第二章项目分析

第二章项目分析2.1项目名称：汽车驾驶智能模拟2.2项目背景：进入21世纪，中国迎来了汽车时代，在连续十几年近乎井喷的跃进中，和汽车相关的行业都无一例外地迅猛发展起来，汽车逐渐驶入寻常百姓家。汽车社会的形成是一场革命，关键是汽车已经可以深刻地影响人类社会的发展。汽车为个人生活提供便利，提高工作效率，扩大生活空间，汽车产业是整体经济的核心部分，汽车产业极大地推动人类社会的发展等等。当今人类社会面临的三大全球性危机:资源短缺、环境污染、生态破坏。那一项基本上都有汽车的消极作用。汽车是能源消耗大户，在我国每年大约有85%的汽油和20%的柴油被汽车消耗，在世界上许多城市汽车已经是空气污染的首要源头。因此可以说，汽车的消极影响上，也是深入社会的各个层面的。我们只能够通过政策法规、宣传教育和市场手段来弥补汽车的不足，控制汽车的消极影响，而不是想法取缔汽车。也只有达到如此程度，才能说，汽车真正走进了人类社会，人们已经进入了汽车时代。汽车的发展推动中国进入汽车社会，但汽车的发展本身也阻碍了它的进一步发展，因为汽车同样对社会造成了各种巨大的威胁。只有汽车社会的发展完善才可以实现车与人和谐的社会，推动汽车在社会的进一步发展。汽车模拟驾驶产品应运而生，并在至今的十多年间不断发展和更新，逐渐得到了驾驶培训机构和驾驶员的重视和认可。据资料介绍，欧美、日韩及其他发达国家培训专家强调：“把汽车模拟驾驶训练和场地驾驶训练结合起来的教学方法，是极为成功的教学方法，这种方法将来还会继续使用。”由此可见，模拟与实车相结合的训练方法是公认的一种科学的训练方法，充分地发挥模拟练习的真正功效，是实现科学训练的必由之路。但是，现行的驾驶员培训机构由于历史及经费等方面的限制，在模拟训练方面至今仍然非常薄弱，绝大多数单位处于无设备、无器材阶段，有的单位还存有一些片面认识，为此，应重新认识模拟驾驶训练在驾驶员培训中的地位和作用，加强其应用的研究与技术的推广。2.3项目前景和发展趋势：模拟培训技术领域中已积累了较丰富的研究成果，近年来，国内较大规模、有目的模拟培训研讨工作也取得了可喜成果，这为进一步开展汽车驾驶模拟技术的有关研究奠定了坚实的基础。同时，也必须注意到，多少年来，为普及和推广汽车驾驶模拟训练技术，全国范围内投入的人力数以万计，投入的财力不下数亿元，然而至今为止，国内模拟设备的覆盖率仍不足5%，即使拥有模拟设备的单位，其模拟设备的利用率也不足50%，还存在着不少急待研究和解决的问题。因此，有必要根据各国培训技术发展的实际，分析和把握现代模拟训练技术研究的发展趋势。一、在模拟培训理论上主要体现在五个方面1、由于新技术革命的挑战，技能培训已成为各国教育学界和心理学界研究的重要领域之一。从西方培训理论研究的发展历程来看，所反映出的总趋势是，科学技术愈进步，人的因素就愈显重要，由于与此有关的技术培训的难度愈大，就愈引起教育学家和心理学家的关注和研究。2、教育学和心理学各分支学科的学者纷纷参与培训研究。高度分化和高度综合是现代科学发展的重要特征之一。由于科学技术的发展对培训提出了前所未有的高要求，仅靠某一学科是难以胜任现代培训技术所面临的客观要求的。普遍认为，培训理论的研究需要多学科专家的协同努力才有可能取得长足的进展。3、培训研究更注重方法学的探讨。从西方培训理论的发展阶段来看，研究经历了“人如何适应机器”——“要机器适应人”——“系统研究”的过程，这种进步显然要归功于系统理论的影响。4、培训研究更注重吸取现代科学技术所提供的新的方法和手段。由于技术培训涉及特殊能力的形成，其教学方法及手段应有别于普通教育，而采用现代科学技术的新手段和方法显然是一种发展趋势。5、跨文化培训研究是培训理论研究领域的一个新课题。跨国公司是各国技术交流的产物，这使得地域和障碍退居次要地位。目前，发展中国家的培训问题也引起广泛的关注，前提是必须加强发展中国家自身的培训理论研究。以上分析表明，现代技术培训理论的研究发展趋势是，随着新技术革命的到来，培训技术理论已成为一个全球性的研究新领域。把握住上述发展趋势，对于开展我国的模拟培训技术理论研究无疑是具有重要意义的。