Vladivostok, Vladivostok, Russian Federation
Russian Federation
BBK 74 Образование. Педагогическая наука
In firefighting and rescue operations, practical training plays a primary role, allowing rescuers to be constantly ready to act in the event of major incidents, accidents or emergencies. In addition to classical training methods, namely training in an unsuitable environment for breathing. Virtual reality is increasingly being used in training in many fields of activity, given the fact that in a virtual environment it is easy to simulate dangers that cannot be created in reality (explosions, fires, falls from a great height), and thus overcome the fear of such dangers. The capabilities of virtual reality simulators allow you to create training scenarios that emphasize the degree of physical fitness of rescuers, taking into account their physiological parameters, which are monitored throughout the training.
fire, virtual reality technologies, practical training, education
Практическая подготовка пожарных и спасателей по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ играет первостепенную роль в осуществлении профессиональных действий в реальных условиях. Ежемесячные тренировки в основном направлены на развитие двигательных навыков, физических и психических качеств спасателей, способов использования ими средств защиты органов дыхания, основных факторов успешного проведения работ.
Во время обучения особое значение имеет возможность тренировки в зоне ограниченного пространства, а также мониторинг психофизиологических факторов спасателей, таких артериальное давление, насыщение крови кислородом, постоянный замер пульса, это те факторы, которые невозможно контролировать во время обучения в собственных помещениях теплодымокамеры или иных тренажерах.
Оптимизация методов обучения, внедрение новых технологий и их активное внедрение в процесс подготовки специалистов становится одним из важных направлений. Использование новых технологий решающих профессиональные задачи способствует улучшению качества подготовки профессиональных пожарных и спасателей, так как от качества подготовки зависят жизнь другого человека и самих пожарных и спасателей. Использование виртуальной реальности позволяет создать более высокий уровень подготовки по сравнению только с классическими методами обучения, являясь дополнительным методом обучения и практической подготовки персонала по проведению аварийно-спасательных работ в токсичных/воспламеняющихся/взрывоопасных средах, но который не может полностью заменить реальные тренировки с использованием изолирующих устройств. В виртуальном пространстве, прежде всего, можно проверить теоретические знания спасателей, создавая сценарии опасных событий и наблюдая за тем, как действует команда спасателей.
Прежде чем спасатель приступит к спасению пострадавшего или тушению пожара, он должен надеть устройство защиты дыхания и проверить его основные параметры. В связи с этим в рамках обучающей системы виртуальной реальности необходимо создать и отрабатывать сценарий по одеванию и проверке устройства защиты дыхания на сжатом воздухе. Поскольку важную роль в реализации сценария с использованием виртуальной реальности играет то, как спасатель привык пользоваться VR-оборудованием (контроллеры, гарнитура с очками), а также учитывая тот факт, что в пожарно-спасательных подразделениях средний возраст персонала относительно высок (персонал менее знаком с VR-технологиями), мы не будем учитывать время, в течение которого спасатель надевает и проверяет устройство защиты дыхания, а обратим внимание на порядок надевания устройства и его проверки в соответствии с действующими процедурами.
Рис. 1. Сценарий примерки и проверки средств защиты органов дыхания.
Поскольку сценарий выполняется с помощью программного обеспечения, мы можем позволить спасателям, выполняющим сценарий надевания и проверки изолирующего устройства, пройти весь сценарий и в конце его представить любые нарушения, которые не соответствуют правильной процедуре. Кроме того, спасатель не сможет выполнить последующий шаг в этом процессе надевания и проверки, пока предыдущий шаг не будет выполнен правильно
Если сценарий, касающийся установки и проверки устройства защиты дыхания в реальности, выполнен правильно, можно переходить к следующему этапу обучения с помощью системы VR-тренинга, а именно к сценарию, в котором спасатель должен пройти через тренировочный полигон в замкнутом пространстве, воспроизводящий в уменьшенном масштабе промышленную зону с закрытыми пространствами, трубами, резервуарами, кабельными каналами, пандусами, а также различными блокирующими устройствами, затрудняющими прохождение.
