在虚拟世界中进行现场试验
——日本清水建设使用VR技术测试隧道工作面监测系统

在隧道施工现场,一旦发生隧道工作面塌方,往往会造成严重的事故。为尽量避免这种情况的发生,不少企业都在研发各种类型的隧道工作面监测系统。但这些系统的现场有效性如何?系统监测和人工目测是否能形成互补?这些问题都是需要召集人员进行现场测试才能得到答案。而随着VR技术的发展,使用大型VR设施来高效进行这类测试似乎变成了一个可行的方案。

技术概况

为了减少隧道工作面塌方事故的发生,日本清水建设联合长冈技术大学和日本国立职业安全卫生研究所开发了一套基于图像识别的隧道工作面监测系统。

这套系统主要是利用人工智能摄像头帮助现场工人快速找到并识别隧道表面的裂缝,根据初步的现场测试,这套系统对实际裂缝已经具有足够的检测精度,有能力即时识别已开始发展成为坍塌前兆的裂缝并报警。该系统想要投入使用,还需要进行更多的现场测试,其中包含诸多人类行为学方面的测试。例如: 现场工人多久能对设备形成认可,形成认可后多久会形成依赖,系统的指示模式是否能快速引导现场工人通过目视发现裂缝。

为了更高效地进行这些测试,清水建设在美国国家职业安全与健康研究所的模拟设施中使用VR技术进行了一场试验。

VR现场试验

测试现场共有8名受试者,他们都是在隧道行业的现场工作人员,工作年限为2～26年,年龄在25～48岁。

受试者们佩戴头戴式VR显示器,左手和右手分别拿着1个可以公布和记录裂缝位置的控制器。他们进入的VR场景是一个虚拟的隧道工作现场。受试者们被告知他们需要在隧道工作面监测系统的帮助下,快速辨识出工作面上的裂缝。虚拟现场的工作面上会出现多种不同的裂缝,甚至“假裂缝”。监测系统会对假裂缝报警,但受试者们是看不到这些“假裂缝”的。安排这些“假裂缝”是为了测试受试者们对监测系统的依赖性,测试他们会不会因为看到监测系统报警,而谎称自己目视检查也看到了裂缝。

使用VR进行测试的优势之一,是可以通过眼动仪等设备记录下受试者们视线和身体移动模式。在VR现场试验中,通过身体移动记录发现,受试者们会优先去检查监测系统的摄像头未在拍摄的区域,这说明他们已对监测系统形成了一定的信任; 但大部分受试者都能成功地识别出“假裂缝”报警(94%的假裂缝报警被忽略),这表明受试者并没有完全相信系统的裂缝检测结果。

最终的测试数据显示: 在监测系统的帮助下,发现裂缝的效率提升了28%; 现场人员没有因为几次“假裂缝”报警而失去对监测系统的信任,同样也没有形成完全的依赖。在VR现场试验中获取的受试者视线和身体移动模式数据也将进行进一步研究。