二、在组训方面主要体现在四个方面1、模块化。确定操作成分和操作顺序，揭示高级驾驶员（专家）头脑中的心智技能是实现智能模拟的根本所在。因此为实现高效的模拟训练，必须首先建立技能模型即专家模块，研制出一套适用于汽车驾驶模拟训练的专家模块。2、分级化。为使模拟设备与技术的应用更加合理，模拟训练的组织过程中，会更加注重区分训练对象和训练内容而采取不同的训练手段。对技能分解的程度和组训方法也会根据模拟训练的需要而有所不同。3、多元化。模拟培训技术的应用范围将会不断扩大，比如：安全教育、事故体验、事故再现、牵引驾驶、心理训练、战场驾驶、防卫驾驶、赛车训练、车技训练、医疗康复、科普教学、远程救援、远程教学等。4、普及化。广泛普及应用模拟训练技术是大幅度提高汽车驾驶培训效益的重要手段，因此随着模拟训练技术的不断发展，低成本高效率的模拟技术设备的推广使用，模拟训练技术的普及程度将会有一个长足的发展。据专家预测，我国未来5年内，模拟训练技术的普及率有望达到30—40%，特殊领域在近3年内，可望达到100%。据有关资料分析，仅全国汽车驾驶培训机构所需的模拟设备的总容量就可达20亿，若全国普及率达到60%，每年可为本行业利润增加12亿，可提高培训机构的经营利润率20-30%。三、在模拟设备方面主要体现在三个方面1、二极化发展。模拟组训的分层性决定了模拟设备的二极化发展的总趋势。基础驾驶技能的训练更多的将采用价格低廉而组训灵活的被动式模拟机为主要形式的模拟训练设备；而特种和高级驾驶技能的训练更多的将选用高清晰全功能且可实现与实景联动的主动式模拟机为主要形式的模拟设备。2、智能化程度越来越高。模拟设备所能提供的功能将会使模拟教学越来越灵活和便捷，智能化程度更高，不受地域和训练纲目的限制，模拟设备将向教员提供几十种多媒体教学的表现手段、多种教学方法和组训方式供教员选择和使用，提供大量的跨区域的道路实景、与驾驶相关的驾驶理论知识、交通管理方面、社会人文地理的数据库供教员随时调用，提供各种技能的评价手段、基本标准和技能考查数据库。3、现代信息技术的迅猛发展，为培训技术的应用与需求提供的更多的发展空间，利用网络实现远程模拟驾驶教学，跨越地区限制，共享信息资源，不到现地也可熟悉当地的交通状况和社情民情，了解城区交通管理的相关法规，预先进行异地驾驶训练等。2.4项目产品简介汽车驾驶智能模拟产品是用高科技手段如高速图形计算机、数据头盔或其他三维视觉通道（例如投影仪）、三维位置跟踪器和立体声音响等构造出一种人工环境，它具有模仿人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等感知功能的能力，具有使人可以亲身体验沉浸在这种虚拟环境中并与之相互作用的能力。组成模块：█检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境█反馈模块：接受来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。█传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。█中央控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。█建模模块：获取现实世界组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境，即场景搭建。汽车驾驶智能模拟产品按用途分为研究型、培训型、娱乐型三种1.研究型研究型汽车驾驶模拟器即工程型模拟器。这类模拟器均为互动式，主要用于汽车设计、事故预防、智能交通、驾驶行为等研究过程中进行人因工程试验的。它的价格昂贵、精度高、功能全。2.培训型培训型汽车驾驶模拟器，可分为非互动式和互动式两种。主要用于汽车驾驶技能的教学与训练。3.娱乐型游乐型汽车驾驶模拟器。主要用于供各种游客体验汽车驾驶感觉的娱乐活动。模拟精度不高或不作严格要求，主要是追求趣味和刺激性。