Учебный сценарий проводится в соответствии со стандартными процедурами и включает следующие этапы:
- информирование спасателя об основном происшествии и задании, которое ему предстоит выполнить;
- оснащение защитным устройством для дыхания, которое было установлено и проверено в соответствии с предыдущим сценарием;
- умением использования устройства обнаружения газа;
- вход на полигон и измерение газов с помощью детектора, предусмотренного как на входе, так и на всем маршруте;
- на всем маршруте постоянный контроль давления воздуха в баллоне со сжатым воздухом, а также встречающихся факторов окружающей среды (дым, влажность, огонь или раскаленные участки и др.;
- движение по маршруту, установленному в начале сценария, принятие решений если на маршруте обнаружены взрывоопасные газы, превышающие максимально допустимые пределы или иные нештатные ситуации.
Сценарий тренировки включает в себя перемещение в виртуальной системе с соблюдением высотного режима трассы, подъем по лестницам резервуаров, подъем/спуск между уровнями на полигоне, отработку навыков использования контрольно-измерительного и газового оборудования.
Если спасатель не выполняет упражнение правильно, сценарий обучения выдает предупреждения или он не может продолжать движение, пока не выполнит правильные действия или не примет правильное решение. С помощью аппаратного оборудования (ноутбука) во время обучения можно вводить некоторые дополнительные опции, такие как:
- опция дыма, которая делает видимость на полигоне все более и более низкой, чтобы проверить реакцию спасателя на такой инцидент;
- опция взрывчатых газов, превышающих максимально допустимые пределы, которая подразумевает выход спасателя (соответственно, спасательной команды) из зоны — с помощью этой опции проверяются навыки принятия решений спасателями, соответственно, руководителями команд. Проведение таких тренировок с помощью системы обучения VR дает возможность повысить безопасность действий спасателя, проверить определенные реакции в экстремальных ситуациях (взрывы, плотный дым, концентрация газов выше допустимых пределов), ситуациях, которые очень трудно или даже невозможно достичь в реальных условиях.
Специфика тренировок на таком тренажере отличается от тренировок, которые спасатели проводят в собственных помещениях или теплодымокамерах, благодаря оборудованию, которым он оснащен, позволяет постоянно контролировать физиологические параметры спасателей (пульс, насыщенность крови кислородом, артериальное давление, количество потребленных ккал и т.д.).
В то же время в отсеке ограниченных пространств можно создать атмосферу с ограниченной видимостью, нагнетая в пространство дым, высокую температуру, высокую влажность, шумы, характерные для катастроф.
Первый сценарий тренировки на мобильном тренажере предусматривает регистрацию спасателя (досье спасателя) в базе данных лаборатории (фамилия, имя, номер удостоверения спасателя, если он проходит переподготовку, давление воздуха в баллоне). После регистрации в базе данных спасатель проводит часть тренировки в фитнес-зоне, проходя по очереди каждый тренажер (бесконечная лестница, велоэргометр, степпер, беговая дорожка и велосипед) в течение 4 минут, каждый из которых имеет заранее заданные характеристики (скорость, наклон, количество подтягиваний, пройденное расстояние и т.д.), то есть все спасатели будут работать в фитнес-зоне в одинаковых условиях.
Система телеметрии, которой оснащен тренажер, будет постоянно контролировать физиологические параметры спасателя перед началом тренировки, имея возможность установить минимальное и максимальное значение частоты сердечных сокращений на панели управления, и если спасатель выходит за эти пределы, раздаются звуковые сигналы, и тренировка прекращается для данного спасателя.
