地铁反劫持模拟训练系统_刘曾城.pdf

工业控制计算机2023年第36卷第2期地铁反劫持模拟训练系统Subway Anti-hijacking Simulation Training System在当前世界国际形势下，国际恐怖组织已经成为了人类生命安全、生存发展、社会秩序的头号危害者。而在这些恐怖行动中，劫持人质的恐怖行动是被世界各国公认的最为严重的恐怖活动之一。本文建立起一个完整的地铁反劫持模拟作战系统，通过在该系统中进行模拟训练，不但能够弥补场地和成本的问题，同时还能大大提高训练效率，进行科学化的训练，使得反劫持部队在地铁作战中对于环境信息更加熟悉，为提高部队作战能力奠定基础，在反劫持作战上发挥明显作用。1系统设计1.1系统整体设计本系统使用Unity作为前端人机交互界面，使用Spring-Boot作为服务端搭建框架，而数据库的数据端则使用MySQL数据库作为数据的存储。整体的架构如图1所示：图1系统整体框架整体系统分为三层架构：数据库作为数据层支撑整体系统，包括用户数据和作战数据等；搭建的服务端作为整体的服务层为整个系统提供业务上面的服务支持，前端通过服务端的业务支持实现功能；表示层是人机交互的重要一层，通过表示层，用户可以完整地使用整个系统，通过表示层设计好的人机交互页面可以更好地使用系统。1.2系统功能模块本系统主要分为4个模块，分别为用户管理模块、作战管理模块、模拟作战模块、作战复盘模块。如图2所示：图2系统功能模块用户管理模块主要的功能是支持用户登入注册、管理用户信息和管理用户权限，通过用户管理模块可以对于单个用户的信息进行统一管理，再分配不同的权限可以在不同的权限下访问不同的功能。作战管理模块作为用户作战信息的查看模块，通过该模块用户可以查看一段时间内，所有作战的战绩包括该场作战是否成功、人质是否救出、人员伤亡情况和作战的时间效率等，可以在大体上对该次作战有一个了解，为之后的复盘提供便利。模拟作战模块是整个系统最为重要的一个模块，主要功能就是作战人员模拟反恐作战，在模拟场景中与模拟恐怖分子进行作战训练。为了在模拟训练中尽可能地还原一个劫持作战的场景，不但地铁站场景要细节逼真，而且恐怖分子的模拟行动需要尽可能和真实的一样。因此使用Unity引擎去还原场景，在整刘曾城1李鹏2杜宝珠1张捷1（1南京理工大学自动化学院，江苏 南京210094；2北京计算机技术及应用研究所，河北 武安056300）摘要：在当前的国际环境下，恐怖组织的恐怖活动严重影响了各个国家人民的生命和财产安全，已经成为了人类经济发展、社会秩序维护的最大阻碍。传统的训练方式已经不能满足当下的训练效率需求。针对地铁反劫持模拟训练系统，重点对于多机对战、模拟对抗等功能进行了深入分析与研究，实现系统、科学的训练计划，同时优化训练的方法，以保证训练的质量。关键词：反劫持；模拟作战；训练系统Abstract:The biggest barrier to human economic development and the maintenance of social order in the current glob-al environment is the terrorist organizations terrorist actions,which have a significant negative impact on peoples propertysecurity and personal safety in many nations.Traditional training techniques have not been able to address the current de-mands for training efficiency.Through the use of the subway anti-hijacking simulation training system,which focuses onmulti-computer combat,simulation confrontation,and other features of in-depth analysis and research,it is possible toachieve a systematic training schedule and a scientific training plan while also enhancing the training procedures to guaran-tee the effectiveness of the training.Keywords:anti-hijacking,simulation of combat,training system125地铁反劫持模拟训练系统体地铁场景上做到与真实场景无异，在恐怖分子的动作上也保证尽可能逼真，添加了很多真实场景的动作，包括恐怖分子在遇到人少打人多时会选择躲避或者劫持人质，而在人多打人少时会选择直接进行开战等等。作战复盘模块也是很重要的一个模块，该模块的功能就是对于单场作战进行整体的复盘。复盘的方式是通过不同视角查看整场作战，在每次作战开始前可以选择开启录像功能，通过开启该功能可以将录像的视频保存下来，然后进行对该场作战的复盘。通过作战时每一个用户都会带有的模拟摄像机，记录下整场作战中用户的行为和看到的画面，在复盘该场作战时通过切换不同作战人员的视角，可以更加完整地还原整场作战，进行复盘，去寻找不足之处加以改进。