VR技術(shù)在直流斷路器作業(yè)上的應(yīng)用

翁洪志 李興 左干清 古智鵬 胡蘊(yùn)斌

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)發(fā)展迅速，VR技術(shù)在我國(guó)各領(lǐng)域的應(yīng)用也因此日漸廣泛化，相關(guān)研究的大量涌現(xiàn)便證明了VR技術(shù)具備的較高應(yīng)用價(jià)值。為此，簡(jiǎn)單分析了基于VR技術(shù)的檢修培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)路徑，并深入探討了VR技術(shù)在直流斷路器作業(yè)上的具體應(yīng)用，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);直流斷路器;檢修培訓(xùn);監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-757X（2020）11-0150-04

Abstract：With the rapid development of science and technology， in recent years， virtual reality （VR） technology has developed rapidlyin China， and the application of VR technology in various fields has become increasingly widespread. The emergence of relevant research has proved that VR technology has higher value. Thus， this paper briefly analyzes the implementation path of maintenance training based on VR technology， and deeply discusses the specific application of VR technology in DC circuit breaker operation， hoping to bring some inspiration to relevant industry insiders.

Key words：VR technology;DC circuit breaker;maintenance training;monitoring

0?引言

近年來VR技術(shù)在我國(guó)電力領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛化，如基于VR技術(shù)的電力設(shè)備監(jiān)控、線路巡線、電網(wǎng)規(guī)劃、電力營(yíng)銷、仿真培訓(xùn)等，由此可見VR技術(shù)在我國(guó)電力領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，而為了更好發(fā)揮VR技術(shù)優(yōu)勢(shì)、保證其更好服務(wù)于直流斷路器作業(yè)，正是本文圍繞VR技術(shù)在直流斷路器作業(yè)上應(yīng)用開展具體研究的原因所在。

1?基于VR技術(shù)的檢修培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)路徑

基于VR技術(shù)的電力檢修培訓(xùn)屬于VR技術(shù)在我國(guó)直流斷路器作業(yè)上的最典型應(yīng)用，這類培訓(xùn)的實(shí)現(xiàn)需通過VR技術(shù)構(gòu)建電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，本文便建立了具備場(chǎng)景漫游和切換、任務(wù)向?qū)?、城市地圖、網(wǎng)絡(luò)考核、學(xué)習(xí)幫助、系統(tǒng)設(shè)置、自由練習(xí)、自主考核等功能的系統(tǒng)，系統(tǒng)的具體構(gòu)建如下所示。

1.1?模型構(gòu)建

近年來國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)了大量基于VR技術(shù)的電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，但為了滿足直流斷路器作業(yè)需要，本文研究系統(tǒng)主要培訓(xùn)目標(biāo)為減少習(xí)慣性違規(guī)操作、提高現(xiàn)場(chǎng)操作的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性、加強(qiáng)電力人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況的了解程度、降低安全事故發(fā)生幾率、提高故障和事故的處理效率，因此培訓(xùn)的內(nèi)容必須包含直流斷路器作業(yè)相關(guān)的理論知識(shí)、操作規(guī)劃、安全規(guī)程、操作技能，以此通過VR技術(shù)為電力人員帶來現(xiàn)場(chǎng)情境感受和培訓(xùn)過程中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，因此本文研究構(gòu)建了基于VR技術(shù)的體驗(yàn)性游戲模型，如圖1所示。

該模型屬于游戲設(shè)計(jì)與體驗(yàn)學(xué)習(xí)理論有機(jī)結(jié)合的過程模型，基于該模型實(shí)現(xiàn)的檢修培訓(xùn)仿真需基于VR技術(shù)提供盡可能真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)[1-5]。

基于VR技術(shù)的體驗(yàn)性游戲模型仿真檢修培訓(xùn)可細(xì)分為四個(gè)環(huán)節(jié)，即任務(wù)界定和選擇、設(shè)定學(xué)習(xí)計(jì)劃、仿真操作體驗(yàn)以及學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)，前3個(gè)環(huán)節(jié)為認(rèn)知環(huán)節(jié)，最后一個(gè)環(huán)節(jié)屬于評(píng)價(jià)與反饋環(huán)節(jié)。體驗(yàn)性游戲模型的動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)力為任務(wù)，任務(wù)同時(shí)也是接收培訓(xùn)電力人員的學(xué)習(xí)內(nèi)容載體和培訓(xùn)目標(biāo)，為保證操作任務(wù)的描述與直流斷路器作業(yè)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)操作下達(dá)的任務(wù)表述方式一致，任務(wù)需由操作內(nèi)容、操作設(shè)備名稱、目標(biāo)狀態(tài)、電氣狀態(tài)等內(nèi)容組成。

