虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的電站司爐作業(yè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究

劉欣昕

摘 要：電站司爐培訓(xùn)是提高作業(yè)人員能力，促使電站司爐安全、穩(wěn)步運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障。隨著科技的不斷發(fā)展，開始在電站司爐培訓(xùn)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由此節(jié)省人力物力，并且達(dá)到更加高效的培訓(xùn)效果。筆者通過本文對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電站司爐培訓(xùn)的實(shí)際應(yīng)用，詳細(xì)分析該套培訓(xùn)技術(shù)在各個模塊的應(yīng)用和效果。為以后的電站司爐培訓(xùn)做出貢獻(xiàn)，提高培訓(xùn)的教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);電站司爐;仿真培訓(xùn);3D引擎;碰撞檢測

中圖分類號：TM74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0179-02

0 引言

電力企業(yè)為保證電力運(yùn)輸作業(yè)的正常時，還需要重視職工在工作當(dāng)中的生命財(cái)產(chǎn)安全是否會遭受各方面的威脅。因此，電力安全生產(chǎn)對于職工而言非常重要，也起到穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了讓職工團(tuán)隊(duì)的安全意識和專業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得到提高，筆者認(rèn)為可以通過以下兩個方面對職工團(tuán)隊(duì)的培訓(xùn)入手：第一，加強(qiáng)對職工的安全生產(chǎn)知識的培訓(xùn)，電力企業(yè)可以通過制定具體的培訓(xùn)目標(biāo)和一系列對職工個人能力的考核制度，在日常的職工生產(chǎn)管理上保證電力生產(chǎn)的安全輸出。第二，積極更新電力生活從那的相關(guān)設(shè)備，確保職工安全生產(chǎn)硬件的安全性。當(dāng)前的電站司爐培訓(xùn)仍然處于理論講解、守則培訓(xùn)，這種教學(xué)方式相對落后并且與職工的互動性不高，同時該種培訓(xùn)方式還存在資金投入巨大、培訓(xùn)時間長等不足。如果培訓(xùn)方式采用現(xiàn)場培訓(xùn)，雖然能夠讓職工親身感受工作環(huán)境，但是很多的電力生產(chǎn)設(shè)備都是帶電運(yùn)作的，存在很大的不確定性?，F(xiàn)場操作演示也不適用在過多的人員中進(jìn)行。為擺脫現(xiàn)階段這種尷尬的培訓(xùn)環(huán)境，我們需要一種能夠?qū)F(xiàn)實(shí)和理論聯(lián)系在一起，讓職工能夠身臨其境感受的培訓(xùn)方式，提高對職工的培訓(xùn)效果。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引用到電站司爐培訓(xùn)系統(tǒng)中不失為一種有效的培訓(xùn)手段。該技術(shù)擁有很強(qiáng)的沉浸感并且信息的容量很高，區(qū)別于普通的培訓(xùn)教學(xué)，參加培訓(xùn)的職工能夠在沒有任何不確定因素下進(jìn)行高效的作業(yè)安全培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)在短期內(nèi)高效率完成培訓(xùn)目標(biāo)的教學(xué)目的。

1 開發(fā)工具介紹

要想把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到電站司爐培訓(xùn)中，三維圖形引擎是起到非常重要的作用，三維圖形引擎能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬場景的布局，是該技術(shù)的基礎(chǔ)。OGRE引擎能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺、開放源碼以及高效的三維圖形游戲引擎，完全滿足電站司爐培訓(xùn)使用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需求。該引擎還提供了以O(shè)penGL為基礎(chǔ)的框架，還有很多附加的加速圖形對實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)。通過綜合分析多種3D引擎的性能后，本培訓(xùn)系統(tǒng)決定將OGRE引擎作為虛擬場景圖形引擎對其進(jìn)行二次開發(fā)。該引擎統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可拓展的3D渲染系統(tǒng)，更適應(yīng)于虛擬現(xiàn)實(shí)場景的渲染。另一方面，在三維建模上該引擎應(yīng)用MultiGen Creator和3ds max相結(jié)合的模型構(gòu)建方式能夠?qū)⑷S情景進(jìn)行高還原度的布局，很大程度的提高了三維數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行速度，在城市仿真和模擬訓(xùn)練上擁有不俗的表現(xiàn)。

2 電站司爐仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)簡介

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為電站司爐的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)提供技術(shù)支撐，為電力企業(yè)創(chuàng)造虛擬現(xiàn)實(shí)的互動式電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)。采用的計(jì)算機(jī)語言為C++，三維數(shù)據(jù)庫通過三維立體引擎作為基礎(chǔ)進(jìn)行再次開發(fā)應(yīng)用。同時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用三維動畫、立體聲音，綜合的圖形應(yīng)用等多種媒體類型為學(xué)院制造出電力安監(jiān)培訓(xùn)的現(xiàn)場。通過浸入式模擬實(shí)訓(xùn)將電力標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)以及安全教育培訓(xùn)呈現(xiàn)出來。教學(xué)內(nèi)容還包含了多種危險的違規(guī)事故案例，以此典型對學(xué)員實(shí)施教學(xué)。該系統(tǒng)還涵蓋了220kV和110kV變電站的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，為變電作業(yè)的職工提供操作、巡查以及異常事件的應(yīng)急處理的仿真教學(xué)和考察。

