帶電作業(yè)三維模擬培訓(xùn)及培訓(xùn)管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

初金良+蘇愷+閆東+陳勇+王朝明

摘 要 配帶電網(wǎng)作業(yè)的培訓(xùn)因受到諸多方面的影響而效果不佳，本文從虛擬現(xiàn)實(shí)的方面出發(fā)，開發(fā)出了基于三維技術(shù)的帶電作業(yè)模擬培訓(xùn)及管理系統(tǒng)，通過模擬仿真，進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)交互操作，可對(duì)培訓(xùn)人員的進(jìn)行培訓(xùn)，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)以及動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為帶電作業(yè)的培訓(xùn)提供了有效的方式。

【關(guān)鍵詞】帶電作業(yè) 三維模擬 培訓(xùn)仿真 協(xié)調(diào)作業(yè)

由于培訓(xùn)及理念的落后，配電網(wǎng)的從業(yè)人員的訓(xùn)練方法較為原始，很多從業(yè)人員在沒有經(jīng)過系統(tǒng)、嚴(yán)格的情況下就進(jìn)行上崗，養(yǎng)成了很多不規(guī)范的操作習(xí)慣，并且若是長期性的以不規(guī)范的操作方法進(jìn)行作業(yè)，會(huì)造成很大的人身安全隱患。

為了能夠使帶電作業(yè)更加安全、穩(wěn)定和科學(xué)的發(fā)展是迫切需要解決的問題，但是傳統(tǒng)的帶電作業(yè)的培訓(xùn)方法受到設(shè)備、指導(dǎo)等多方面因素的影響，培訓(xùn)的效果不夠理想。為了能提高供電部門帶電作業(yè)的能力水平，開發(fā)出一套三維模擬的帶電作業(yè)管理培訓(xùn)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的全部特征。以流暢自然的三維虛擬技術(shù)，系統(tǒng)動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)與評(píng)估，將帶電作業(yè)實(shí)現(xiàn)全程化管理。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

本系統(tǒng)采用基于腳本的動(dòng)態(tài)建模環(huán)境，將零件的腳本建模、設(shè)備通過零件的組裝，再加上場(chǎng)景的設(shè)計(jì)于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)所有模型的動(dòng)態(tài)化。這種動(dòng)態(tài)化的模型，可以通過模型參數(shù)和外部的各種數(shù)據(jù)結(jié)合，模型可以活生生的展現(xiàn)在面前。而且基于腳本的建模，每個(gè)模型文件只有幾k，一個(gè)場(chǎng)景中，顯示幾百個(gè)設(shè)備，速度依然流暢。另外，模型的建模非常方便，可以根據(jù)需要，快速的定制出各種可以重用的三維模型，適合各種需求。

采用三維方式進(jìn)行監(jiān)控及其效果展示。支持三維建模及其組態(tài)功能。帶電操作管理及三維培訓(xùn)系統(tǒng)就是采用基于腳本的動(dòng)態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的三維虛擬監(jiān)控及動(dòng)態(tài)化，具有美觀流暢的展示效果?？梢杂脭?shù)據(jù)、圖表、動(dòng)畫等形式，進(jìn)行集中、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、交互演示各種場(chǎng)景的功能。圖1為系統(tǒng)的組成框圖。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

通過采用層次建模的方法，對(duì)人物、場(chǎng)景以及工器具按照虛擬場(chǎng)景中的各種尺寸進(jìn)行模型的建立。然后采用Quest 3D軟件進(jìn)行交互式的動(dòng)作設(shè)計(jì)，同時(shí)采用Kinect體感外設(shè)實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)人員與虛擬場(chǎng)景的交互，完成受訓(xùn)者通過自身的動(dòng)作對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)內(nèi)容。

2.1 幾何建模

帶電作業(yè)管理及各種模擬的功能情形如下：（1）場(chǎng)景模型，能建立虛擬自然環(huán)境和建立虛擬電氣環(huán)境；（2）人物模型，能建立帶電作業(yè)中不同的作業(yè)角色模型；（3）工具或器具模型，不僅可以建立各種諸如吊車或者斗臂車等特種車輛，還可以建立類似于各種防護(hù)裝備用具、工具等。

2.2 行為建模

在模擬仿真的作業(yè)環(huán)境中，可以以一個(gè)實(shí)際工作的人的身份去進(jìn)行虛擬化的作業(yè)，內(nèi)容可以包括虛擬出工具，還可以虛擬出使用工具對(duì)作業(yè)的操作過程，有較好的交互性，例如虛擬的去進(jìn)行螺絲的擰固、穿戴安全服裝等等。

