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1、卫勤分队虚拟仿真训练系统研究一、 拟开展研究的必要性和意义（一）虚拟仿真技术在军事领域广泛应用虚拟仿真技术又称为虚拟实现技术，是一项涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域的综合集成技术。虚拟仿真就是利用计算机生成一个逼真的三维感觉的虚拟环境，使人作为参与者通过自然技能使用传感设备等适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用的新技术。当前，以信息技术为标志的新军事变革迅猛发展，高技术、新概念武器层出不穷，战争模式发生了重大变化，作战进程加快、作战反应时间缩短，对保障人员的能力、素质都提出了极高的要求。为应对新军事变革的挑战，以计算机为主体的数字化虚拟仿真技术在军事领域得到广泛
2、应用，一是武器装备研制。如美国诺格公司利用虚拟仿真技术为美国海军设计下一代航母CVN21，它是第一艘完全在虚拟环境中设计的航母。虚拟模型使人们能够思考如何最好地装配这艘航母，特别是系统区域。例如，在哪里放置管道，如何在上层甲板安装之前建造下层甲板等。二是军事训练。虚拟仿真技术可提供虚拟战场环境，在阿富汗战争打响之前，美国陆军装备司令部出资10亿美元构建了逼真的阿富汗虚拟战场，模拟了从沙漠到丛林以及拥挤的街道等各种地形，并通过人工智能的方法设计塔利班“士兵”供参战人员模拟作战使用，对单兵模拟训练和评价。当这些战士真正上战场时，他们已经成了熟悉战场环境的老兵。三是作战研究。在虚拟作战环境中，诸军种
3、联合虚拟演习，不但大大提高战役训练的效益，还可以评估武器系统的总体性能，启发新的作战思想，便于作战方案制定与理论研究。四是指挥决策模拟。利用虚拟仿真技术，根据侦察情况资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察双方兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。目前，美国国防大学已为军官开设了联合与合成作战模拟课程。美三军主要作战中心每年都要接待各类高级指挥和参谋人员进行作战模拟训练。为了统一建模方法和统一数据格式，美陆军部推行了“作战模型改进计划”，设想在一个统一的管理机构下建立一个具有层次结构的陆军作战模拟系列，将陆军各兵种的作战模型全部纳入这个体系中，以培养适应未来战争需要的陆军军
4、官。随着虚拟技术的进一步发展，超前模拟将成为未来军事训练的最高级特征，虚拟仿真以全息和超前的训练使未来的军队在虚拟中体验战争，并在虚拟中把握战争。以往那种认为“战术专家是打出来的，而不是训练出来的”观念将在虚拟仿真下的数字化模拟训练面前接受严峻挑战。五是催生了军事斗争样式。如虚拟威慑，运用虚拟仿真技术，模拟敌方的可能行动、己方的对抗措施和敌方惨败的后果，并公开展示，使敌方感到自己所有可能的行动都在对手的掌握之中。另一种是虚拟破敌，运用虚拟仿真技术制造某种可以削弱或瓦解敌人战斗意志的场景，陷敌于混乱，最终达到为战胜敌人而创造有利条件。（三）军内外研究现状虚拟仿真技术在作战指挥、军事训练和战法研究
5、等方面取得了革命性成果，在很大程度上解决真实作战训练中的一些实际问题，并因其在理论研究、指挥决策和训练演习上特有的科学性、经济性、对抗性、真实性、直观性、严密性、交互性、实时性、可控性和再现性等诸多优点，引起当今各国军队的极大兴趣，被视为信息时代提高作战效能和加强军队质量建设的有效途径。美军在军用仿真方面开展了大量的研究和应用工作，构建了包括自然环境、武器装备和人类行为等在内的各种模型库，制定了军用仿真的相关标准，实现了真实仿真、虚拟仿真和构造仿真系统间的互联、互通和互操作，将建模与仿真技术的应用范围拓展到人员训练、作战方案分析与论证、武器装备采办等领域。美军把卫勤信息化研究聚焦在战场医疗救护
