port services， the analysis of cruise passengers' departure and departure procedures， cruise port staff skills training and cruise port emergency drills. The platform builds a model of the real scene of the cruise port， realizes the interaction function and safety drill function of the cruise port hall， realizes the cooperation of multiple virtual reality helmets and multi-role， and has the dual functions of school teaching and emergency drill. The economic cost and time cost of the emergency drill are reduced， and the user's learning interest and exercise effect are improved through the emergency drill.

關键词：虚拟现实;国际邮轮港;突发事件;应急演练

Key words： virtual reality;international cruise ship;emergency;emergency drill

中图分类号：G647;TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）02-0207-04

1? 基于虚拟现实的国际邮轮港应急演练虚拟仿真平台建设的应然性分析

1.1 我国国际邮轮港应急演练常见的形式与实例

近年来，随着我国邮轮港口的建设和运营，应急演练成为邮轮港口应急管理的重要组成部分。我国国际邮轮港应急演练的形式一般分为单项演练、综合演练和桌面演练。深圳蛇口邮轮中心举行“2018年邮轮旅游突发事件应急演练”桌面推演，演练的场景主要是模拟邮轮中心举办露天展览时幕布起火威胁到正在停靠码头的大型邮轮，致使大量旅客滞留，演练主要通过场景模拟、应急行动视频拍摄，在实际演习中主要运用影视、幻灯片和动画等资料配合演习。上海吴淞口国际邮轮港在2017年开展反恐安全演练，在2018年举办“决战进博会”反恐演习，模拟上海吴淞口国际邮轮港主干道至T1航站楼之间突发恐怖袭击和应急处置过程，2018年应急演练邮轮乘客突发严重疾病致使邮轮返航引发的突发事件。天津东疆国际邮轮港2013年与“海娜号”邮轮联合举行应急救援演习。海南司南环岛游艇码头2019年举行海南口岸邮轮群体性食物中毒事件应急演练。

1.2 基于虚拟现实的国际邮轮港应急演练虚拟仿真平台建设的应然性

1.2.1 多样化的邮轮港突发事件倒逼传统应急演练方式改革

2007年《中华人民共和国突发事件应对法》对突发公共事件分为自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件四大类，根据舟山国际邮轮港的性质与邮轮港口功能和服务流程的特性，结合国内外邮轮港口突发事件的案例，将舟山国际邮轮港突发事件分为自然灾害类、事故灾难类、公共卫生事件类、港口环境污染类、社会安全事故类、港口设备类和公共政策类七种。

①自然灾害类：台风、海啸、风暴潮、地震、大雾、洪水、雷暴等;

②事故灾难类：交通事故、人员事故、物品事故、航道堵塞、人员意外落水、邮轮撞击码头、船期延误、火灾等;

③公共卫生事件类：传染病、外来物种入侵、旅客或船员急救送医、旅客或船员病亡;

④港口环境污染类：污水排放、垃圾污染、废气污染、噪声污染;

⑤社会安全事故类：恐怖袭击、工人罢工、邮轮霸船、邮轮被劫持、人为纵火、被安置爆炸物、枪击等恐怖事件、邮轮或港口重大刑事案件、旅客偷渡、拥挤踩踏、港口水域人员落水;

⑥港口设备类：重要设备损坏、临时失灵、系统黑客入侵;

⑦公共政策类：政策变更产生的人员流动临时管控。

传统的应急演练方式覆盖面较为狭窄，一次只能推演一种或几种突发事件，邮轮港突发事件种类与普通港口区别较大，国际邮轮港频发的多种突发事件涉及不同的人员和部门的协调，传统的应急演练方式已不能满足国际邮轮港突发事件的应急管理，应急演练方式亟需改革。

1.2.2 传统应急演练的局限性促使邮轮港虚拟仿真平台的建设

邮轮港应急演练的目的是突发事件发生时迅速高效的应对，充分发挥港区的人财物等资源，将突发事件引发的各项损失降至最低，传统应急演练能够对邮轮港突发事件起到有效的作用，但也存在应急演练场地有限，演练成本高等局限性的问题，港口应急演练涉及到不同部门的配合，因演练经费保障不到位和管理权限的重重限制，邮轮港口不能定期的跨单位、跨部门的突发事件应急演练，导致邮轮港口应急演练不到位，传统应急演练的种种局限性需要新技术融入和应用于舟山邮轮港应急演练体系。