2关键技术2.1帧同步技术帧同步的基本概念就是每隔一段时间服务端向所有客户端发送所有用户的操作，同时等待用户的操作，然后下一次再进行一次发送，这整体的过程就可以称之为帧同步。整体的帧同步流程可以概括为以下的步骤：将所有的客户端的每帧的指令集上传到服务端，然后服务器将收集到的这些操作指令集，保存到对应的帧序列字典之中，同时记录下此刻的帧时刻，在下一帧的时候将其发送给所有的客户端，所有的客户端在接收到这个指令集之后，会按照帧的序列和帧的时刻进行执行对应指令集之中的操作命令。而在目前帧同步的处理解决方案主要衍伸为三种：帧步锁、乐观帧、预测回滚。其中帧步锁是在客户端A在有网络延迟，从而导致服务端在某一帧接收不到客户端A的指令集时，服务端就会上锁，等待所有客户端的这一帧时刻的指令集收集完成，才会将所有的客户端的指令打包下发以保持同步。这就意味着一旦有一个客户端发生延迟，所有的客户端都要等待这一客户端，在类似竞技类游戏中对于玩家来说游戏体验感就会很差。乐观锁就在帧步锁上进行优化，服务端不再是等待收集完所有的客户端指令才进行下发广播实现同步，而是在每个客户端的本地就进行指令的快照存储，假设客户端A产生延迟从第2帧到第5帧，那么服务端还是正常收集下发客户端指令，而到第5帧将客户端A的2到5帧一次性发送出去，但这样可能会在其他客户端产生客户端A瞬移的现象，所有一般都会做差值计算，通过补间动画的方式让同步更加丝滑。而预测回滚则是在未收到客户端帧数据时自己预测对应客户端对应的操作，以此继续推进游戏进程，而在之后收到该客户端的操作指令集之后，回滚到预测开始的那一时刻重新计算操作。然而这种回滚机制，将每一帧都写入快照会使内存吃紧。2.2 Navigation自动寻路一个自动寻路系统的实现主要有以下几个功能：可行走区域的判断、寻路功能、跟随路径行走的功能、躲避障碍物、移动代理等。而Navigation自动寻路也包含了这几个功能，其中可行走区域的判断实现是通过NavMesh一种导航网格算法，导航网格将该表面存储为凸多边形。而多边形之内的任意两点之间是不存在障碍物的，除去多边形的边界之外，还存储着哪些多边形区域是相邻的信息，这样就可以判断出整体可行走区域。寻路功能主要是找到场景中两个位置之间的路径，Naviga-tion使用A star算法将起始位置和想要到达的目标位置映射至相距自己最近的多边形区域之中。然后从起始点的我位置开始，搜索附近的多边形区域，直到可以到达目标点的多边形区域，这样就可以形成我们需要的路径，而形成一个多边形区域序列。这个多边形序列也被叫做走廊，始终沿着走廊的下一个可见拐角移动，直至到达目标点。在多个目标同时移动时就需要计算躲避障碍物，Naviga-tion实现躲避障碍物的逻辑就是通过修改走廊改变路径，通过多边形的连接来修复走廊，以此快速到达下一个可见的拐角。而在拐角的转向则使用下一个拐角的位置，并基于该位置计算出到达目标所需的方向和速度。在转向和躲避障碍物之后得到计算之后的最终速度。Navgation使用局部导航和全局导航并用，全局导航主要用于在整个地图中寻找多边形序列，也就是走廊，这样在整个地图中寻找走廊的行为是需要非常高昂的代价的。需要很大的处理能力和内存。而使用局部导航就只需要确定如何有效地运动到下一个拐角，并且只考虑如何不与其他对象或地形进行碰撞就可以。当障碍物移动时就需要使用局部导航进行处理，这样就可以预测性地躲避障碍物，当障碍物静止时相当于其阻挡了所有的路径，会影响全局导航，即会影响导航网格。更改导航网格也称为雕刻，该过程会检测障碍物会接触网格的哪些部分，并进行导航网格的雕刻。3结束语本文介绍了地铁反劫持模拟训练系统的设计框架和功能划分，根据实际的需求给出了设计方式与实现。以Unity引擎作为前端人机交互的界面，SpringBoot框架+MyBatis框架作为后端服务器的开发框架，MySQL作为系统数据存储的数据库，以此搭建出了一个完整的地铁反劫持模拟训练系统，实现对于模拟训练用户的管理、用户模拟训练作战信息的管理、地铁反劫持模拟作战和地铁反劫持模拟作战的复盘功能。参考文献1张谦，刘彦翔.反恐VR实验实训平台建设以新疆警察学院为例J.广西警察学院学报，2020，33（5）：124-1282虞超.反劫持作战模拟对抗训练系统的研究与实现D.成都：电子科技大学，20103徐申.智慧警务视角下地铁暴恐事件的应对策略研究J.贵州警官职业学院学报，2019，31（5）：77-824王忠党，张勇，王群辉，等.人工智能在作战模拟训练系统中的应用利用导航点的战略战术推理J.科技情报开发与经济，2007（20）：142-1445李建新.虚拟现实技术在军事中的应用和前景展望J.科技情报开发与经济，2008（12）：118-119，2286姚静，赵裴，杨娜，等.基于时空信息的单兵作战模拟训练系统设计J.科技与创新，2019（22）：47-497李轲，杨金展，许庆峰，等.基于虚拟现实技术的军用车辆维护仿真训练系统研究J.军事交通学院学报，2013，15（9）：39-428王振华，黄冶，张光雨.VR反恐处突战术训练平台构建研究J.江西警察学院学报，2017（4）：13-179师原兵.基于大数据技术的城市轨道交通反恐对策研究J.武警学院学报，2020，36（4）：70-7410柏友良.队列训练中的人体行为模拟技术研究D.北京：国防科学技术大学，200711孙幸福，侯磊，金敬强，等.合成作战指挥战术对抗模拟训练系统设计研究J.火力与指挥控制，2018，43（7）：181-184收稿日期：2022-09-28126