陳智慧，張曉青

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北，廊坊 065000)

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水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)考核的功能設(shè)計(jì)

陳智慧，張曉青

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北，廊坊 065000)

水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可代替實(shí)裝，完成不同火災(zāi)場(chǎng)景下的水罐消防車技術(shù)訓(xùn)練。針對(duì)水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)自動(dòng)考核的功能需求，通過(guò)考核設(shè)置、考核記錄和自動(dòng)評(píng)分功能的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水罐消防車單環(huán)節(jié)操作訓(xùn)練及協(xié)同操作訓(xùn)練的計(jì)算機(jī)自動(dòng)考核。

水罐消防車；模擬訓(xùn)練；人工智能；自動(dòng)考核

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已有多年的歷史，國(guó)內(nèi)在消防培訓(xùn)領(lǐng)域的研究，主要是針對(duì)大型火災(zāi)和事故救援作戰(zhàn)指揮的仿真訓(xùn)練[1-4]。由武警學(xué)院研發(fā)的“水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)”，將仿真技術(shù)應(yīng)用于水罐消防車訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了“教-學(xué)-練-考”一體化[5]。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了仿真教學(xué)、操作訓(xùn)練、過(guò)程記錄回放和自動(dòng)考核等功能，其中，自動(dòng)考核功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，不僅解決了人工評(píng)判和僅針對(duì)操作結(jié)果評(píng)判等考核方法存在的諸多問(wèn)題[6-7]，更為使用者有效掌握訓(xùn)練要點(diǎn)提供了重要的技術(shù)支撐。訓(xùn)練過(guò)程中，計(jì)算機(jī)可完成各操作節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)記錄并據(jù)此完成考核成績(jī)的自動(dòng)評(píng)判，不僅能夠?yàn)槭褂谜咛峁┱_操作的引導(dǎo)，還可提供可選的操作訓(xùn)練記錄回放功能，以便隨時(shí)、多角度觀看操作訓(xùn)練過(guò)程。

1 概要設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)原則

根據(jù)系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)目標(biāo)，水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的自動(dòng)考核功能需要自動(dòng)記錄訓(xùn)練操作中各個(gè)關(guān)鍵操作的狀態(tài)或結(jié)果，并結(jié)合考核評(píng)判規(guī)則，對(duì)使用者的當(dāng)前操作訓(xùn)練進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分。為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的自動(dòng)考核功能應(yīng)主要包括考核設(shè)置、考核記錄、自動(dòng)評(píng)分等過(guò)程。

首先，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)考核，必須對(duì)考核點(diǎn)、考核規(guī)則、評(píng)分規(guī)則等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，將設(shè)置內(nèi)容存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)表中。其中，考核點(diǎn)指定訓(xùn)練操作過(guò)程中需要記錄的狀態(tài)或結(jié)果的操作節(jié)點(diǎn)，考核規(guī)則說(shuō)明考核點(diǎn)應(yīng)該記錄的內(nèi)容以及考核點(diǎn)之間的相互關(guān)系，評(píng)分規(guī)則指明該考核點(diǎn)不同操作狀態(tài)或結(jié)果對(duì)應(yīng)的不同得分。其次，在操作訓(xùn)練的過(guò)程中，根據(jù)考核設(shè)置中指定的考核點(diǎn)和考核規(guī)則，自動(dòng)記錄相關(guān)操作點(diǎn)的內(nèi)容，并將其寫入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行存儲(chǔ)，即考核記錄。最后，根據(jù)考核記錄內(nèi)容和設(shè)置的評(píng)分規(guī)則，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前操作訓(xùn)練應(yīng)該得到的分?jǐn)?shù)，并給出得分及未得分的原因?？己顺煽?jī)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以根據(jù)考核人、考核時(shí)間、考核科目等內(nèi)容隨時(shí)進(jìn)行查詢。