基于VR技術(shù)的直流斷路器作業(yè)檢修培訓(xùn)流程可描述為：“任務(wù)選擇→學(xué)習(xí)計(jì)劃設(shè)定→仿真操作體驗(yàn)→引導(dǎo)初步形成解決方案→了解任務(wù)完成的方法和步驟→任務(wù)練習(xí)→培訓(xùn)評(píng)價(jià)→針對(duì)性提供任務(wù)→循環(huán)→提升電力人員直流斷路器作業(yè)水平”，如圖2所示。

培訓(xùn)的關(guān)鍵內(nèi)容如下：（1）任務(wù)選擇。接受培訓(xùn)的電力人員需要結(jié)合直流斷路器作業(yè)實(shí)際、自身實(shí)際業(yè)務(wù)水平針對(duì)性選擇學(xué)習(xí)任務(wù)，通過內(nèi)在認(rèn)知辨析，電力人員即可針對(duì)性反思自身在直流斷路器作業(yè)中存在的不足。（2）學(xué)習(xí)計(jì)劃設(shè)定。結(jié)合電力人員的針對(duì)性任務(wù)選擇，即可形成由完成時(shí)間、任務(wù)難度、任務(wù)數(shù)量以及任務(wù)項(xiàng)目組成的任務(wù)集，結(jié)合實(shí)際針對(duì)性選擇不同形式的培訓(xùn)方式、培訓(xùn)環(huán)節(jié)。（3）仿真操作體驗(yàn)。該環(huán)節(jié)屬于VR技術(shù)下直流斷路器作業(yè)檢修培訓(xùn)的核心所在，該環(huán)節(jié)主要通過搭建虛擬操作體驗(yàn)場(chǎng)景實(shí)進(jìn)行任務(wù)的模擬操作體驗(yàn)，在任務(wù)認(rèn)知和任務(wù)辨析過程中，體驗(yàn)性游戲模型中的思維循環(huán)得到了較好貫徹。（4）引導(dǎo)初步形成解決方案?；赩R技術(shù)的培訓(xùn)系統(tǒng)可結(jié)合任務(wù)自動(dòng)生成反映任務(wù)的情境，受訓(xùn)電力人員可采用類似于游戲的方式操縱人物角色在虛擬配電運(yùn)行場(chǎng)景中自由漫游，并以此感知問題情境，通過不斷的思維醞釀、對(duì)白形式的培訓(xùn)任務(wù)描述，受訓(xùn)人員即可更深入了解任務(wù)并在腦海中初步形成解決方案。（5）了解任務(wù)完成的方法和步驟。在初步形成解決方案后，受訓(xùn)電力人員需仔細(xì)觀察虛擬問題情境。以此根據(jù)直流斷路器作業(yè)相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情境、初始狀態(tài)、相關(guān)約束進(jìn)一步明確完成任務(wù)的方法，這里的相關(guān)約束指的是電力連接約束以及安全規(guī)程、操作規(guī)范。這一過程中基于VR技術(shù)的培訓(xùn)系統(tǒng)會(huì)提供電氣接線圖及小地圖，以此保證受訓(xùn)電力人員更為直觀、快速的了解情境及任務(wù)，配合視頻、動(dòng)畫等多媒體形式，即可保證所有電力受訓(xùn)人員均能夠最終明確完成任務(wù)的步驟和方法。（6）任務(wù)練習(xí)。在明確任務(wù)的解決方案和完成過程后，基于VR技術(shù)的培訓(xùn)系統(tǒng)將從第三人稱轉(zhuǎn)化為第一人稱，配合對(duì)話框及語音提示，受訓(xùn)電力人員便需要進(jìn)行交互練習(xí)完成直流斷路器作業(yè)任務(wù)。仿真作業(yè)任務(wù)的開展需嚴(yán)格遵循設(shè)備機(jī)械閉鎖約束、電氣連接約束、操作規(guī)程、作業(yè)規(guī)范要求，如電力人員的操作出現(xiàn)問題，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行水面與評(píng)價(jià)，由此即可有效豐富其經(jīng)營(yíng)與知識(shí)。配合安全規(guī)程知識(shí)、相關(guān)技術(shù)規(guī)范知識(shí)的針對(duì)性考核，受訓(xùn)人員對(duì)直流斷路器作業(yè)的理解和視覺操作技能掌握水平均可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足提升。（7）培訓(xùn)評(píng)價(jià)。在受訓(xùn)人員完成每個(gè)任務(wù)的仿真操作體驗(yàn)后，培訓(xùn)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其使用幫助功能次數(shù)、操作時(shí)長(zhǎng)、操作行為正確率等指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)評(píng)價(jià)，采用100分制，由此受培訓(xùn)電力人員對(duì)直流斷路器作業(yè)操作相關(guān)技能的認(rèn)知程度即可得到較好量化，配合量化結(jié)果，后續(xù)培訓(xùn)的開展也能夠獲得依據(jù)。（8）針對(duì)性提供任務(wù)。結(jié)合量化評(píng)價(jià)結(jié)果，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，受訓(xùn)電力人員的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)及崗位技能水平可與任務(wù)實(shí)現(xiàn)更好匹配，并使其進(jìn)入流體驗(yàn)狀態(tài)，配合灰色白化權(quán)函數(shù)聚類評(píng)價(jià)方法自動(dòng)調(diào)整任務(wù)內(nèi)容與難度，即可進(jìn)一步提升培訓(xùn)的有效性[6-10]。