2.2 系統(tǒng)主要功能

為實(shí)現(xiàn)對職工一系列的電力設(shè)備操作、檢修以及維護(hù)等作業(yè)的虛擬仿真培訓(xùn)，該培訓(xùn)系統(tǒng)將通過多種媒體的方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)操作的還原。學(xué)員在各種虛擬的情況下進(jìn)行操作培訓(xùn)，讓培訓(xùn)的效率得到更大的提升，為受訓(xùn)職工更好的應(yīng)對突發(fā)情況，更加熟練的掌握電力設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)和檢修提供保障。尤其是在變電站的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，并不是所有職工都會遇到緊急的突發(fā)事故，但是又要讓每個員工都有處理突發(fā)事故的能力，虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)就能夠還原事故場景，讓每個學(xué)員都能掌握一整套處理事故的流程，如果在現(xiàn)實(shí)中真的發(fā)生了，也不會因此不知所措，而是鎮(zhèn)定冷靜的從容應(yīng)對，將事故的影響范圍降至最低。

虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)擁有虛擬設(shè)備故障、操作控制以及事故演習(xí)的教學(xué)功能，專門針對變電站運(yùn)行操作和線路作業(yè)進(jìn)行場景的虛擬演練，給予學(xué)員全方位的電站學(xué)習(xí)機(jī)會。該系統(tǒng)還有以下的培訓(xùn)功能：

（1）現(xiàn)場漫游：利用現(xiàn)場漫游培訓(xùn)讓學(xué)員在多種角度下認(rèn)識實(shí)際的工作狀況，包含了變電站和線路組成的結(jié)構(gòu)、接線流程以及電力設(shè)施的運(yùn)行狀況檢測等等。

（2）電路圖培訓(xùn)：通過該系統(tǒng)的仿真電路教學(xué)，將電路圖和實(shí)際作業(yè)相結(jié)合，加深受訓(xùn)員工對電路圖的理解。電路圖培訓(xùn)利用在變電設(shè)備的操作并且將操作指令的結(jié)果呈現(xiàn)在電路圖上，讓員工自己分析虛擬電流的走向、每個電力設(shè)備的運(yùn)行狀況、報警的聲音等等，加深受訓(xùn)學(xué)員的電路圖印象。

（3）安全工器具規(guī)范化操作指導(dǎo)：安全工具的性能和使用方法是電力生產(chǎn)職工必須要熟練掌握的，同時還要清楚這些工具的保管方法。該培訓(xùn)系統(tǒng)通過動漫、視頻、圖片等方式將各個不同功能和使用方法的安全工具生動形象的展現(xiàn)給受訓(xùn)職工，讓員工對安全工具使用的注意事項(xiàng)和要求有更深刻的了解。

（4）運(yùn)行操作培訓(xùn)：該培訓(xùn)系統(tǒng)能夠給予受訓(xùn)員工有關(guān)變電站設(shè)施、運(yùn)行原理、操作規(guī)章、生產(chǎn)流程以及提供架構(gòu)的虛擬教學(xué)。為受訓(xùn)員工提供與現(xiàn)實(shí)狀況近乎一致的作業(yè)環(huán)境，讓受訓(xùn)員工掌握變電、線路運(yùn)行的各項(xiàng)技能。

（5）維護(hù)檢修培訓(xùn)：利用該平臺讓老員工的專業(yè)操作能力得到更深入的學(xué)習(xí)和提高，也為新員工對該項(xiàng)工作有一個更加具象化的認(rèn)識。利用該培訓(xùn)平臺的教學(xué)讓不可觸摸的電力安全教學(xué)變得更加通俗易懂，解決了電力作業(yè)危險事故不可預(yù)見、不可摸、不可視的情況。

（6）倒閘操作票：倒閘操作票是一項(xiàng)很重要的電力操作，該操作的正確與否直接影響著電力系統(tǒng)的安全性能。該部分的倒閘實(shí)施操作模擬分為四種：第一，倒閘事故的正確處理方式;第二，電力操作設(shè)備產(chǎn)生缺陷，對職工的人身安全和電力設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅，需立即停止運(yùn)行;第三，避免事故狀況的進(jìn)一步惡化，需要進(jìn)行拉閘限電等緊急操作進(jìn)行事故預(yù)防;第四，對設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)和檢修。