2.3 場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)

場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)執(zhí)行引擎負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)虛擬人和物體的交互，并使虛擬場(chǎng)景活動(dòng)起來。為了實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的驅(qū)動(dòng)需要定義虛擬人如何在三維虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行行動(dòng)以及虛擬環(huán)境如何發(fā)生變化。虛擬人和設(shè)備的行為和運(yùn)動(dòng)控制過程相互配合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬。有了場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)這一環(huán)節(jié)，才能夠保證人和虛擬的場(chǎng)景有機(jī)的組合在一起，實(shí)現(xiàn)了人在虛擬現(xiàn)實(shí)中的活動(dòng)。

3 系統(tǒng)功能

3.1 操作培訓(xùn)

“帶電作業(yè)管理及三維模擬培訓(xùn)系統(tǒng)”中培訓(xùn)仿真功能具有以下幾項(xiàng)帶電作業(yè)培訓(xùn)內(nèi)容：（1）斷支線線路引線；（2）斷跌落式熔斷器上引線；（3）更換柱上開關(guān)或隔離開關(guān)；（4）組立或撤除直線電桿；（5）直線桿改耐張桿并加裝柱上開關(guān)或隔離開關(guān)；（6）更換柱上變壓器。

3.2 動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)與評(píng)估

在不同的電壓等級(jí)、不同的天氣環(huán)境下，電力設(shè)備的實(shí)際安全距離是不同的，應(yīng)實(shí)現(xiàn)安全距離、安全空間范圍在不同工況下的動(dòng)態(tài)計(jì)算。根據(jù)培訓(xùn)人員操作虛擬人的動(dòng)作軌跡進(jìn)行安全距離檢測(cè)、空間觸碰檢測(cè)等一系列的動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，以確定該動(dòng)作是否發(fā)生危險(xiǎn)。若可能發(fā)生危險(xiǎn)的情況下，會(huì)提示報(bào)警操作者，并且會(huì)對(duì)此次操作就行記錄，用以作為某位學(xué)員的某個(gè)培訓(xùn)的操作動(dòng)作是否該進(jìn)行多次操作的依據(jù)。

3.3 協(xié)同作業(yè)

協(xié)同作業(yè)是指多個(gè)作業(yè)者進(jìn)行合作、配合的完成某一個(gè)作業(yè)任務(wù)，這在實(shí)際工作中經(jīng)?？梢杂龅剑H為常見，因此，這也成為了仿真訓(xùn)練的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，在實(shí)際工作中，很少的情況是操作者單獨(dú)進(jìn)行操作的，因此協(xié)同作業(yè)的設(shè)定，屬于本系統(tǒng)培訓(xùn)的主題。協(xié)同作業(yè)的人數(shù)過多，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性和難度呈正比例的增加，因此本系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)的人數(shù)不超過三個(gè)。

3.4 培訓(xùn)結(jié)果管理

對(duì)參加帶電作業(yè)培訓(xùn)的人員形成完整的培訓(xùn)記錄。并可對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)習(xí)慣性違章操作的部分進(jìn)行多次強(qiáng)化培訓(xùn)。（1）培訓(xùn)課時(shí)記錄：可以對(duì)每個(gè)學(xué)員在培訓(xùn)過程中所需要學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)管理，每個(gè)操作對(duì)應(yīng)固定的培訓(xùn)時(shí)間，每個(gè)合格的學(xué)員必須通過所以的全部的課程。（2）引進(jìn)補(bǔ)訓(xùn)制度：某個(gè)學(xué)員的某些操作沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行針對(duì)性的強(qiáng)化訓(xùn)練，最終達(dá)到合格的目的。（3）結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析：對(duì)某些學(xué)員常見的錯(cuò)誤類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行有針對(duì)性的強(qiáng)化訓(xùn)練。（4）效果反饋：針對(duì)學(xué)員的一些常見問題，合理的改變培訓(xùn)計(jì)劃，對(duì)時(shí)間進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

