一體化紅外線手勢識別電纜頭制作VR仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用研究

國網(wǎng)浙江省電力有限公司天臺縣供電公司 徐一健 張 杰 周信罕 劉 鐳 陳鵬強

電纜接頭作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其制作流程復(fù)雜、難度高，故障率和隱患率在80%以上，一旦發(fā)生故障將會影響整個電力系統(tǒng)的安全運行。國外一直致力于電纜頭制作的智能化，但因現(xiàn)場環(huán)境的多變、現(xiàn)場因素的不確定性問題等，無法保障智能設(shè)備能在這些條件下順利完成工作，造成電纜頭制作費時費力。然而在培訓(xùn)軟硬件上投入較多的還是偏向于模擬裝置進行培訓(xùn)，但存在著模擬裝置培訓(xùn)不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜頭練習(xí)的缺陷。國內(nèi)仍在電纜頭制作工具上不停的更新，在培訓(xùn)方面仍處于發(fā)展中階段，目前的操作培訓(xùn)系統(tǒng)仍處于簡單機械的操作訓(xùn)練，實際能進行電纜頭制作的培訓(xùn)產(chǎn)品和系統(tǒng)仍處于空白階段，并不能起到培訓(xùn)的作用，從而完成學(xué)習(xí)者對于電纜頭制作技術(shù)的提升。

虛擬教學(xué)人類進入虛擬空間進行教育與活動的一種教學(xué)方式。廣義上包括虛擬的教室、實驗室及教師等，在其中進行虛擬的研討會等活動。狹義上就是指運用科學(xué)技術(shù)構(gòu)建一個虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，在其中將所要掌握的知識點進行客觀重現(xiàn)，從而在虛擬環(huán)境中掌握更多的知識。虛擬教學(xué)能將技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合，拓寬師生的視野，在教學(xué)空間上能極大程度的進行延伸，同時在教學(xué)資源上也能實現(xiàn)大量的擴充。虛擬教學(xué)突破了傳統(tǒng)教學(xué)在時間、空間上的限制，采用模擬的場景彌補了教師在創(chuàng)設(shè)情境時不相符合的問題，不僅能為課堂帶來相關(guān)服務(wù)與相關(guān)技術(shù)支持，也促進了教學(xué)模式的進一步發(fā)展。

1 電纜頭制作內(nèi)容考核標(biāo)準(zhǔn)模型研究

電纜頭的制作工藝特性。在現(xiàn)代的配電工程中，電纜有著施工維護方便、供電可靠性強的特性，被廣泛應(yīng)用在電力企業(yè)中，熱縮及冷縮電纜頭有著各自不同的優(yōu)勢。電纜通常由幾根或幾組導(dǎo)線組成，每組至少有兩根導(dǎo)線，通過絞合的方式形成類似繩索的樣式，每一組導(dǎo)線間都相互絕緣，并始終圍繞著一根中心，整個電纜的外部包有高度絕緣的覆蓋層。當(dāng)前電線電纜主要應(yīng)用在電力系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)及機械設(shè)備和儀器儀表系統(tǒng)中。電纜的形式及類別多種多樣，在電力系統(tǒng)中主要采用有空裸電線、匯流排、電力電纜、分支電纜等。

電纜頭制作的標(biāo)準(zhǔn)。電纜的中間接頭是連接電纜與電纜的導(dǎo)體及絕緣屏蔽層和保護層的，可讓電纜線路連接的更加完整。電纜頭作為電纜線路中最為薄弱的一部分，其安裝質(zhì)量的好壞直接決定了電纜線路是否能得到安全運行。電纜頭在安裝的過程中要注意防潮，不能在天氣惡劣情況下做纜頭，平均氣溫低于0℃的情況下要將電纜事先加熱。在施工過程中要保證手和工具的干凈整潔，操作的過程中不能做與電纜無關(guān)的事情，嚴(yán)禁抽煙。所使用的電纜附件要進行預(yù)先試裝，并檢查規(guī)格是否與電纜的規(guī)格相同，檢查出廠的日期和包裝的密實性，防止發(fā)生剝切尺寸錯誤的情況[1]。

2 紅外線手勢識別技術(shù)

紅外光作為一種不可見光源，其波長在750nm～1mm 之間，與可見光的性質(zhì)一樣，均具有反射、折射以可吸收的特性。紅外傳感器主要就是利用紅外光的特性對物體進行測量。其手勢識別原理為：紅外傳感器與紅外LED 屬于同方向，用手擋在紅外LED 前方會檢測到反射而來的紅外光，通過檢測的光源與手到紅外傳感器的距離形成反比，通過讓檢測的距離和范圍保持與紅外LED 相關(guān)，根據(jù)紅外傳感的原理，從LED 射出的紅外光呈圓錐狀，圓錐的頂部是LED 的視角，如果視角越小說明檢測的范圍越大。多光源紅外傳感的手勢識別原理是根據(jù)不同的紅外視角進行范圍檢測對比，光源分布不會形成共線，通過觀察LED1單光源傳感，可檢測到手勢是否會出現(xiàn)，如果沒有檢測到手則信號會呈現(xiàn)一條直線；如果檢測到手則輸出的信號會持續(xù)增加。