6、信息化建设方面。包括单兵电子生命监测系统、野战医疗机器人系统、野战远程医疗支援系统等。采用物联网技术，研制伤员搜救系统，进行战场伤员智能感知、全球定位跟踪、生命体征监测和机器人寻找，运用战地救护机器人对伤员进行急救处理并实施后送。美军运用仿真技术对战场医疗救护装备进行设计与完善，并对战场医疗救护流程和运行机制进行反复推演，并进行模拟仿真训练。仿真技术在我军人员训练、战法分析和武器装备采办等方面得到初步的应用，促进了我军武器装备的研发和联合训练的开展。然而，与以美国为首的西方军队相比，我军建模与仿真技术的研究与应用处于起步阶段，要通过建模与仿真技术支撑各种军事活动、提升我军的军事优势还需要进一步
7、研究。我军的卫生信息化建设得到快速发展。一是卫勤信息化平台建设基本形成。以总后卫生部信息中心、军区军兵种卫生部信息中心、医院疗养院信息科、以及卫生信息技术基地为核心的军队卫生信息化专业组织体系逐步形成；以局域网、军事综合信息网和军队远程医学信息网为骨干的“地、天、空”全军卫生信息网络初步建成；在军队医院信息系统、远程医学系统和部队办公自动化建设过程中，卫勤领导信息化观念得到加强，锻炼和培养了一大批卫生信息化专业技术队伍。提高了卫生系统全体人员的信息化素质，卫勤建设的信息化人才队伍基本形成。二是研发了系列卫勤信息系统与信息化卫勤装备。完成了医院、远程医学、疾病预防控制等系列军队卫生信息系统建设，
8、其中军队医院信息系统建设与应用走在全国前列，提高了工作效率和管理水平。信息技术在医疗后送、药材装备、防疫防护等卫勤领域广泛应用。三是卫勤管理水平和应对突发卫生事件的能力得到提高。各级卫勤机关运用现代化管理手段，积极推进机关办公自动化和卫勤指挥网络化，卫勤信息化建设提高了工作效率。2003年抗击非典中，仅用3天时间就在小汤山医院建成并运行了军队医院信息系统，充分显示了我军卫生信息化建设的成效和应急能力，卫生信息化建设增强了应对突发卫生事件的能力。（三）卫勤仿真研究存在的问题为积极推进中国特色军事变革的重大战略，面对未来的信息化战争,我军卫勤担负着信息化战争卫勤保障和卫勤自身信息化的双重使命。基于
9、计算机和信息技术的模拟研究与训练有着广泛的应用前景，但是，我军卫勤信息化模拟研究与训练存在以下问题：第一，卫勤信息化集中在业务应用领域，缺少用于卫勤研究与训练的软硬件系统。虽然我军卫勤信息化在一些领域和单位有所突破，某些方面走在前列，但总体上以满足军队医疗、防疫等业务和卫生管理领域需求的应用软件为主，如军队医院信息系统、疫情直报系统、病案首页超级汇总等。而运用于卫勤研究与训练的卫勤信息化软硬件非常缺乏。第二，卫勤信息化训练的层次偏低。卫勤训练偏重战救技术技能训练，如伤员急救虚拟仿真系统等。缺乏针对卫勤干部及技术骨干的卫勤组织指挥实施训练，如机动卫勤工作流程、工作内容、岗位职责、卫生机构空间布局
10、、组织协调等内容的训练。第三，卫勤研究与训练信息化水平偏低。信息化条件下的卫勤研究与训练应该注重先进信息技术的更新与应用。许多单位的卫勤研究与训练仍然以基于图片、声音和视频等多媒体课件的单向交互式训练、或问答式训练为主，没有充分利用和发挥虚拟仿真等现代化技术的效用。而虚拟仿真技术已在军民广泛应用，卫勤系统在理论研究与训练方面明显滞后。模拟训练的一个重要趋势就是要追求模拟环境的逼真化和准战场化，卫勤研究与训练缺少具有快速生成高度真实感的卫勤保障虚拟仿真平台。目前尚无三维仿真显示、面向训练对象的交互式计算机模拟训练应用软件产品。（四）本研究的意义现代战争对卫勤保障提出了更高的要求。需要建立适应现代