通過對(duì)三維虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，應(yīng)用效果顯著，具體的效果如下：（1）誤操作率更低：根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，很多誤操作的來源在于培訓(xùn)的初期，學(xué)員不良的習(xí)慣造成后續(xù)的誤操作，因此通過三維仿真虛擬培訓(xùn)后，可以在訓(xùn)練中培養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，這樣可以大大的減少誤操作的產(chǎn)生。（2）操作效率更高：在經(jīng)過了虛擬培訓(xùn)后，學(xué)員的操作手法更加趨于系統(tǒng)法，舍掉了許多無效的動(dòng)作，且在操作過程中，有更加良好的操作舒適度，不會(huì)過度的造成心理上的緊張情緒。（3）更好的協(xié)同：通過協(xié)同作業(yè)的培訓(xùn)，學(xué)員們不僅掌握了如何能夠更加有效的進(jìn)行合作。不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)橹噶畈幻?，或者時(shí)機(jī)不合適而造成的工作阻礙或者延誤等一系列的問題。（4）培訓(xùn)效率高：制定出了完善的訓(xùn)練計(jì)劃后，可以進(jìn)行有針對(duì)性的訓(xùn)練，訓(xùn)練完成后，即可投入到實(shí)際的工作中去，培訓(xùn)過程基本不受場(chǎng)地，天氣環(huán)境等的限制，具有較好的可操作性。endprint

5 結(jié)語

通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的三維交互系統(tǒng)的研發(fā)，提供了詳細(xì)且規(guī)范的操作流程，在通過教學(xué)實(shí)訓(xùn)時(shí)，能過不斷的學(xué)習(xí)各種專業(yè)的流程和技術(shù)，并且此系統(tǒng)有可重復(fù)性操作的方法，不斷的進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，最終可以實(shí)現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能，而且無風(fēng)險(xiǎn)性。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)為：能夠反復(fù)的安排實(shí)際訓(xùn)練，受到客觀條件的影響較?。辉诜稿e(cuò)誤的情況下，可以有時(shí)間糾正，并且不會(huì)造成較大的損失；對(duì)關(guān)鍵步驟可以反復(fù)不斷的進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到良好的效果；可以針對(duì)每個(gè)學(xué)員的實(shí)際情況進(jìn)行定制化項(xiàng)目；良好的交流機(jī)制，可以在不同的區(qū)域和地方的學(xué)員之間相互進(jìn)行溝通和交流。

通過對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠從源頭上杜絕較多的習(xí)慣性誤操作，可以規(guī)避較多的風(fēng)險(xiǎn)。這是一個(gè)較為積極的信號(hào)，但是依舊存在一些問題：如系統(tǒng)的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協(xié)同作業(yè)，但是在大多數(shù)情況下，協(xié)同作業(yè)的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止三人；系統(tǒng)的交流性欠缺：各大電網(wǎng)的從業(yè)人員希望通過這么一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統(tǒng)和全面：針對(duì)某些過程，動(dòng)作的過程規(guī)定的還比較粗糙，不夠精細(xì)，還有待進(jìn)一步的提高。

綜上所述，任何一個(gè)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)定只是為了輔助員工進(jìn)行更好的操作，但這只是虛擬的環(huán)境，若是想要成為一個(gè)真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實(shí)踐過程中不斷的進(jìn)行總結(jié)和學(xué)習(xí)，才能夠成為一個(gè)真正合格的操作人員。

參考文獻(xiàn)

[1]賈京山，鹿秀風(fēng)，閆勝利.淺談帶電作業(yè)培訓(xùn)中三維仿真技術(shù)的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?012，33：58.

[2]陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業(yè)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，01：76-78.

[3]陳偉，方琪，平原，張召亮.Quest3D在電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].水電能源學(xué)，2013，01：223-225.

[4]汪會(huì)財(cái).電力安規(guī)虛擬交互培訓(xùn)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2012.

作者簡介

初金良（1982-），男，吉林省農(nóng)安縣人。碩士在讀。現(xiàn)為國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司中級(jí)工程師。

作者單位

1.國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 323000

2.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint

5 結(jié)語

通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的三維交互系統(tǒng)的研發(fā)，提供了詳細(xì)且規(guī)范的操作流程，在通過教學(xué)實(shí)訓(xùn)時(shí)，能過不斷的學(xué)習(xí)各種專業(yè)的流程和技術(shù)，并且此系統(tǒng)有可重復(fù)性操作的方法，不斷的進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，最終可以實(shí)現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能，而且無風(fēng)險(xiǎn)性。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)為：能夠反復(fù)的安排實(shí)際訓(xùn)練，受到客觀條件的影響較小；在犯錯(cuò)誤的情況下，可以有時(shí)間糾正，并且不會(huì)造成較大的損失；對(duì)關(guān)鍵步驟可以反復(fù)不斷的進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到良好的效果；可以針對(duì)每個(gè)學(xué)員的實(shí)際情況進(jìn)行定制化項(xiàng)目；良好的交流機(jī)制，可以在不同的區(qū)域和地方的學(xué)員之間相互進(jìn)行溝通和交流。