（7）典型案例仿真處理：通過人為的對虛擬電力作業(yè)場景進(jìn)行故障設(shè)定，也可以設(shè)定電力設(shè)備的正常運(yùn)行時由于工作人員的操作失誤產(chǎn)生的事故以及由于現(xiàn)場工作人員對電力設(shè)備情況的判斷有誤，或者是電力設(shè)備發(fā)生故障時處理不當(dāng)產(chǎn)生的操作事故。這些典型案例的設(shè)定能夠讓受訓(xùn)員工在虛擬作業(yè)中接觸到并進(jìn)行實(shí)際的處理演練，在事故中吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提高受訓(xùn)員工對電力生產(chǎn)事故的靈活應(yīng)對能力。

（8）教員——學(xué)員互動平臺：負(fù)責(zé)虛擬情況設(shè)定的教員利用虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)對受訓(xùn)員工的演練進(jìn)度，學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行自建和恢復(fù)。記錄受訓(xùn)員工的培訓(xùn)工況，保存每個受訓(xùn)員工的培訓(xùn)進(jìn)度，快速靈活的對操作時間進(jìn)行還原和場景切換。

（9）負(fù)責(zé)虛擬情況設(shè)定的教員利用任務(wù)管理實(shí)現(xiàn)對虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的啟動、暫停和結(jié)束，重現(xiàn)受訓(xùn)員工的實(shí)訓(xùn)流程，對受訓(xùn)員工的操作流程進(jìn)行評價和考核。上述管理能夠讓教員對每個學(xué)員的學(xué)習(xí)情況有一個很好的了解。在培訓(xùn)系統(tǒng)中，教員還可以將三兩學(xué)員進(jìn)行組合，形成一個工作小組。以此來提高學(xué)員之間的配合度，比如讓第一個學(xué)員做工作票的簽發(fā)員，第二個員工做工作票的負(fù)責(zé)人，其他人充當(dāng)工作小組的成員，通過職工之間的協(xié)同合作完成教員對他們下達(dá)的工作任務(wù)，讓學(xué)員和學(xué)員之間，教員和學(xué)員之間有一個很好的互動環(huán)境，讓每個受訓(xùn)人員都能得到全方位的工作培訓(xùn)。

（10）考核與評價：一個針對受訓(xùn)人員的實(shí)際操作水平和分析判斷能力的受訓(xùn)人員評價平臺，讓學(xué)員的各項(xiàng)電力作業(yè)能力得到客觀的反應(yīng)，同時學(xué)員也可以利用該平臺對自己的能力進(jìn)行一個主觀判斷。

（11）安全工作規(guī)程和事故調(diào)查規(guī)程查詢：為了讓電力生產(chǎn)人員更加便利的對操作知識進(jìn)行記憶和查找，可以設(shè)立一個安全工作規(guī)程和事故調(diào)查規(guī)程查詢平臺，其職能是為受訓(xùn)員工提供安全操作的要求和對事故原因分析和統(tǒng)計(jì)等功能。

2.3 系統(tǒng)的應(yīng)用

電站生產(chǎn)作業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)通過與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出一個提高人機(jī)交互的虛擬培訓(xùn)平臺。該平臺已經(jīng)在某些地區(qū)成功投入使用并取得顯著的培訓(xùn)效果。受訓(xùn)人員在培訓(xùn)系統(tǒng)中處于一個虛擬的作業(yè)環(huán)境場景中，通過視覺和聽覺的效果模擬，給予受訓(xùn)人員最大程度的沉浸感，提高了培訓(xùn)時受訓(xùn)人員對現(xiàn)場作業(yè)的感性認(rèn)識，增加了培訓(xùn)的教學(xué)效果。同時，該系統(tǒng)還能同時讓多位受訓(xùn)員工能夠虛擬作業(yè)操作的演練，大大提高了培訓(xùn)效率。

3 結(jié)語

隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，越來越多的跨領(lǐng)域融合正在提升我們的生活和生產(chǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的電力安監(jiān)作業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)很大程度的結(jié)合了現(xiàn)實(shí)場景，將實(shí)用性和有效性有機(jī)融合的一種電力作業(yè)培訓(xùn)模式，更是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的具體表現(xiàn)。通過對虛擬技術(shù)的二次開發(fā)，增加了程序設(shè)定的多樣性，大大滿足了該系統(tǒng)對受訓(xùn)人員的培訓(xùn)需要。及時將受訓(xùn)人員的培訓(xùn)和測試信息反饋給教員管理并及時糾正作業(yè)。該系統(tǒng)的運(yùn)行是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，因此在時間和空間上和以往的教學(xué)培訓(xùn)相比都有很大的進(jìn)步，該系統(tǒng)的開發(fā)利用為電力生產(chǎn)作業(yè)方針的培訓(xùn)給予更多的便利，有效提高受訓(xùn)員工的電力安全作業(yè)能力。

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