Через панель управления можно отслеживать энергию, потребляемую каждым спасателем на каждом отдельном типе фитнес-устройства. После того как спасатель пройдет через все пять фитнес-устройств, он войдет в отсек замкнутого пространства и дважды пройдет лабиринт замкнутого пространства, первый раз при нормальной видимости без дыма, а второй раз - когда отсек будет заполнен дымом, при включенном тепловом сопротивлении, с включенными стробоскопами и динамиками, воспроизводящими звуки бедствия. По окончании этого сценария тренировки в личном деле спасателя будет зафиксировано давление сжатого воздуха в баллоне устройства в конце тренировки, максимальные значения частоты сердечных сокращений, зарегистрированные спасателями во время тренировки, затраченная энергия путем сложения килокалорий, зарегистрированных устройствами, где это возможно, и общее время тренировки.
Если есть спасатели, которые израсходовали весь запас воздуха в баллоне и не успели пройти все описанные ранее этапы тренировки, то время окончания тренировки будет дополнительно занесено в их личное дело. Другой сценарий тренировки на мобильном полигоне включает в себя те же этапы, что и предыдущий, в части заполнения личных дел спасателей и тренировочной части в отсеке с тренажерами, но в отличие от первого сценария часть лабиринта в замкнутом пространстве будет выполняться всеми спасателями до полного израсходования запаса сжатого воздуха в баллоне, а время эффективного использования изолирующего устройства в условиях тренировки будет занесено в личное дело спасателя. Этот сценарий показывает для каждого отдельного спасателя фактическое время использования предоставленного средства защиты дыхания в условиях, максимально приближенных к реальным, что помогает организовать спасательные команды таким образом, чтобы между спасателями, входящими в команду, была совместимость как по физическим, так и по физиологическим параметрам.
Для горноспасателей, оснащенных кислородными дыхательными аппаратами замкнутого цикла, автономность которых выше, чем у аппаратов на сжатом воздухе, действия, описанные в предыдущих сценариях, сохраняются, но увеличивается время тренировок в фитнес-зоне мобильного полигона и время прохождения через замкнутое пространство.
Проведение практических занятий, связанных с этапами подготовки/переподготовки, приведет к повышению возможностей по проведению аварийно-спасательных работ в случае крупных чрезвычайных ситуаций, аварий, взрывов, катастроф и т.д. Мобильность оборудования, на котором базируются данные методы обучения, а именно системы VR-тренинга позволит проводить практические занятия в рамках тренировок/переподготовки, проводимых по месту нахождения по представленным сценариям. Использование данных методов обучения для всего персонала аварийно-спасательной позволит реализовать процедуры отбора спасателей для организации спасательных команд таким образом, чтобы обеспечить совместимость между членами команды как по физическим способностям, реакции в экстремальных ситуациях (взрывы, превышение предельно допустимых концентраций взрывоопасных газов), которые могут быть воссозданы с помощью виртуальной реальности, так и по физиологическим параметрам, которые спасатель достигает в процессе обучения.
Во время обучения, составив досье спасателя и сохранив его в базе данных, можно задействовать его в качестве спасателя на авторизованной спасательной станции, продемонстрировать его умение действовать, что позволяет проводить исследования по категориям персонала (пожарные и спасатели, горноспасатели) по возрасту, профессии и т.д. Проводя тренировки с помощью системы обучения на основе виртуальной реальности, можно моделировать экстремальные ситуации (взрывы, пожары, работа на высоте), ситуации, которые невозможно воспроизвести в реальных условиях обучения, а изучая реакции каждого отдельного спасателя, можно параллельно развивать исследования и проводить психологические тесты для каждого спасателя до и после обучения на основе виртуальной реальности.
Заключение
Таким образом, внедрение, системы VR-тренинга для подготовки профессиональных пожарных и спасателей существенно увеличит количество проведенных тренировочных занятий эмитирующих реальные условия по тушению пожаров и проведения аварийно-спасательных работ.
Тем самым улучшая уровень подготовки специалистов, в разы, сокращая время и финансовые затраты на подготовку реальных тренажёров перед проведением тренировки, что более эффективно отразится в реальных условиях при спасении жизни людей.