通過對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠從源頭上杜絕較多的習(xí)慣性誤操作，可以規(guī)避較多的風(fēng)險(xiǎn)。這是一個(gè)較為積極的信號(hào)，但是依舊存在一些問題：如系統(tǒng)的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協(xié)同作業(yè)，但是在大多數(shù)情況下，協(xié)同作業(yè)的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止三人；系統(tǒng)的交流性欠缺：各大電網(wǎng)的從業(yè)人員希望通過這么一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統(tǒng)和全面：針對(duì)某些過程，動(dòng)作的過程規(guī)定的還比較粗糙，不夠精細(xì)，還有待進(jìn)一步的提高。

綜上所述，任何一個(gè)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)定只是為了輔助員工進(jìn)行更好的操作，但這只是虛擬的環(huán)境，若是想要成為一個(gè)真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實(shí)踐過程中不斷的進(jìn)行總結(jié)和學(xué)習(xí)，才能夠成為一個(gè)真正合格的操作人員。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業(yè)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，01：76-78.

[3]陳偉，方琪，平原，張召亮.Quest3D在電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].水電能源學(xué)，2013，01：223-225.

[4]汪會(huì)財(cái).電力安規(guī)虛擬交互培訓(xùn)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2012.

作者簡介

初金良（1982-），男，吉林省農(nóng)安縣人。碩士在讀?，F(xiàn)為國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司中級(jí)工程師。

作者單位

1.國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 323000

2.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint

5 結(jié)語

通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的三維交互系統(tǒng)的研發(fā)，提供了詳細(xì)且規(guī)范的操作流程，在通過教學(xué)實(shí)訓(xùn)時(shí)，能過不斷的學(xué)習(xí)各種專業(yè)的流程和技術(shù)，并且此系統(tǒng)有可重復(fù)性操作的方法，不斷的進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，最終可以實(shí)現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能，而且無風(fēng)險(xiǎn)性。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)為：能夠反復(fù)的安排實(shí)際訓(xùn)練，受到客觀條件的影響較?。辉诜稿e(cuò)誤的情況下，可以有時(shí)間糾正，并且不會(huì)造成較大的損失；對(duì)關(guān)鍵步驟可以反復(fù)不斷的進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到良好的效果；可以針對(duì)每個(gè)學(xué)員的實(shí)際情況進(jìn)行定制化項(xiàng)目；良好的交流機(jī)制，可以在不同的區(qū)域和地方的學(xué)員之間相互進(jìn)行溝通和交流。

通過對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠從源頭上杜絕較多的習(xí)慣性誤操作，可以規(guī)避較多的風(fēng)險(xiǎn)。這是一個(gè)較為積極的信號(hào)，但是依舊存在一些問題：如系統(tǒng)的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協(xié)同作業(yè)，但是在大多數(shù)情況下，協(xié)同作業(yè)的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止三人；系統(tǒng)的交流性欠缺：各大電網(wǎng)的從業(yè)人員希望通過這么一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統(tǒng)和全面：針對(duì)某些過程，動(dòng)作的過程規(guī)定的還比較粗糙，不夠精細(xì)，還有待進(jìn)一步的提高。

綜上所述，任何一個(gè)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)定只是為了輔助員工進(jìn)行更好的操作，但這只是虛擬的環(huán)境，若是想要成為一個(gè)真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實(shí)踐過程中不斷的進(jìn)行總結(jié)和學(xué)習(xí)，才能夠成為一個(gè)真正合格的操作人員。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業(yè)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究[J].中國水運(yùn)（下半月），2014，01：76-78.

[3]陳偉，方琪，平原，張召亮.Quest3D在電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].水電能源學(xué)，2013，01：223-225.

[4]汪會(huì)財(cái).電力安規(guī)虛擬交互培訓(xùn)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2012.

作者簡介

初金良（1982-），男，吉林省農(nóng)安縣人。碩士在讀?，F(xiàn)為國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司中級(jí)工程師。

作者單位

1.國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 323000

2.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint