ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖЕЙ К ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мостовой А.О. 1

---

1Каспийский институт морского и речного транспорта им. ген.-адм. Ф.М. Апраксина — филиал ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта»

Логинова Е.О. 1Сорокин А.А. 1

---

1Каспийский институт морского и речного транспорта им. ген.-адм. Ф.М. Апраксина — филиал ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта»

Работа в формате PDF

336.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение безопасности на море является приоритетной задачей, требующей постоянного совершенствования методов подготовки морских специалистов. Традиционные методы обучения, включающие лекции и практические занятия на реальном оборудовании, зачастую ограничены в создании реалистичных и безопасных условий для отработки действий в чрезвычайных ситуациях. В последние годы виртуальная реальность (VR) предлагает перспективное решение этой проблемы, предоставляя возможность создания иммерсивных и интерактивных тренировочных сценариев, максимально приближенных к реальным условиям. Это подчеркивает необходимость разработки и внедрения инновационных подходов к обучению, обеспечивающих более эффективную подготовку экипажей к экстремальным ситуациям. Использование VR-симуляторов позволит членам экипажа безопасно тренироваться в реагировании на различные типы аварий, отрабатывать навыки командной работы и принимать решения в условиях стресса.

Согласно исследованиям, которые были проведены компанией «СберОбразование» в период с августа по сентябрь 2024 г., "VR будут активно использоваться в образовательном процессе. Обучающиеся смогут взаимодействовать через цифровых аватаров, что сделает процесс увлекательнее и интерактивнее"¹. Так же, согласно исследованиям^2,3, VR-симуляторы позволяют улучшить запоминание информации, повысить мотивацию к обучению и развить навыки принятия решений в критических ситуациях. Практики по внедрению VR-технологий уже успешно применяются при подготовке различных специалистов. Например, VR-симуляторы для подготовки экипажа самолета предусматривают их обучение действиям, возникающим при аварийных ситуациях во время полета⁴. При обучении медицинских работников, в частности хирургов, с помощью VR-симулятора моделируется ход операции; погружение обучающихся в среду виртуальной реальности позволяет отработать до автоматизма их действия по устранению возможных нештатных ситуаций в ходе операции⁵. Однако, в научной литературе недостаточно внимания уделено разработке VR-симуляторов для обучения действиям в чрезвычайные ситуации экипажей на судне, а также оценке влияния VR-тренингов на реальные показатели безопасности на море.

Разработка и внедрение VR-симулятора для обучения членов экипажей действиям в чрезвычайных ситуациях на судне имеет значительную практическую ценность. Во-первых, благодаря использованию VR-технологий повысится эффективность обучения. VR-симулятор позволит создать реалистичные сценарии чрезвычайных ситуаций, недоступные при традиционных методах обучения. Во-вторых, использование VR-технологий будет способствовать лучшему усвоению навыков действий в чрезвычайных ситуациях. Интерактивная среда позволит экипажам активно участвовать в процессе обучения и отрабатывать необходимые навыки до автоматизма. В-третьих, применение VR-технологий будет способствовать снижению аварийности и сохранению жизней, поскольку подготовленные экипажи будут эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях по знакомому им сценарию.

Для реализации данного проекта будут использованы адаптивные алгоритмы обучения и технологий искусственного интеллекта (ИИ). Данный подход предусматривает персонализированное обучение (VR-симулятор адаптируется к индивидуальным потребностям и уровню подготовки каждого члена экипажа); интеллектуальный анализ действий (система на базе ИИ анализирует действия обучающегося в процессе симуляции и предоставляет обратную связь, указывая на ошибки и предлагая улучшения).

Таким образом, целью данной научно-исследовательской работы является разработка и обоснование эффективности применения VR-симулятора в качестве инструмента для подготовки экипажей к действиям в чрезвычайных ситуациях.

Задачи исследования:

• проанализировать существующие методы подготовки экипажей и персонала к чрезвычайным ситуациям и выявить их недостатки;

• изучить существующие VR-симуляторы в различных сферах деятельности;

• провести опрос среди курсантов о целесообразности внедрения технологий виртуальной реальности в образовательный процесс;

• разработать концепцию системы подготовки экипажей к чрезвычайным ситуациям на основе VR-технологий на примере конкретного типа чрезвычайной ситуации (например, пожар на судне);

• разработать рекомендации по внедрению и оптимизации VR-систем для подготовки экипажей к чрезвычайным ситуациям, учитывая экономические, технические и психологические аспекты.

Объектом исследования является процесс подготовки экипажей к действиям в чрезвычайных ситуациях. Предмет исследования– технологии виртуальной реальности как инструмент повышения эффективности подготовки экипажей к действиям в чрезвычайных ситуациях.

Гипотеза исследования: использование VR-технологий в практической форме подготовит курсантов к морским бедствиям, что в результате снизит получение травм и смертность на судах.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

§ 1. Применение VR-симулятора в обучении

В современном мире, где технологии развиваются стремительными темпами, а требования рынка труда постоянно меняются, система образования также вынуждена адаптироваться к новым условиям. Лекции и семинары, которые были эффективны в прошлом, могут оказаться недостаточно привлекательными для молодых людей, выросших в эпоху информационных технологий. В связи с этим, во многих современных учебных заведениях и учебных центрах начинают появляться виртуальные лаборатории. Виртуальная реальность (VR) – это технология, которая погружает пользователя в цифровое пространство так, что оно кажется ему реальным⁶. Чтобы испытать это ощущение, нужно надеть специальное устройство – VR-очки или шлем.

Согласно исследованиям, проведенным компанией «СберОбразование»⁷, обучение с помощью технологий имеет следующие плюсы:

• Обучение станет интереснее и доступнее

• Можно моделировать сложные ситуации

• Обучающиеся смогут глубже понимать материал через VR-опыт

Среди недостатков можно отметить:

• Может снизиться живое общение и социальные навыки

• У обучающихся может появиться зависимость от виртуального мира

• Усложнится контроль за учебным процессом

Практики по внедрению VR-технологий уже успешно применяются при подготовке различных специалистов. Например, VR-симуляторы для подготовки экипажа самолета предусматривают их обучение действиям, возникающим при аварийных ситуациях во время полета. При обучении медицинских работников, в частности хирургов, с помощью VR-симулятора моделируется ход операции; погружение обучающихся в среду виртуальной реальности позволяет отработать до автоматизма их действия по устранению возможных нештатных ситуаций в ходе операции. Так же VR является одним из наиболее перспективных инструментов в моделировании боевых действий. Виртуальные симуляции позволяют воспроизводить боевые сценарии с высокой степенью реализма, предоставляя военнослужащим возможность тренироваться в условиях, максимально приближенных к реальным. Это особенно важно в современных условиях, когда быстрота реакции, точность действий и адаптивность к меняющимся обстоятельствам могут стать решающими факторами успеха на поле боя. Использование VR для подготовки военнослужащих и моделирования боевых действий значительно расширяет возможности традиционных методов обучения, позволяя избежать высоких затрат, связанных с проведением полевых учений, и минимизировать риски для участников. Кроме того, технологии виртуальной реальности позволяют многократно воспроизводить сложные и опасные боевые ситуации, обеспечивая персоналу многогранную подготовку и отработку навыков в различных условиях⁸ .

§ 2. Применение VR-симулятора при обучении специалистов водного транспорта

Применение VR-технологий при обучении специалистов морского и речного транспорта позволит создавать иммерсивные и интерактивные среды, имитирующие реальные сценарии чрезвычайных ситуаций с высокой степенью реализма. Это даст возможность экипажам отрабатывать необходимые навыки, принимать решения в условиях стресса и оценивать последствия своих действий, что в свою очередь повысит уровень их подготовки, умение оперативно реагировать в таких чрезвычайных ситуациях.

Был проведен опрос среди курсантов 1-2 курсов Каспийского института морского и речного транспорта, целью которого было выяснить потребности курсантов в применении VR/AR технологий обучения. Курсантам было предложено ответить на некоторые вопросы. Первый вопрос был об использование курсантами в учебном процессе современных цифровых технологий (компьютерных программ, приложений и сервисов). Большинство курсантов (95 %) ответили, что они действительно используют цифровые технологии в своей учебной деятельности. Следующий вопрос был о том, знают ли курсанты, что такое VR/AR. Большинство курсантов (96%) отметили, что знакомы с этими терминами. Далее курсантам предлагалось выбрать сферы применения VR/AR. Следует отметить, что большинство респондентов (68%) считает, что VR/AR можно применять в различных играх и развлечениях (рис.1). И только 11% респондентов отметили возможность применения VR/AR в обучении.

Рис.1. Области применения VR и AR технологий.

Далее курсантам предлагалось ответить на вопрос о возможности применения VR/AR технологий в вузах морского и речного транспорта. Ответивших положительно и отрицательно на этот вопрос было примерно одинаковое количество респондентов. И так же курсантам было предложено ответить на вопрос о том, хотели ли бы они обучаться с применением VR и AR технологий. Здесь стоит отметить, что большинство курсантов (89%) хотят и готовы обучаться с применением VR и AR технологий (рис 2).

Рис 2. Готовность к обучению с использованием VR и AR технологий.

Результаты опроса позволили сделать вывод о том, что у курсантов недостаточно знаний о применении VR/AR технологий в обучении, но они готовы изучать новое и использовать современные технологии для получения знания и навыков в своей будущей профессиональной деятельности.

§ 3. Преимущества и недостатки внедрения VR-симулятора при обучении специалистов водного транспорта

Приведем примеры применения VR при обучении специалистов водного транспорта. Во-первых, с помощью VR можно симулировать управления транспортными средствами. Во-вторых, применение с помощью VR-технологий можно создавать виртуальные модели судов с целью отработки навыка ремонта и обслуживания. И, в-третьих, VR-симулятор можно применять для обучения действиям в чрезвычайных ситуациях.

Среди преимуществ внедрения данной технологии в учебный процесс можно выделить следующие: 1) высокая степень погружения и реалистичность; 2) возможность моделирования редких и опасных ситуаций без риска для жизни; 3) отработка навыков в безопасной и контролируемой среде; 4) повышение мотивации и вовлеченности обучающихся; 5) повышение стрессоустойчивости; 5) безопасность.

К недостаткам отнесем следующие: 1) высокая стоимость разработки и внедрения; 2) необходимость в специализированном оборудовании и программном обеспечении; 3) риск "синдрома виртуальной реальности" (тошнота, головокружение); 4) ограниченность тактильных ощущений.

§ 4. Чрезвычайные ситуации на судах

Аварии морских судов можно разделить на четыре основные группы:

1) аварии, связанные с повреждением корпуса судна (столкновения, посадки на мель, навалы, штормовые повреждения). Этот вид аварий составляет 53% всех аварий. В среднем один раз в 10 лет каждое судно мирового флота получает повреждение корпуса. При этом виде аварий экипаж ведет борьбу с поступлением воды внутрь судна. В большинстве случаев эта борьба заканчивается успешно, но примерно в двух случаях из 100 судно погибает.

2) пожары и взрывы составляют примерно 6% от всех аварий. При этом экипаж судна ведет борьбу с пожаром и дымом. В 15% случаев пожар не удается погасить или локализовать, и экипаж вынужден покинуть судно. На каждый случай гибели судна вследствие пожара приходится, примерно, в 3 раза меньше жертв, чем при повреждениях корпуса.

3) опрокидывания судов - «потеря остойчивости» составляет 1% всех аварий. Это наиболее опасный вид аварии, при котором на каждое погибшее судно приходится в 2 раза больше жертв, чем при повреждениях корпуса, и в 6 раз больше, чем при пожарах.

4) повреждения механизмов составляют 27% всех видов аварий. При этом виде аварий экипаж ведет борьбу за живучесть технических средств, а также в некоторых случаях борьбу с паром. Правильная организация работ при этом виде аварий может помочь избежать человеческих жертв.

По разным данным 60 -70% всех аварий судов происходит по вине человека, а 80% аварийных ситуаций являются следствием необоснованных действий берегового персонала. Ежегодно гибнет один из 2 тыс. моряков, и не только вследствие прямых потерь, но и из-за плохой организации спасательных операций. На высоком уровне остается и производственный травматизм среди моряков [7].

По данным InterManager в период с 1996 года по настоящее время зафиксировано 197 инцидентов, произошедших на судах в закрытых помещениях, в результате которых погибло 310 человек, из них 224 – моряков, 86 – береговых работников. В качестве одной из причин несчастных случаев можно рассматривать отсутствие у потерпевших достаточного уровня компетентности для принятия решения в случае возникновения аварийных состояний⁹.

Причинами нештатных ситуаций могут быть халатность, умышленное нарушение инструкций или же недостаточная стрессоустойчивость у членов экипажа, которая приводит к развитию тревожности и панического расстройства у моряков¹⁰.

§ 5. Применение VR-технологии при обучении действиям при пожаре на судне

Рассмотрим применение VR-технологии для обучения членов экипажей действиям при пожаре на судне. VR-тренажеры могут использоваться для обучения членов экипажа правилам пожарной безопасности, процедурам эвакуации, использованию противопожарного оборудования, а также для обучения действиям при оказании первой медицинской помощи пострадавшим. Для организации процесса обучения необходимо следующее оборудование: VR-очки с контроллерами; компьютер с высокой производительностью, ПО для компьютера; респиратор для симуляции затрудненного дыхания (рис.3).