1.2.3 虚拟现实技术的发展为邮轮港虚拟仿真平台建设提供技术支撑

随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术应用于邮轮港口的服务、培训和应急管理成为现实，虚拟现实技术将扁平化的数据还原为邮轮港真实的场景，将突发事件的场景虚拟还原，使用者能够沉浸式的感受邮轮港及各种突发事件并进行突发事件应急演练，虚拟资源的重复使用性能够大大降低应急演练的成本，虚拟场景的安全性能够充分保障参与者的人身安全。

2? 基于虚拟现实的国际邮轮港虚拟仿真平台建设原则

国际邮轮港虚拟仿真平台是以真实邮轮港口为基础，通过模型搭建和交互功能开发，以邮轮港口服务的教学、邮轮游客登离船流程解析、邮轮港口工作人员技能培训和邮轮港口应急演练为主要内容的综合性平台，平台在建设中坚持实用性、易用性、可持续性、安全性和稳定性的原则。

2.1 实用性与易用性原则

国际邮轮港虚拟仿真平台的建设以实用为主要前提，虚拟现实技术是以计算机图形学为基础的科学，平台对真实世界模拟度越高，所呈现的效果越逼真，真实的环境拟真表现能够达到最佳的使用效果，在视觉效果保障的基础上尽可能提高实用性，降低邮轮港突发事件应急演练产生的高额成本、不确定性和危险性，在实用性的前提下注重平台的易用性，软件易学易用易上手，同时具有可管理易维护性，使用者和管理者经过培训和短期实践后即可使用和管理维护。

2.2 可持续性原则

隨着邮轮港船舶停靠频次的增加，港口接待能力和接待人数不断增加，邮轮港突发事件的类别与强度将会增多，国际邮轮港虚拟仿真平台建设时，在软件与硬件方面均应留有扩充的余地，在平台设计上选用较为先进且开放性好的技术，采用模块化的组织方式，使系统具有可扩展性，各个模块之间通过精心设计的接口进行通讯，同时考虑到未来平台的升级需要，预留大量的接口，根据现实的发展与需要，能够升级更多的功能，满足更高的需求，国际邮轮虚拟仿真实训平台以邮轮港口服务的教学、邮轮游客登离船流程解析、邮轮港口工作人员技能培训和邮轮港口应急演练为建设目标，能够满足不同需求人员的使用。

2.3 安全性原则

国际邮轮港虚拟仿真平台建设中充分考虑系统的安全性和数据的安全性，为防止非法用户的入侵，建立虚拟演练系统有效的身份认证和授权管理机制，解决身份鉴别和访问控制，防止一旦身份被假冒后造成的非授权访问，模拟演练系统保证应急预案等相关文档不被非法窃取和篡改。数据的安全性体现在使用者只能访问其获得授权后的数据并且数据不易丢失，虚拟演练系统从数据存储、数据运输和数据访问三方面保障数据安全。系统在数据库端、应用系统端和客户端都严格控制数据访问权限，防止未经授权的数据访问。

2.4 稳定性原则

国际邮轮港虚拟仿真平台需要保障软件系统的稳定性，系统稳定性是指系统在规定的运行条件下，在规定的时间内不发生故障、稳定运行的能力，平台采用容错设计，使平台内部潜在的差错对可靠性的影响缩小到最低程度，在影响系统关键性的进程中采用错误预处理的方法，对错误进行捕获和处理，保证系统稳定、可靠地进行，平台采用先进的内存管理机制，确保系统高效稳定的运行，同时系统在数据层和应用层均采用双机热备技术，在发生故障时可以快速恢复。