依據(jù)上述概要設(shè)計(jì)，水罐消防車模擬訓(xùn)練考核體系的設(shè)計(jì)需要遵循以下四項(xiàng)原則：一是每項(xiàng)訓(xùn)練操作對(duì)應(yīng)且唯一對(duì)應(yīng)一棵由該項(xiàng)訓(xùn)練所有考核點(diǎn)組成的完整考核邏輯樹(shù)。二是處于同一考核邏輯樹(shù)上的考核點(diǎn)，如果父考核點(diǎn)沒(méi)有操作，則子考核點(diǎn)操作無(wú)效。三是采用一次通過(guò)考核方式，即在同一次訓(xùn)練中，同一考核點(diǎn)操作以第一次操作結(jié)果為準(zhǔn)。四是作為前置條件的級(jí)聯(lián)考核點(diǎn)未得分，則當(dāng)前考核點(diǎn)不進(jìn)行考核。

2 考核設(shè)置

考核設(shè)置是水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)考核功能的首要條件，包括對(duì)考核點(diǎn)、考核規(guī)則和評(píng)分規(guī)則的設(shè)置。初始設(shè)置需要在系統(tǒng)運(yùn)行前完成，運(yùn)行過(guò)程中可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行改變。

2.1 考核點(diǎn)設(shè)置

考核點(diǎn)是在某一具體操作訓(xùn)練設(shè)計(jì)時(shí)確定的，可以是某一具體操作，也可以是某一段操作過(guò)程。指定考核點(diǎn)時(shí)需要明確考核點(diǎn)的類型，目前考核點(diǎn)的類型主要有操作類、狀態(tài)類兩種。操作類考核點(diǎn)對(duì)應(yīng)于訓(xùn)練中的某個(gè)操作，狀態(tài)類考核點(diǎn)一定與某一操作類考核點(diǎn)關(guān)聯(lián)，是該操作所引起的狀態(tài)變化。每一個(gè)狀態(tài)類考核點(diǎn)能且只能對(duì)應(yīng)一個(gè)操作類考核點(diǎn)，而一個(gè)操作類考核點(diǎn)可以同時(shí)有多個(gè)狀態(tài)類考核點(diǎn)與之關(guān)聯(lián)。

2.2 考核規(guī)則設(shè)置

對(duì)于一個(gè)具體訓(xùn)練的所有考核點(diǎn)來(lái)說(shuō)，首先按照邏輯的必要性進(jìn)行分級(jí)。例如，消防車點(diǎn)火之后才能進(jìn)行掛檔、開(kāi)警燈等操作，那么消防車點(diǎn)火就需要放在第一級(jí)別，掛檔、開(kāi)警燈則放在其下的第二級(jí)上，與消防車點(diǎn)火不存在邏輯關(guān)系的考核點(diǎn)可以放置在第一級(jí)別上。對(duì)于同一級(jí)別上的考核點(diǎn)操作，應(yīng)按照正確操作流程進(jìn)行排序。

此外，在模擬操作訓(xùn)練過(guò)程中，某些考核點(diǎn)在邏輯上并不存在必然的先后順序，但根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)或者安全性等其他要求，這些考核點(diǎn)之間也需要有關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種關(guān)系就表現(xiàn)為級(jí)聯(lián)關(guān)系。例如，穿戴空氣呼吸器和進(jìn)入火場(chǎng)之間并不存在必然的先后順序，但基于消防員安全防護(hù)要求，實(shí)際操作時(shí)，進(jìn)入火場(chǎng)之前需要穿戴空氣呼吸器設(shè)備。

這些考核點(diǎn)之間因邏輯或業(yè)務(wù)產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)關(guān)系就是考核規(guī)則，依據(jù)這些設(shè)定的考核規(guī)則，水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)將每項(xiàng)訓(xùn)練包含的所有考核點(diǎn)組成一棵考核樹(shù)，該樹(shù)將成為后續(xù)記錄考核狀態(tài)的重要依據(jù)。根據(jù)設(shè)計(jì)原則要求，每一個(gè)訓(xùn)練只能有一棵考核樹(shù)與之對(duì)應(yīng)。