11、战争的现代卫勤新理论，研究卫勤力量建设和卫勤保障的新模式，研究信息化条件下的卫勤训练新方法。在卫生勤务领域，虚拟仿真技术有很大的研究与应用空间，可以通过建模与仿真技术，对机动卫勤力量集成、卫勤组织实施方法和机制进行研究探索，应用虚拟仿真训练系统对卫勤组织指挥人员及卫勤技术人员提供训练支撑。计算机虚拟仿真技术的出现为克服和弥补现有卫勤研究与训练模式的不足提供了良好的契机。通过将虚拟仿真技术应用于卫勤训练领域构建基于虚拟仿真的卫勤组织实施虚拟仿真系统，可以呈现实战卫勤保障存在的问题，探索卫勤保障的机制，创新卫勤保障理论。卫勤虚拟仿真训练能增强卫勤训练的真实性，减少卫勤训练的组织成本和经济成本。在实
12、验室环境下开展基于想定的针对性卫勤研究与训练，通过针对性训练提高卫勤组织实施能力和技术人员的技术操作能力；可以促进卫勤训练方式的进一步发展,卫勤模拟训练方式是既有实战训练模式的有效补充，能够弥补现有训练方式的缺陷，通过实战训练和模拟训练相结合，大量的模拟训练配合少量的实战训练，将有望大大提高卫勤训练的效率和效果。机动卫勤力量是用于执行卫勤保障机动任务的机构或分队。主要有野战医院、野战医疗所、专科手术队、三防医学救援队等。机动卫勤力量既可以独立或配属给其它卫勤机构展开工作，又可用于加强部队的卫勤保障。机动卫勤力量是我军卫勤力量的重要组成部分，是现代战争、非战争军事行动卫勤保障的主要卫勤保障力量，
13、是我军现代卫勤力量建设的重点。应用虚拟仿真技术研究机动卫勤力量的作业流程、模式，训练机动卫勤力量的组织指挥与保障有重大现实意义。虚拟仿真是卫勤研究发展方向和趋势，目前尚无机动卫勤力量虚拟仿真方面研究，本研究可建立卫勤虚拟仿真开发平台，通过平台能快速生成机动卫勤力量虚拟仿真模型，开展卫勤保障仿真研究与虚拟仿真训练。二、 主要研究内容和目标(1) 研究目标通过机动卫勤力量的卫勤保障组织实施研究，确定机动卫勤力量基本单元模块，建立机动卫勤力量作业模型，建设机动卫勤力量虚拟仿真模型库，构建机动卫勤力量虚拟仿真研发平台。本研究构建的机动卫勤力量虚拟仿真研发平台可达到以下功能：快速构建机动卫勤力量卫勤保障
14、虚拟仿真系统。该平台拥有丰富的机动卫勤力量模块对象构件，有机动卫勤力量作业模型，大量卫勤虚拟仿真模型，应用该平台完成以野战医疗所等机动卫勤力量所为基本单元，形成模块化、交互式，面向对象的卫勤保障虚拟仿真系统。进行卫勤研究与卫勤虚拟仿真研究与训练。该系统能形象、生动地完成机动卫勤各角色人员岗位职责；能立体展现机动卫勤组织实施全过程。对机动卫勤组织实施的流程进行评估，为优化流程提供科学依据，为机动卫勤力量卫勤保障模式和机制研究提供虚拟仿真环境。运用模块化组合和三维显示方式，完成各类机动卫勤力量卫勤保障业务流程训练、机动卫勤组织实施训练和主要岗位职责训练。进行卫勤演习可视化方案制作。针对卫勤演习计划
15、，将演习中的卫勤要素参数录入系统中，同时或分别运用三维模拟模式、综合图表显示模式和全场景多维度显示模式，在任意时间序列和任意空间直观、形象、生动展示演习过程。(2) 研究内容卫勤分队虚拟仿真训练系统总体框架研究建立卫勤分队虚拟仿真训练系统的总体框架，包括卫勤分队虚拟仿真训练系统的系统架构、运行机制和技术框架。通过卫勤分队虚拟仿真训练系统总体框架的建立，给出卫勤分队虚拟仿真训练系统的全景视图。首先，建立卫勤分队虚拟仿真训练系统的系统架构。就是要确定卫勤分队虚拟仿真训练系统的构成组件和组件之间的交互关系。需要明确每个组件提供的功能和需要完成的职责、以及它具有的和需要的各种属性特征，需要明确每个组件