Применение данной системы для проведения практических занятий в рамках профориентации и формирования личности будущих пожарных и спасателей улучшит качество набора отбора специалистов для работы в условиях высоких температур и замкнутых пространствах. Перспектива дальнейших исследований по внедрению виртуальной реальности в практическую подготовку пожарных и спасателей открывает новые направления при применении данных технологий по спасению людей различными приборами защиты органов дыхания и зрения, эвакуации из зданий с массовым пребыванием людей, а также отработкой навыков при работе в чрезвычайной ситуации природного и техногенного характера.
1. Krayushkin N. Virtual'naya real'nost' v obrazovanii. [Virtual reality in education]// URL: https://hsbi.hse.ru/articles/virtualnaya-realnost-v-obrazovanii/ (Data posescheniya: 05.01.2023). (in Russian)
2. Hoze E.G. Virtual'naya real'nost' i obrazovanie [Virtual reality and education] // URL:://cyberpsy.ru/articles/virtualnaya-realnost-obrazovanie/ (Data posescheniya: 05.01.2023). (in Russian)
3. Merzlyakova O.P. Gejmifikaciya obrazovatel'nogo processa kak instrument razvitiya myshleniya shkol'nikov [Gamification of the educational process as a tool for the development of schoolchildren's thinking] // Uchenye zapiski Orlovskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: gumanitarnye i social'nye nauki. 2021. № 3 (92). pp. 255-261. // URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ (Data posescheniya: 07.01.2023). (in Russian)
4. Khoshelham, K. Accuracy and Resolution of Kinect Depth Data for Indoor Mapping Applications / K. Khoselham, S. O. Elberink // Sensors. 2012. Vol. 12, Is. 2. Pp. 1437–1454. DOI:https://doi.org/10.3390/s120201437.
5. Tajpour, M. Design the Pattern of Increasing Satisfaction for International Students: A Qualitative Study with the Grounded Theory Approach [Razrabotka modeli povysheniya udovletvorennosti inostrannykh studentov: kachestvennoye issledovaniye s ispol'zovaniyem obosnovannogo teoreticheskogo podkhoda] / M. Tajpour, K. Demiryurek, N. I. Abaci // International Journal of Management in Education [Mezhdunarodnyy zhurnal upravleniya v obrazovanii]. 2021. Vol. 15, No. 5. Pp. 458–476. DOI:https://doi.org/10.1504/IJMIE.2021.10040570.
6. Billinghurst, M. Collaborative Augmented Reality [Sovmestnaya dopolnennaya real'nost'] / M. Billinghurst, H. Kato // Communications of the ACM [Soobshcheniya ACM]. 2002. Vol. 45, Is. 7. Pp. 64–70. DOI:https://doi.org/10.1145/514236.514265.
7. Azuma, R. T. A Survey of Augmented Reality [Obzor dopolnennoy real'nosti] // Presence: Teleoperators and Virtual Environments [Teleoperatory i virtual'nyye sredy]. 1997. Vol. 6, Is. 4. Pp. 355–385. DOI:https://doi.org/10.1162/pres.1997.6.4.355.
8. Augmented Reality in Science Laboratories: The Effects of Augmented Reality on University Students’ Laboratory Skills and Attitudes Toward Science Laboratories [Dopolnennaya real'nost' v nauchnykh laboratoriyakh: vliyaniye dopolnennoy real'nosti na laboratornyye navyki studentov i ikh otnosheniye k nauchnym laboratoriyam] / M. Akçayir, G. Akçayir, H. M. Pektaş, M. A. Ocak // Computers in Human Behavior. [Komp'yutery v povedenii cheloveka.] 2016. Vol. 57. Pp. 334–342. DOI:https://doi.org/10.1016/j.chb.2015.12.054.
9. Learning of the future: will the virtual studio replace teachers and textbooks?[Obuchenie buduschego: zamenit li virtual'naya studiya uchitelej i uchebniki] // URL: https://rb.ru/longread/VR-education.