[1]?李軍鋒，熊山，劉曉，等.VR和AR技術(shù)助力電力仿真培訓(xùn)[J].中國(guó)電力教育，2017（2）：22-27.

[2]?莊嚴(yán).“VR+電力培訓(xùn)”正當(dāng)時(shí)[J].中國(guó)電力教育，2017（2）：12-13.

[3]?湯偉，趙斌，王靖.VR把安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低——上海電力培訓(xùn)中心自主研發(fā)安全體驗(yàn)式培訓(xùn)平臺(tái)“電力衛(wèi)士營(yíng)”[J].中國(guó)電力教育，2017（2）：28-31.

[4]?向保林，袁高龍，孔祥海.電力培訓(xùn)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用探究[J].信息系統(tǒng)工程，2018（11）：49.

[5]?郝騰飛，劉曉，李軍鋒，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力企業(yè)三維培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2018（10）：91-93.

[6]?賀一博.VR技術(shù)與崗位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程融合可行性研究[J].露天采礦技術(shù)，2018，33（5）：107-109.

[7]?雷興，俞國(guó)勤，呂政權(quán).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在電力培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].電力與能源，2018，39（4）：496-499.

[8]?楊興馳，樊曄，張敬敏，等.基于VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)絕緣子更換作業(yè)培訓(xùn)及考核[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018（7）：111.

[9]?畢會(huì)靜，李兵，張紅艷，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（13）：138.

[10]?李梅. VR技術(shù)在科考船作業(yè)訓(xùn)練中的應(yīng)用探究[C].中國(guó)造船工程學(xué)會(huì).2018年數(shù)字化造船學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集，中國(guó)造船工程學(xué)會(huì).廣東：廣州，2018.

[11]?韓榮杰，湯霄，翁利國(guó)，等.電力系統(tǒng)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用[J].電子世界，2018（8）：155.

[12]?吳元忠.基于VR技術(shù)的電力安全執(zhí)規(guī)仿真系統(tǒng)開發(fā)[J].通信電源技術(shù)，2018，35（2）：23-26.

[13]?楊勝春. 虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景[N]. 國(guó)家電網(wǎng)報(bào)，2017-12-19（008）.

[14]?許靜，曹揚(yáng).基于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力安全與操作虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].智庫(kù)時(shí)代，2017（16）：177.

[15]?徐麗紅，陳端云.VR技術(shù)在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用和研究[J].中國(guó)新通信，2017，19（21）：112.

（收稿日期：2019.07.06）