2.3 評(píng)分規(guī)則設(shè)置

對(duì)于每一個(gè)考核點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的評(píng)分規(guī)則，作為系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分的依據(jù)。評(píng)分規(guī)則表現(xiàn)為兩類，一類為根據(jù)考核點(diǎn)狀態(tài)或是否操作給出對(duì)應(yīng)的分值，另一類為根據(jù)考核點(diǎn)記錄數(shù)值判斷屬于不同的區(qū)間范圍，對(duì)于不同的區(qū)間給予相應(yīng)的分值。

設(shè)定的分值采用權(quán)重這種相對(duì)性的形式表現(xiàn)，即該考核點(diǎn)最后得分需要取決于考核點(diǎn)設(shè)定值以及該項(xiàng)訓(xùn)練中所有生效考核點(diǎn)設(shè)定總值。

考核設(shè)置的考核點(diǎn)信息主要包括考核點(diǎn)名稱、考核點(diǎn)類型、等級(jí)編號(hào)等內(nèi)容。等級(jí)編號(hào)為該考核點(diǎn)在邏輯樹(shù)中的位置。級(jí)聯(lián)考核為該考核點(diǎn)是否為前置級(jí)聯(lián)考核點(diǎn)，每個(gè)考核點(diǎn)可能有0個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)考核點(diǎn)。表1為水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)駐車訓(xùn)練的考核點(diǎn)設(shè)置的相關(guān)信息。

表1 訓(xùn)練的考核點(diǎn)設(shè)置信息

3 考核記錄

考核記錄主要發(fā)生在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)和開(kāi)始某項(xiàng)操作訓(xùn)練后?？己擞涗浌δ芨鶕?jù)考核設(shè)置信息，按照深度遍歷的方式遍歷該訓(xùn)練的考核樹(shù)，如果使用者按照正確的操作順序進(jìn)行模擬訓(xùn)練，考核點(diǎn)的觸發(fā)順序應(yīng)該與考核樹(shù)的深度遍歷順序一致，因此，在遍歷考核樹(shù)中每個(gè)考核點(diǎn)時(shí)，實(shí)時(shí)記錄每個(gè)考核點(diǎn)的狀態(tài)信息或操作數(shù)值，如果跳過(guò)了某個(gè)考核點(diǎn)，此考核點(diǎn)操作狀態(tài)不記錄，相應(yīng)考核分?jǐn)?shù)為零。

記錄考核點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，也會(huì)查詢其級(jí)聯(lián)考核點(diǎn)的狀態(tài)，如果級(jí)聯(lián)考核點(diǎn)狀態(tài)符合，則如實(shí)記錄當(dāng)前考核點(diǎn)的狀態(tài)，如果級(jí)聯(lián)考核點(diǎn)狀態(tài)不符合，則當(dāng)前考核點(diǎn)狀態(tài)不記錄，相應(yīng)考核分?jǐn)?shù)為零。

與評(píng)分過(guò)程的觸發(fā)時(shí)機(jī)不同，考核點(diǎn)操作狀態(tài)的記錄過(guò)程是隨考核操作實(shí)時(shí)發(fā)生的，因此，即使操作訓(xùn)練沒(méi)有按照正常的過(guò)程結(jié)束，該項(xiàng)操作訓(xùn)練的考核過(guò)程仍有記錄。

4 自動(dòng)評(píng)分

根據(jù)考核記錄功能所記錄的操作過(guò)程數(shù)據(jù)、考核設(shè)置功能設(shè)置的評(píng)分規(guī)則數(shù)據(jù)，自動(dòng)評(píng)分功能可以對(duì)已經(jīng)完成的操作訓(xùn)練進(jìn)行計(jì)算評(píng)分。

自動(dòng)評(píng)分是在操作訓(xùn)練完成時(shí)，由系統(tǒng)后臺(tái)程序自動(dòng)進(jìn)行的，評(píng)分結(jié)果將會(huì)記錄在考核結(jié)果相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。因?yàn)樽詣?dòng)評(píng)分需要操作人員正確完成考核指令后進(jìn)行，所以非正常結(jié)束的操作訓(xùn)練沒(méi)有考核成績(jī)。

