一、模拟培训的简介及意义
(一) 煤矿安全生产模拟培训系统简介
拓维煤矿安全生产模拟培训系统是根据煤矿目前企业培训工作的实际情况，可定制开发的培训系统。系统利用虚拟现实技术将巷道现场、事故现场（各种自然灾害等）呈现在培训人员的面前，特别是对于新进员工，使他们可以掌握各种基本的、必不可少的生产与安全知识，避免各种事故的发生，同时在遇到紧急事故时，按照标准化处理流程对事故进行处理，真正做到防患于未然。
模拟培训系统的开发和应用是国家对于煤矿生产，切实落实“以人为本，安全第一” 的安全理念、“安全生产高于一切”的首要行为准则的一个突出的体现。
模拟培训的概念
所谓模拟培训是指基于虚拟现实技术的培训，将整个实际培训过程在计算机上的实现。模拟培训系统是指利用虚拟现实技术生成的一类适用于进行教育培训的虚拟环境，它可以是某一现实世界培训基地或设施的真实再现，也可以是模拟构想的世界。与模拟仿真培训系统看上去很类似的视频或者图片类的培训系统实质是非常不同的，根本区别在于模拟仿真培训系统真正实现了互动，用户可以通过计算机键盘或鼠标直接操作系统中的模拟设备（这个设备与真实的设备从外观上看可以完全一致）实现各种操作，接着计算机显示器上立刻显示出用户操作后，现实中所表现出的结果，例如，设备变化，仪表参数变化等等，如果操作错误，给出相应的提示信息及后果。受训人员以虚拟环境为依托，置身于其中，完全主动的进行学习和训练。
模拟培训是近两年来国外最活跃的计算机技术研究领域，是一系列高新技术的汇集，这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及实时计算技术，还包括人的行为学研究等多项关键技术。模拟培训是计算机技术发展的更高境界，能给用户以更逼真的体验。
(二) 与现实教育培训相比，模拟培训有如下特征
1.仿真性
在虚拟现实技术支持下，模拟培训设施与真正的培训设施功能相同，操作方法也一样，学员通过模拟培训设施训练技能与在现实培训基地里同样方便。这是因为模拟培训环境无论是现实的环境或是想象的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的模拟环境应该达到使受训者难以分辨真假的程度，甚至比真的还“真”。
2.开放性
模拟培训环境可以为所有受训者在任何时间、地点提供各种培训的场所。事实上，模拟培训环境的内涵是广泛的，它不同于传统的培训基地概念，它具备可以进行类似于传统培训项目的环境，但它更擅长的是那种使学员置身于培训项目对象之中的逼真环境。培训成本比实际培训明显降低。
3.超时空性
模拟培训环境具有超时空的特点，它能够将现实世界拥有的所有物体和发生的事件单独呈现或进行有机组合，并可随时随地提供给学员进行培训。比如，学员需要身临超越现实时空的环境（如在培训教室中真实感受矿井巷道中的环境）进行训练，那么模拟培训环境就可以提供虚拟巷道。
4.可操作性
受训者可通过使用专门设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的物体进行操作，就象在现实环境里一样。可操作性是模拟培训环境实际运用的必备特性，它使学员得以在其中学习需要实际操作的培训课程，也使远程教育培训可能真正实现。
5.强对应性
学员的培训内容与模拟环境是密切对应的。例如，学员要学习石油开采知识，那么模拟环境就是钻井或采油井场的模拟环境；而在学习煤矿生产安全知识时，模拟环境可以是煤矿井下巷道。对应性将能为受训者设定各种复杂的情况，以提高受训者的应变能力；从而使得他们在实际环境下能得心应手地处理各种情况。另外，虚拟现实技术能按每个学员的基础和能力，对应性地开展个别化的教育培训。
因此，模拟培训能满足信息时代技能培训不断变化的要求，是一种高水平、高效率、低费用的新型柔性培训模式，它使得人员培训无论是在应用范围（广度、空间）、时间选择（宽度、时间）、还是在培训的难易程度和绩效评价（深度、效度）上都有着其它培训方式所无法比拟的优越性。利用模拟培训对员工进行培训，根据所要培训的内容进行相应的虚拟处理，员工无论是在知识学习、能力创新，还是在经验积累、技能训练等方面都可以收到意想不到的效果。从发展的角度来看，利用模拟培训技术对员工进行培训已经成为一种趋势。
二、系统目的及功能概述
(一) 系统目的和现实意义
目前煤炭工业发展迅速，煤炭的开采难度越来越大，企业对职工培训要求越来越高，井下作业也越来越复杂。所以，作为高危行业，企业每年都要对新入矿的员工进行技术、安全等各方面培训。
传统培训模式一般通过邀请专家学者担任培训讲师，定时、定点进行集中授课。它的局限性主要表现在以下几个方面：