3? 基于虚拟现实的国际邮轮港突发事件应急演练实现方式与内容

3.1 搭建邮轮港口真实场景的模型

根据国际邮轮港的真实场景搭建模型，逼真的还原应急演练的场地，基于相应的场景呈现各类突发事件，使用者可使用VR头盔和手柄等设备以第一人称视角在场景中进行漫游，行走过程中可实时调整相机参数，修改行进速度，采用碰撞检测实现与场景地面和设备物体的干涉检查，避免穿透效果，在行走到设备、器具或重要地点时，可拿起物资设备和器具进行详细查看，也可查看相关的图文或视频说明，提供导航功能，在导航图的热点位置区域进行快速定位，能够迅速切换到邮轮港的不同区域（如图1），同时还可以通过顶视图的视角观看整个邮轮的布局。总之，通过邮轮港口真实场景的模型搭建，可以使使用者了解虚拟演练场景的结构，掌握场景中的安全出口与整体布局，了解不同应急物资的存放位置，如各类灭火器、防毒面具、紧急电源、救生衣、救生艇等，掌握应急演练中的注意事项，为后续虚拟场景突发事件演练奠定基础。以高标准进行建模，模型贴图后要求纹理清晰，与实物尽量相符体现真实感，带动画的模型保障不会出现拉伸或变形，建模的精度满足各项设备结构和工作原理的演示功能，尽量与真实设备保持一致，能够模拟出设备运行的状态。

3.2 实现邮轮港口大厅交互功能与安全演练功能

邮轮港口大厅交互功能主要应用于邮轮游客登船与离船流程，登船流程主要包括邮轮游客进入邮轮港区大门、登船相关手续办理、游客行李托运、海关、出入境检验检疫和边检，游客登廊桥上船等环节，离船流程反之，通过邮轮港口游客登船与离船流程的呈现，使用者可以清晰的掌握邮轮港正常运营情况下的运作过程，该功能兼具教学、培训和演习的功能。针对邮轮港口各类安全事故涉及模拟演练情景，如邮轮港火灾演习、邮轮港紧急疏散、邮轮港霸船事件应急处理等，主要包括邮轮港安全演练内容与流程、邮轮港救生衣位置和救生设备使用、邮轮港疏散与逃生路线设计、邮轮港救生通告与指引设计、邮轮各类紧急事件代码指令与紧急逃生信号的使用等方面。

3.3 实现多台虚拟现实头盔协同与多角色协同

支持不同的角色进行协同，初步实现邮轮港口工作人员和邮轮游客两种身份在线演练，在角色不足情况下，支持机器人辅助演练，达到自主学习的目的，演练内容包括在邮轮游客到港和离港阶段邮轮工作人员对客服务的内容，还包括在邮轮港日常的应急演练，并且能够进行多台虚拟现实头盔和多角色协同演练。

3.4 实现学校教学与邮轮港应急演练的双重作用

国际邮轮港虚拟仿真实训平台将硬件与虚拟现实软件进行结合，通过搭建逼真的邮轮港环境与布局，模拟邮轮港的工作环境、岗位操作标准，一方面可以在教学中应用，培养学生对邮轮港区的认知与服务能力，使学生充分掌握邮轮游客登船与离船流程，通过逼真、互动、沉浸式的实践练习，激发学生学习兴趣，并且虚拟仿真实训平台的重复性和选择性使学生的学习效率更高，节约实训成本;另一方面可以应用于邮轮港区工作人员的服务技能培训和应急演练，包括邮轮港火情火灾应急演练、邮轮港抗台演练、邮轮港应急电源启动演练等。

4? 基于虚拟现实的国际邮轮港突发事件应急演练实践

4.1 基于虚拟现实建设国际邮轮港虚拟仿真实训平台建设内容

国际邮轮港虚拟仿真实训平台是依托于国际邮轮虚拟仿真实训平台建设的一个子平台，国际邮轮虚拟仿真实训平台是基于虚拟现实技术为国际邮轮乘务管理专业学生开发的实训教学平台，包括邮轮和邮轮港多个模块，分为咖啡厅、酒吧、餐厅、客舱、购物街、娱乐设施、宾客服务中心和邮轮港口八个子项目，主要应用于《咖啡研磨》、《酒吧服务与管理》、《调酒知识与技能》、《邮轮餐饮服务与管理》、《邮轮客舱服务与管理》、《邮轮购物服务与管理》、《邮轮娱乐服务与管理》、《邮轮前厅服务与管理》和《国际邮轮母港概况》等课程的课堂教学，同时还具备培训、展示和应急演练等作用。

4.2 国际邮轮港虚拟仿真实训平台整体设计思路

4.2.1 依托真实港口开发国际邮轮港虚拟仿真实训平台

国际邮轮港虚拟仿真实训平台在开发建设时依托上海吴淞口国际邮轮港、舟山群岛国际邮轮港的真实场景（如图2），实地拍摄采集邮轮港第一手素材，多次深入调研了解邮轮港口服务流程，了解邮轮港口应急管理的内容与应急演练，将邮轮港口服务流程与应急处置流程纳入到软件开发过程始终。