自動(dòng)評(píng)分是按照百分制規(guī)則進(jìn)行的，依據(jù)考核設(shè)置中設(shè)置的考核點(diǎn)評(píng)分權(quán)重，自動(dòng)評(píng)分功能會(huì)將當(dāng)前考核點(diǎn)的設(shè)置權(quán)重與該項(xiàng)訓(xùn)練所有生效考核點(diǎn)的權(quán)重之和進(jìn)行比較，并將計(jì)算比例與考核點(diǎn)得分相乘，從而獲得當(dāng)前考核點(diǎn)的實(shí)際得分。因?yàn)闊o(wú)法保證權(quán)重比例與考核點(diǎn)得分的乘積為整數(shù)，因此存在四舍五入的問(wèn)題，可以通過(guò)改變?cè)u(píng)分計(jì)算順序中最后一個(gè)考核點(diǎn)得分的計(jì)算方法，來(lái)確保分項(xiàng)得分之和為100分。

5 結(jié)論

為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，考慮到自動(dòng)考核還需要支持多人在線協(xié)同訓(xùn)練，因此，為方便使用者，自動(dòng)考核功能中的考核設(shè)置由B/S結(jié)構(gòu)的程序?qū)崿F(xiàn)。此外，對(duì)于已經(jīng)設(shè)定的考核信息和評(píng)分結(jié)果信息的查詢，也是由B/S結(jié)構(gòu)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，考核記錄以及自動(dòng)評(píng)分則是在多人協(xié)同訓(xùn)練中的主機(jī)(單環(huán)節(jié)訓(xùn)練是指運(yùn)行客戶端程序的本地機(jī)器)上進(jìn)行，由C/S結(jié)構(gòu)的程序處理。

訓(xùn)練過(guò)程的自動(dòng)考核一直是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的難點(diǎn)之一，如何方便、科學(xué)地實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬操作過(guò)程的考核記錄，并能夠自動(dòng)計(jì)算考核結(jié)果，是每一個(gè)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)必須面臨的問(wèn)題。本文描述的水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)訓(xùn)練考核功能的設(shè)計(jì)，為此類問(wèn)題的解決提供了一個(gè)切實(shí)可行的參考樣例。

[1] 袁狄平，王盡飛，靳學(xué)勝．基于X3D 技術(shù)的化學(xué)災(zāi)害事故處置在線培訓(xùn)系統(tǒng)[J]．中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，8(8)：137-142．

[2] 袁狄平，靳學(xué)勝，張曉麗，等．沉浸式滅火救援計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練平臺(tái)的開(kāi)發(fā)[J]．消防科學(xué)與技術(shù)，2012，31(2)：162-165．

[3] 袁狄平，王國(guó)臣，張靖，等．油罐火災(zāi)滅火指揮計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)[J]．消防科學(xué)與技術(shù)，2003，22(6):531-532．

[4] 靳學(xué)勝，袁狄平．大型石化儲(chǔ)罐庫(kù)區(qū)消防虛擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)研究[J]．消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28(12):934-936．

[5] 陳智慧.水罐消防車仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，31(10)：13-16．

[6] 陳萱華，楊玲.面向仿真系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)評(píng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2012(11):59-65.

[7] 李婧，陳浩．軍用UUV保障訓(xùn)練考核系統(tǒng)[J]．兵工自動(dòng)化，2012，31(11):1-5．

(責(zé)任編輯 馬 龍)

Design of Automatic Evaluation Function of the Simulation Training System for Water Tanks

CHEN Zhihui, ZHANG Xiaoqing

(DepartmentofFireCommanding,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

A computer simulation training system can replace actual water tanks to conduct the training in different fire scenes. The automatic evaluation function can be realized through the design of rule setting, operation recording and automatic scoring. Water tank training and coordinated training can also be automatically evaluated in this simulation system.

water tank; simulated training; artificial intelligence; automatic evaluation

2017-02-22

河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“基于虛實(shí)結(jié)合的消防技術(shù)裝備課程教學(xué)模式研究”(2016GJJG241)

陳智慧(1971— )，女，河北廊坊人，教授; 張曉青(1977— )，女，山西長(zhǎng)治人，副教授。

D631.6;TU998.1

A

1008-2077(2017)06-0015-03