16、可以提供的交互和需要的各种交互、以及这些交互应该携带的数据信息，形成规范化的组件规约。其次，建立卫勤分队虚拟仿真训练系统的运行机制。就是明确如何使用卫勤分队虚拟仿真训练系统以提高相关组织指挥人员的能力。需要明确卫勤分队虚拟仿真训练系统的相关方，在明确相关方的基础上建立有效的运行机制，通过运行机制的建立确保卫勤分队虚拟仿真训练系统发挥最大的训练效力。最后，建立卫勤分队虚拟仿真训练系统的技术框架。就是要明确卫勤分队虚拟仿真训练系统的技术基础。通过将卫勤分队虚拟仿真训练系统构建于虚拟现实、分布式仿真和计算机生成兵力等标准化的技术之上，为卫勤分队组织指挥虚拟仿真训练提供良好的扩展能力和互操作能力，以进
17、一步支持嵌入到卫勤决策支持系统、联合作战仿真系统、以及实战指挥决策系统等。图1 卫勤分队组织指挥模拟系统框架卫勤分队组织指挥建模研究进行卫勤分队组织指挥总体模型的研究，构建卫勤分队组织指挥总体模型，为后续卫勤分队组织指挥小组模型的构建奠定基础。基于卫勤分队组织指挥研究，进行卫勤分队组织指挥总体研究，确定卫勤分队组织指挥的总体工作流程和相关配置、以及各层细化的工作流程，使用确定的UML描述方法建立卫勤分队组织指挥总体动态模型和总体静态结构模型，形成卫勤分队组织指挥总体模型。进行卫勤分队组织指挥各小组模型的研究，构建卫勤分队组织指挥小组模型。在卫勤分队组织指挥总体模型研究和卫勤分队组织指挥研究的基
18、础上，进行卫勤分队组织指挥各小组的研究，研究小组内部的工作流程和小组配置、以及各层细化的工作流程，得到各小组内部的原子活动，使用确定的UML描述方法从动态行为和静态结构方面按照自顶向下的描述方法建立小组模型，与卫勤分队组织指挥总体模型一起形成最终的卫勤分队组织指挥模型。图2 卫勤分队组织指挥与实施步骤图3 野战医疗所分类、救治及后送总体工作流程伤员编码与发生研究伤员是卫勤信息化模拟训练中最基本的要素。针对不同样式战争状态的减员情况以及各种非战争行动卫勤保障情况下，按时间节点提供不同波次、不同数量、不同伤情等符合要求的伤病员，为卫勤分队虚拟仿真训练提供伤病员流。本研究通过对战创伤伤病员进行要素分
19、析，将伤病员受伤原因、过程、症状、体征中对伤病员的分类、诊断、治疗和后送等关键性要素提取、分类，并给予编码。再经过编码规则随机生成伤员代码，生成伤病员，并按要求发送伤病员。最后形成具有丰富属性，满足分类、救治和后送需要，并具有交互功能的三维模拟伤病员。伤员编码与发生研究的具体内容如下。第一，战创伤伤病员要素分类及编码研究。分析战创伤伤病员要素，确定每类要素内容并进行编码。第二，伤员生成规则研究。根据要素随机组成一个完整的伤员编码，而由计算机根据要素随机生成一个伤病员，可能会出现不合理或不可能的伤病员，所以要对编码规则进行研究，保证生成合理的，符合要求的伤病员。第三，虚拟伤员属性研究。为满足仿真
20、需要，要求虚拟伤员具有交互能力，对伤员的症状、体征、外观、语言、行动等属性进行研究。第四，伤员发生模式研究。伤员的产生主要涉及伤员的类型及比例、伤员数量、伤员发生时间序列分布等，需要进行伤员发生模型研究。卫勤虚拟仿真训练评估研究训练评估是模拟训练系统重要内容，模拟训练系统能否适应真实反映卫勤组织指挥与保障能力培养的要求，最大限度地提高训练水平，需要应用科学有效的方法进行评估。通过本研究，建立评估体系、研究评估模型，具体内容如下。第一，卫勤分队训练评估指标体系研究。包括卫勤分队总体组织实施流程评估体系、卫勤分队各模块布局评估指标体系、以及卫勤分队岗位职责和任务评估体系。能针对不同任务条件下卫勤分队的展开模块和规模、卫勤分队各模块布局、以及分队组织实施工作流程建立绩效评价的指标体系。第二，卫勤虚拟仿真评估研究。根据卫勤分队训练评估指标体系，研究和建立卫勤虚拟仿真训练评估模型，包括卫勤分队组织指挥评估模型、卫勤分队实施流程评估模型、各岗位职责及内容评估模型、卫勤分队业务流程评估模型等。