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4.2.2 创建邮轮港口突发事件模型库

在分析邮轮港口七类突发事件的基础上，初步建立突发事件模型库，包括火灾、台风等突发事件应急处置流程，将应急事件的具体形态、人员调配、应对过程等内容在系统中得到真实的再现，使参与应急演练和培训的人员能够真实、直观、沉浸式的掌握突发事件应急处理的全过程。数据库主要包含基本信息数据、音视频信息数据和资源管理信息数据三个部分，由平台涉及的资源类型众多，包括模型、图片、纹理、音频、视频、文本信息和动画等，这些资源以独立的文件形式存在于平台的存储设备之中，彼此难以建立像关系型数据库中数据表之间的关联关系，为便于对这些资源文件的统一管理和协调使用，平台使用“资源管理元数据”的形式，将数据库中的资源通过某种索引的形式将它们进行关联。

4.2.3 国际邮轮港虚拟仿真实训平台硬件设备方案

国际邮轮港虚拟仿真实训平台采用3D LED投影大屏，3D显示技术是近年来成为室内高清显示领域的潮流和发展方向，平台采用的LED 3D显示方案采用快门式3D技术，采用主动式成像模式，无需复杂的周边设备就可以拥有良好的3D显示效果，应用广角视域无缝覆盖的位置跟踪系统，平台的沉浸式虚拟现实系统是由虚拟现实数据头盔、高性能图形工作站、55寸监控屏幕等设备共同组成，虚拟现实头盔是系统的主体，为使用者呈现全方位视觉的立体画面，通过采集空间定位发射器收集到使用者在空间中的位置移动数据，实时计算出视角的转动变化并做出相应的画面变化，使使用者得到一种身临其境的真实感和沉浸感。平台音响系统采用“5.1声道”，使用5个喇叭和1个超低音扬声器实现一种身临其境的音乐播放保证电音和语音清晰度、语言可懂性。

5? 国际邮轮港虚拟仿真实训平台应用反馈

5.1 降低应急演练的经济成本与时间成本

对于邮轮港口服务流程和应急管理流程的全面再现和真实模拟，将邮轮港口的场景进行完整搭建，通过多台虚拟现实头盔的连接以及软件中多角色的设定，通过多人协同、人人交互、人物交互、情景展示和角色扮演等方式，使使用人员能够真实体验邮轮港口工作流程，实现人机高效互动，虚拟仿真实训平台的重复使用性可以降低邮轮港口服务培训和应急演练的经济成本与人员的时间成本，可更新性和可持续性可以使邮轮港口花费较低的经济成本进行更新，将一些邮轮港口新的突发事件应急处理进行更新。

5.2 提高使用者学习兴趣和演练效果

邮轮与邮轮港口应急预案教学是训练学生对邮轮和邮轮港口相关突发事件应急处置能力的重要内容，在教学应用过程中，邮轮港口应急预案课程内容比较枯燥，缺乏直观可视化的教学资源，缺少可进行实践操作的实训场地，学生学习兴趣缺乏，学习效果较差，开展传统教学方法与虚拟现实教学技术相结合的方式，学生能够不出校门就沉浸式的感受邮轮港口的全貌，能够給予学生身临其境的深度体验感。在邮轮港口应急培训过程中，可以在不影响邮轮港口日常运营的情况下，根据人员培训和演练的需要轮流分批进行虚拟应急演练，保障应急管理培训的广度和深度。

参考文献：

[1]王昱.基于GIS的港口突发事件辅助决策与应急指挥系统研究[J].交通信息与安全，2014（1）.

[2]朱中华，王则胜.港口水域突发事件应急预案存在的问题与对策分析[J].中国安全生产科学技术，2011，7（3）.

[3]程浩.一种虚拟现实的应急指挥系统的设计与实现[D].西安电子科技大学硕士学位论文，2017.

[4]李敏，韩丰.虚拟现实技术综述[J].软件导刊，2010，09（6）.

[5]洪州.虚拟实训系统的研究现状及发展趋势[J].实验技术与管理，2014（06）.

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