培训的水平难以确保。培训的成败很大程度上维系在讲师的水准上。
培训效果差。单一的授课模式，很难将培训对象的注意力吸引住。即使培训合格，也主要通过死记硬背的模式。学员并没有一个直观感性的认识。
很多知识无法清晰的表达出来。抽象的书本知识或者是二维插图很难将知识正确的传递到职工脑中，往往依赖于受训职工的想象力。即使采用视频录像的模式也不容易将一些内部工作原理表达出来。
缺乏互动的特性。即使使用了模拟器或实物等设备进行培训，由于其昂贵的花费和地域空间上的限制，往往造成培训资源的紧缺。因此受训职工有可能只能获得很少的实验机会，缺乏实际操作的经验。
无法对事故或者灾害进行再现，对安全培训不利。对于冒顶、火灾、瓦斯突出等事故的再现，在传统培训中是不可能实现的，这一点在当今强调安全培训的今天，大大制约了培训的效果。
成本昂贵。为获得更好的培训效果，培训单位购置的培训实物，这些设备或者模拟器代价昂贵，造成培训成本的大量增加。
受制于固定的安排。一旦培训计划确定后，当某些受训对象有重要事务无法到课时，机会损失很难弥补。
无重复性。当企业想对不同的培训对象进行相同主题的培训时，必须把整个过程重新复制一遍，在费用和成本上颇不经济。
可见，传统的技术培训不但受时间、空间的限制，而且在人力、资源、经费、组织实施等方面都是很浪费的。尤其对于危险作业或不具备试验条件的高级培训，传统的培训方式更是难以实现。传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率，满足不了现代社会的需求。
将模拟技术应用于煤炭工业具有非常重要的意义。在煤炭工业中，每一个生产或操作环节都可能存在安全隐患，一旦发生事故后果不堪设想。并且，不是每个生产环节都可以亲眼看到，学员在培训中所得到的只能是枯燥的理论知识。而采用模拟培训方式对员工进行培训，学员可以在一个逼真的环境中熟悉各种应急措施的流程，即使操作失误，也不会真正发生危险；对一起事故引起的众多并发灾害的模拟可以加强培训人员的应变能力、警觉性和高度集中力，还可以提高生产管理人员的安全意识和管理水平，预防重大灾害的发生，并把伤亡和损失程度降到最低。
利用虚拟现实技术建立的模拟培训系统，彻底改变了传统的师傅带徒弟及传统的教室教学的模式，利用计算机产生逼真的实物替代用品，并建立动力学模型，加入一定的交互性操作，使受训者可以获得最真实的学习体验。
把虚拟现实技术应用于煤炭工业是一种新的应用，也是煤炭工业技术创新的一个必然趋势。本系统立足于虚拟现实技术在煤矿安全生产操作方面的应用，建立相应的培训系统，该方面的研究在国内属于最前沿领先领域。
利用虚拟现实技术将巷道现场、事故现场（各种自然灾害等）呈现在培训人员的面前，特别是对于新进员工，使他们可以掌握各种基本的、必不可少的生产与安全知识，避免各种事故的发生，同时在遇到紧急事故时，按照标准化处理流程对事故进行处理，真正做到防患于未然。
同时开发这个系统可以作为定期事故处理演习的一个有效的辅助手段，用户可以随时运行系统，对自救和互救进行一个学习和复习，使事故处理演习的方式更加丰富化。
(二) 系统的主要功能
煤矿安全生产模拟培训系统是以煤矿厂区浏览、巷道知识学习、自然灾害事故应急处理训练三大部分为基础，在功能上着重突出新进厂矿工基本生产及安全知识的学习和测试、以及事故应急处理中的自救与互救。实现模拟培训在煤矿生产及安全操作方面的应用，现将三大部分做以下简要的说明。
1、煤矿厂区浏览
根据矿区建设规划平面设计图，利用模拟技术对整个矿区的场景进行再现，可使访问者通过模拟系统进入矿区以不同视角（行走、鸟瞰）进行漫游，使用户对矿区布局和周边环境有一个直观的认识。此功能可以使新进人员快速了解矿区，方便了新人员的生活和学习。
2、巷道知识学习
根据实际巷道地图，利用模拟技术对井下巷道进行仿真，使用者可通过行走漫游的形式认识地图、标识、各种路线以及各种设备，直观的了解井下作业环境和生产安全知识，通过在入井须知及流程、井下各种避灾路线（如火、水等）、各种设备（如千米钻机、连续采煤机等）以及标识上加载问题和进行考核的方式达到培训的目的。
3、自然灾害事故应急处理训练
根据煤矿安全规程及煤矿现行的自然灾害事故处理预案，通过对正确处理事故方法的模拟与不按照规程和事故应急处理预案所产生的错误的描述，实现井下作业人员对正确处理事故方法的掌握，使其清晰直观的意识到事故的危害以及当事故出现后处理不当的严重后果，最终达到用户在遇到灾害事故时，能够熟练冷静的按照应急处理预案的正确流程贯彻实施，将事故危害降低到最小化，达到实战演练的效果。