Рис. 3. Необходимое оборудование

VR-тренажер может имитировать условия сильного задымления, позволяя членам экипажа тренироваться в ориентировании в условиях ограниченной видимости, используя дыхательные аппараты и другие средства защиты. Сценарии пожаров можно легко повторять и изменять, чтобы отработать различные типы пожаров и локации на судне. Условия, в которые попадает обучающийся, максимально приближенны к реальным и являются совершенно безопасными для обучающегося. Задача обучающегося найти выход и эвакуировать пострадавших из задымленных помещений судна. Далее система на базе ИИ анализирует действия обучающегося в процессе симуляции и указывает на ошибки, предлагая улучшения действий.

Для создания прототипа VR-симулятора была создана игра на игровой онлайн-платформе Roblox. Суть игры заключается в том, чтобы при возникновении пожара на судне члены экипажа могли быстро выбраться из зоны пожара. На рис. 4 представлены скриншоты разработанной игры.

Рис. 4. Прототип VR-симулятора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

VR-симулятор для обучения членов экипажей действиям в чрезвычайных ситуациях на судне предоставляет следующие ключевые возможности. Во-первых, создание реалистичных условий, имитирующих различные типы аварий (пожары, затопления, столкновения и др.). Во-вторых, возможность анализа действия членов экипажа в ходе тренировочного сценария, составление рекомендаций для улучшения навыков и знаний. В-третьих, VR-симулятор позволяет проводить тренировки в безопасной и контролируемой среде, избегая рисков, связанных с реальными авариями. Отдельно следует отметить, что многократные тренировки на VR-тренажерах позволяют довести до автоматизма правила поведения экипажа при чрезвычайных ситуация, что повысит их стрессоустойчивость в реальных жизненных условиях.

Внедрение подобных симуляторов способствует повышению уровня готовности экипажей к эффективному реагированию на аварийные ситуации, снижению рисков и обеспечению безопасности на море. Перспективы развития данного направления включают расширение функциональных возможностей симулятора, добавление новых типов судов, аварий и оборудования.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Форсайт-исследование «Поколение W: как и чему учить детей будущего» [Электронный ресурс] URL: https://ipk.kuz-edu.ru/files/struktura/otdely/ock/vozmognosty %20cifr%20sredy/pokolenie%20W.pdf (дата обращения: 01.03.2025).

2. Иммерсивные технологии в образовании [Электронный ресурс] URL: https://varwin.com/ru/education/blog/news/immersivnye-tekhnologii-v-obrazovanii/ (дата обращения: 20.02.2025).

3. Виртуальная реальность в образовании: влияние на мотивацию и усвоение материала [Электронный ресурс] URL: https://apni.ru/article/10488-virtualnaya-realnost-v-obrazovanii-vliyanie-na-motivaciyu-i-usvoenie-materiala (дата обращения: 02.03.2025).

4. Можно отработать любую нештатную ситуацию на борту: как с помощью VR готовят экипажи гражданской авиации [Электронный ресурс] URL: https://newslab.ru/photo/1044251 (дата обращения: 22.02.2025).

5. VR в медицине [Электронный ресурс] URL: https://varwin.com/ru/vr-development/vr-medicine/ (дата обращения: 22.02.2025).

6. Как работает технология виртуальной реальности [Электронный ресурс] URL: https://practicum.yandex.ru/blog/tehnologii-virtualnoy-realnosti/ (дата обращения: 22.02.2025).

7. Классификация аварийных морских случаев по видам, причинам и последствиям [Электронный ресурс] URL: https://mirmarine.net/bezopasnost-moreplavaniya/990-klassifikatsiya-avarijnykh-morskikh-sluchaev-po-vidam (дата обращения: 28.02.2025).

8. Общее число официально подтвержденных случаев гибели людей в закрытых помещениях в 2023 году достигло 31 [Электронный ресурс] URL: http://www.sur.ru/ru/news/lent/2024-01-09/obshhee_chislo_oficialno_podtverzhdennykh_ sluchaev_gibeli_ljudej_v_zakrytykh_pomeshhenijakh_v_2023_godu_dostiglo_31_23107/ (дата обращения: 28.02.2025).

9. Тревожность может привести к паническому расстройству [Электронный ресурс] URL: http://www.sur.ru/ru/news/lent/2021-07-02/trevozhnost_mozhet_privesti_k_anicheskomu _rasstrojstvu_20233/ (дата обращения: 04.03.2025).

10. Виртуальная реальность в моделировании боевых действий и подготовке персонала [Электронный ресурс] URL: https://telemil.ru/pages/archive/magazine 2/%D0%A2%D0%B8%D0%A1_2_2024_%D1%8D%D0%BB_241130_071018-26-37.pdf(дата обращения: 04.03.2025).