国外在模拟培训技术领域中，已积累了较丰富的研究成果，由于新技术革命的挑战，技能培训已成为各国教育学界和心理学界研究的重要领域之一。现代技术培训理论的研究发展趋势是，随着新技术革命的到来，培训技术理论已成为一个全球性的研究新领域。由于它涉及面广，不同学科分支的学者专家纷纷参与这一领域的研究。目前，培训技术理论研究注重方法学的探讨，在培训方法和手段方面注意吸取现代科学技术的新成就，实行教学建模、流程施训、模块式教学、定量式练习的教学策略，对教学内容进行高度概括化、系统化，以提高培训效率。将是汽车驾驶模拟培训总的发展趋势。我国汽车驾驶模拟训练技术的起步较晚，只有几十年的历史，按技能培训的功效划分，其发展过程可分为三个阶段：第一阶段以就便器材为主要练习方式的——意念式模拟驾驶训练阶段。其特点是，学员利用木棍、脸盆或自行改装的简易练习器等就便器材，凭着对所学内容的初步理解（想着某个机件应该怎么操作），进行各种机件的操作练习，以实现熟记汽车五大机件的操作顺序和简单调协动作的训练。优点是不受时间、空间的限制，不受物质条件的制约，但缺点是练习效率低，效果差，且形成不了完整的操作技能。第二阶段以局部仿真模拟机（主动式）为代表的——体验式模仿驾驶训练阶段。其特点是，学员可利用模拟器的操作工位和计算机模拟道路成像系统，对五大机件的操作和简单的道路情况处置进行体验性模仿驾驶。优点是操作机件与画面联动，视觉动感较强，既可进行操作动作训练，也可进行简单的心智技能训练，但存在的问题一是设备成本高；二是当前计算机成象技术的发展水平还不能满足全仿真的需要，使道路情况的真实感并不强；三是由于道路情况是人为设计的，因而组训方法与内容相对固定，信息量不足，道路情况的多样性和可变性差。第三阶段以智能化模拟教学系统（被动式）为代表的——诱导式模拟训练阶段。其特点是通过智能模拟教学软件和多功能练习器的操作工位所构成的智能模拟教学平台，在较完整的专家模块（经验）的诱导下，对学员进行操作技能的熟练和心智技能的内化训练；优点是成本低，便于集中和大面积组训，由于视觉画面均为实际场景，因而道路情况真实感强，信息量大，加之运用了计算机的数据处理功能使组训方法非常灵活，扩展成本也很低。缺点是画面道路情况的场景与学员的模拟驾驶操纵装置不联动，操作效果的信息反馈没有，因而只能局限于方法性的模拟训练。这是驾驶模拟器的技术发展。现代教育技术在汽车驾驶培训领域中的应用，以及汽车驾驶智能模拟技术在运用各种教学理论基础上，所表现出来全新的教学系统设计具体内容是：（一）从教学规律看，汽车驾驶智能模拟技术克服了传统教学知识结构线性的缺陷，具有信息呈现多形式、非线性网络结构的特点，符合现代教育认知规律。第一，从建造和形成认知结构方面，教学系统是基于奎林(M.R．Quilian)的语义网络理论。人类的认知是—个层层相连的网状结构，这个结构中有节点、链等。各节点之间通过链的作用而结成一个记忆网络。汽车驾驶智能模拟教学结构从最初的知识节点出发，呈网状分在的知识链结构形成一种多层次的知识结构。这是一种以人类思维方法组织教学信息的学习环境，学员可以根据自己的实际能力、学习需要来安排自己的学习。显然，传统教学知识结构的线性化，不仅限制了多层次、多角度地获得知识信息，而且也限制了只能按照教师的教学计划来完成学习。第二，在认知过程方面，汽车驾驶智能模拟教学符合加涅（R.M.Gagne）的认知学习理论，该理论揭示人类掌握知识、形成能力的阶梯式发展过程：传统的职业技术教育教学过程，尤其是理论教学部分，是由感知教材、理解教材、巩固与运用知识几个环节顺序连接的，形成的时间周期长，学员的记忆易于淡化，这是不利于阶梯式发展过程形成的。而汽车驾驶智能模拟技术则把感知、理解、巩固与运用融合为一体,使得学员在较短时间内记忆得到强化，可以有效地促进个体主动参与认知结构不断重组的递进式学习过程。（二）从教学模式看，汽车驾驶智能模拟技术的教学系统采取“理论、模拟加实车”的教学模式，由智能模拟技术构成的教学系统既是一个可以进行个别化自主学习的教学环境与系统，同时又是能够形成相互协作的教学环境与系统。不论是电子教练室和电子学