3 電纜頭制作流程化的方法研究

為防止鋼甲出現(xiàn)松散的情況，需先在鋼甲切斷出內(nèi)部將外部的保護層剝?nèi)?，做好卡子后使用銅絲進行捆綁、然后進行焊接，左后剝外護套；在卡子的邊緣沿著鋼甲的方向進行鋸操作，注意在鋸的過程中不能傷到電纜，使用一字螺絲刀撬起其中一側(cè)，并使用鉗子拉下后送轉(zhuǎn)鋼甲，將鋼甲帶脫出后進行毛刺的處理，整個處理過程一定要嚴(yán)格按照鋼甲包緊的方向進行，不能破壞電纜上的鋼甲；剝內(nèi)護絕緣層的過程中要注意保護色相標(biāo)識，讓銅屏蔽層與鋼甲之間保持絕緣；焊接屏蔽層接地線時，要將內(nèi)護層的外側(cè)使用銅屏蔽層上的氧化物進行去除、然后涂上焊錫，將附件中的接地扁銅線分成三股后涂上焊錫并綁緊，處理好綁線的頭后再使用焊錫將銅屏蔽層焊緊，與鋼甲兩接地線分開時要做好絕緣處理。

剝半導(dǎo)電層操作過程中，要先在離銅帶斷口大約10mm 的地方作一標(biāo)記，對可剝離型的處理過程中，要在膠帶的外側(cè)使用刀劃一痕跡，從劃痕處再向末端劃兩道豎痕，距離保持在10mm 內(nèi)。然后將這些條形的半導(dǎo)電層更從末端的方向沿著劃痕方向撕下，撕扯的過程中不能拉起劃痕內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)電層、不能損傷絕緣層且半導(dǎo)電層的端口要整齊[2]。

檢查主絕緣層的表面是否有刀痕和導(dǎo)電材料，如有要及時處理干凈，對無法處理的地方可使用玻璃刮掉半導(dǎo)電層，或使用專門的刀具在斷口的地方進行劃痕，斷口痕跡要整齊，且在表面不能留下半導(dǎo)電材料，保持表面的光滑；在清潔主絕緣層表面過程中要使用不掉毛的細(xì)布進行污物的清理，清理的過程中只能從絕緣端向半導(dǎo)體層的方向進行清理，不能反復(fù)進行擦拭，避免半導(dǎo)物質(zhì)損壞主絕緣的表面；安裝半導(dǎo)電管的終端頭時，要盡量保持距離的相等，半導(dǎo)體在三根芯線離分叉處的距離要保持在50mm，半導(dǎo)電管套住銅帶不能小于20mm，在半導(dǎo)電層的端口兩端要涂疏散膠，且主絕緣的表面涂硅脂。同時要注意保持銅帶的不松動，表面要干凈，且半導(dǎo)的電管內(nèi)不能有空氣的進入。

安裝分支手套時，要在內(nèi)絕緣層和鋼甲部分使用填料包平，并在手指口和外護層的地方使用密封膠進行涂抹，分支手套套入時要小心，熱縮分支手套要做好色相標(biāo)識，并在電纜的分支上盡量少縮，避免分支手套發(fā)生破裂；安裝絕緣套管和接線端子時，首先要測量好電纜的固定位置，讓引線所需的長度保持相同；測量接線端子壓接芯線的長度時，要根據(jù)尺寸將主絕緣層進行剝離，在芯線上涂抹導(dǎo)電膏并沿著接線螺絲穿孔的方向進行操作。將壓接處的毛刺進行處理后，使用填料包平壓接痕，套上絕緣熱縮管，在接線端子上涂密封膠，并在最后一根絕緣熱縮套管上套住接線端子，在上面壓住最后一根后進行套色相管。

基于VR 技術(shù)的電纜接頭制作模塊的開發(fā)，需在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上進行復(fù)雜和危險工作環(huán)境下的仿真培訓(xùn)設(shè)計，用于電網(wǎng)實踐操作模擬。讓所有人員通過頭戴式設(shè)備作為輸入工具，通過動作捕捉套件對全身的動作進行捕捉，就可在虛擬場景中重構(gòu)全身動作，從而達(dá)到親手操作目的。在研究電纜頭制作模擬過程中，需依靠VR 技術(shù)針對不同的電纜電壓等級構(gòu)建對應(yīng)的電纜制作流程。利用計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)及人機交互技術(shù)，模擬真實的電纜接頭制作天空建，并生成多源信息融合的交互式場景，讓學(xué)員可按照自己真實的情境進行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而更好地處理工作中的實際問題，利用VR 技術(shù)特有的沉浸感和交互性功能，達(dá)到足不出戶就可完成教學(xué)的目的。

建模過程如下：讓操作人員通過理論學(xué)習(xí)模塊學(xué)習(xí)電纜接頭的制作過程，并掌握電纜接頭的運維知識及在運維過程中存在的問題；操作人員通過電纜接頭制作模擬模塊進行虛擬觀摩和交互式模擬操作訓(xùn)練，并將操作的過程和結(jié)果通過仿真方式可視化呈現(xiàn)；操作人員需將電纜接頭的故障檢修模塊實現(xiàn)電纜接頭的故障模擬、故障分析及故障消除操作；操作人員通過理論學(xué)習(xí)和模擬操作后，通過考核評估模塊進行人員的動作識別分析，并對操作進行分析和評價。

綜上，本項目的開發(fā)使電纜頭制作人員足不出戶，在沒有設(shè)備、場地、師資的情況下進行電纜頭制作培訓(xùn)的教學(xué)、練習(xí)與考核，節(jié)約了空間成本、時間成本、設(shè)備成本的同時可完成在無場地、無設(shè)備、無裝置、無師資的條件下進行理論、實操、豐富多樣、身臨其境的培訓(xùn)目的，從而節(jié)約大量的人力、財力、物力，適合在電力行業(yè)大范圍應(yīng)用。