摘要：随着民航业的快速发展，对管制员的专业能力和应急处理水平要求日益提高。传统培训方式存在场景单一、交互性不足等局限，难以满足行业发展需求。基于虚拟现实（VR）技术的民航管制员培训系统，通过构建沉浸式、高仿真的培训环境，能够有效提升培训效果。本文深入探讨该系统的设计理念、功能模块，并对未来发展趋势进行展望，旨在为推动民航管制员培训模式创新提供理论与实践参考。关键词：虚拟现实技术；民航管制员；培训系统；沉浸式培训；仿真模拟

一、引言

近年来，全球民航业持续保持高速增长态势。国际民航组织（ICAO）数据显示，过去十年间，全球民航航班起降架次和旅客运输量年均增长率分别达到 [X]% 和 [X]% 。民航业的蓬勃发展，对民航管制员的专业素养和业务能力提出了更高要求。民航管制工作具有高度复杂性和风险性，管制员需要在瞬息万变的空中交通环境中，快速、准确地做出决策，保障飞行安全与高效。传统的民航管制员培训主要依赖理论教学、模拟机训练和实际岗位跟学等方式，存在培训场景有限、难以模拟复杂突发情况、学员参与度和交互性不足等问题 。虚拟现实技术凭借其沉浸式、交互性和仿真性的特点，能够为管制员培训创造逼真的训练环境，弥补传统培训方式的不足，成为提升民航管制员培训质量的重要技术手段，在民航培训领域具有广阔的应用前景。

二、虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）技术是一种通过计算机技术构建虚拟环境，并借助头戴式显示器、数据手套、力反馈设备等硬件，使用户沉浸在虚拟场景中，实现与虚拟环境交互的技术 。该技术主要包含三大核心特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和构想性（Imagination）。沉浸感指用户能够全身心地投入到虚拟环境中，产生身临其境的感觉；交互性使用户可以通过各种输入设备与虚拟环境中的对象进行实时交互，如操作虚拟管制设备、改变航班飞行状态等；构想性则允许用户在虚拟环境中进行创造性的活动，模拟各种复杂的场景和情况 。在民航管制员培训中应用虚拟现实技术，能够打破时间和空间的限制，为学员提供多样化、高仿真的培训场景，有效提升培训效果和学员的实际操作能力。

三、基于虚拟现实技术的民航管制员培训系统设计

3.1 系统设计目标

基于虚拟现实技术的民航管制员培训系统，旨在构建高度逼真的民航管制工作环境，涵盖机场塔台、进近管制、区域管制等不同管制场景。通过模 的空中交通流量、气象条件、设备故障等情况，让学员在沉浸式环境中进行训练，使其熟悉各种管制 提升在复杂、紧急情况下的决策能力和应急处理能力，缩短从培训到实际工作岗位的适应周期，培养出满足民航业发展需求的高素质管制人才。

3.2 系统架构设计

系统采用分层架构设计，主要包括硬件层、感知层、数据层、应用层和交互层 。硬件层由高性能计算机、头戴式显示器、数据手套、定位追踪设备、音响系统等组成，为系统运行提供硬件支持；感知层通过各类传感器和追踪设备，实时采集学员的动作、手势、语音等信息，实现学员与虚拟环境的交互；数据层存储虚拟场景模型、航班数据、气象数据、管制规则等各类数据资源；应用层基于数据层提供的数据，运行虚拟场景渲染、场景交互逻辑处理、培训评估等功能模块；交互层则通过图形界面、语音提示等方式，实现学员与系统之间的信息交互。

3.3 系统功能模块设计

1、虚拟场景构建模块：运用 3D 建模技术，对机场跑道、停机坪、航站楼、管制席位等进行高精度建模，还原真实的机场和管制工作环境。同时，模拟不同的气象条件（如晴天、雨天、大雾、雷暴等）、昼夜变化以及空中交通流量情况，为学员提供多样化的训练场景。

2、管制业务模拟模块：按照民航管制工作流程，模拟航班的起飞、降落、空中巡航、航线变更、冲突调配等业务操作。学员可以通过数据手套、语音指令等方式，操作虚拟管制设备，如雷达屏幕、通信设备等，向飞行员发送管制指令，实现对航班的实时管控。

3、应急情况模拟模块：设置多种突发应急情况，如飞机机械故障、跑道侵入、通信中断、恶劣天气导致的航班大面积延误等。学员需要在规定时间内，依据管制规则和应急处置预案，采取有效的应对措施，锻炼其应急处理能力和心理素质。

4、培训评估模块：通过记录学员在培训过程中的操作行为、决策时间、指令准确性等数据，运用数据分析算法对学员的表现进行综合评估。生成详细的培训报告，指出学员的优势和不足之处，为后续培训提供针对性的改进建议。

5、多用户协同模块：支持多名学员同时参与培训，模拟实际工作中不同管制岗位之间的协同作业。学员可以通过语音和文字进行实时沟通，共同完成对空中交通的管制任务，培养团队协作能力和沟通协调能力。

四、基于虚拟现实技术的民航管制员培训系统发展趋势

4.1 技术融合与创新

未来，虚拟现实技术将与人工智能（AI）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、5G 等技术深度融合 。人工智能技术可以实现虚拟场景中航班的智能调度和自主决策，为学员提供更具挑战性的训练对手；增强现实和混合现实技术能够将虚拟信息与现实场景相结合，丰富培训场景的呈现方式；5G 技术的高速率和低延迟特性，将支持更流畅的多人在线协同培训和远程培训，打破地域限制，实现优质培训资源的共享。

4.2 培训内容个性化与智能化

借助大数据和人工智能技术，对学员的学习数据进行深度分析，了解学员的学习习惯、知识掌握程度和能力短板，为学员定制个性化的培训内容和学习路径。同时，系统可以根据学员的实时表现，智能调整培训难度和场景设置，实现动态化、自适应的培训，提高培训的针对性和有效性。

4.43 行业标准与规范建立

为推动基于虚拟现实技术的民航管制员培训系统的健康发展，相关行业组织和机构将逐步建立统一的技术标准和应用规范。包括虚拟场景建模标准、数据接口规范、培训评估标准等，确保不同厂商开发的培训系统之间具有兼容性和互操作性，提高系统的质量和可靠性，促进行业的规范化发展。

结论：基于虚拟现实技术的民航管制员培训系统，凭借其独特的技术优势，为解决传统民航管制员培训存在的问题提供了新的解决方案，在提升培训效果、降低培训成本等方面具有显著优势。未来，民航业应积极探索虚拟现实技术在管制员培训领域的创新应用，不断优化培训系统，培养出更多高素质、适应行业发展需求的民航管制人才，为民航业的安全、高效发展提供有力保障。

参考文献：

[1] 认知资源对空中交通管制员工作状态影响的脑电研究. 牛达.中国民航飞行学院学报,2024(06)

[2] 空中交通管制员考核与评估系统研究. 苑植童;陈海刚.民航学报,2025(02)