面向道路应急的虚拟演练环境设计与系统研发

针对真实道路应急的演练环境不易搭建、场景单一且成本巨大等问题，将虚拟地理环境的理念与交通行业的道路应急演练相结合，研发面向道路应急的多用户场景协同应急虚拟演练系统。采用模块化理念设计构建三维情景库，构建距离转换算法提升三维演练环境帧数。引入距离场概念设计水体仿真算法，结合三维动画渲染软件的动力学仿真技术实现多种突发事件虚拟情景仿真，并基于UE4引擎，实现人机交互逻辑和多用户网络协同功能。结果表明：道路应急虚拟演练系统能够提供符合交通行业真实应急业务的、场景效果逼真的、科学的虚拟演练环境，为提升交通行业应急处置人员专业能力提供有效的工具平台。

交通运输作为国民经济发展的重要一环，是我国社会、经济、生活各个方面能够正常运行的基础前提，交通状态的好坏直接影响到物资给养运输的效率。事实上我国复杂的地质条件与多变的气候特征催生出了种类多变的自然灾害，严重威胁了交通基础设施的正常运转。近年来，我国应急管理部与交通运输部多次提出了应急管理体系能力建设的重要指示与应急管理信息化建设的意见。如今，传统的应急桌面推演与实地演练已无法满足应急管理人员的培训，同时存在演练环境不易搭建、场景单一且高成本等问题。为此借助计算机技术的帮助来提升应急处置人员的专业能力，辅助教育应急管理人员，促进信息技术与应急管理业务深度融合。

虚拟地理环境(Virtual Geographic Environments, VGE)是基于因特网的多用户虚拟三维环境，将现实世界中的人与虚拟世界中的三维图形表达相结合，是一个可用于模拟和分析复杂地学过程与现象，支持协同工作、知识共享和群体决策的集成化虚拟地理实验环境与工作空间[1]。目前在许多行业领域，国内外学者尝试以虚拟地理环境的形式，并结合游戏引擎中的技术，实现应急救援的教育与培训。其中，潘卫军[2]等人基于VR 技术同时利用Unity3D 研发机场应急救援虚拟演练平台；周柏贾[3]等人通过三维虚拟仿真地震灾害场景的发生发展过程和应急推演过程；朱新平[4]等人采用三维建模技术和粒子系统构建机场火灾虚拟场景，并基于Unity3D 引擎实现教员和学员人机交互。Shamus P. Smith [5]等人探讨了在消防演习疏散场景中计算机游戏技术的重用如何帮助虚拟环境的快速原型化。

运用计算机游戏引擎技术，能够弥补桌面推演存在的参演人员较少、只能查看文字记录、对救援场景的体验感不强等问题。并且相较于桌面推演能够提供更加绚丽的渲染效果和交互体验[6] [7] [8] [9]，相较于实地演练能够更加方便灵活，降低演习的成本。结合国内外学者的研究，现有的虚拟演练系统多面向火灾消防、地震救援等场所[10]-[15]，由于针对特定类型的场景设计相对单一，缺乏扩展性，而且面向道路交通行业的虚拟应急演练存在空白。因此，本文将虚拟地理环境的理念与交通行业的道路应急演练