VR技術(shù)在電力系統(tǒng)人員培訓(xùn)中的應(yīng)用探索

譚偉田　李運(yùn)杰

摘? 要：隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的提出，電力系統(tǒng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，設(shè)備更新不斷加速，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員技術(shù)水平要求不斷提高。伴隨電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，公司連續(xù)擴(kuò)招的同時(shí)，也帶來(lái)新進(jìn)人員多，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)欠缺，故障分析處理能力不足等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)不斷升高，人員培訓(xùn)壓力劇增。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)集聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)一體化的虛擬環(huán)境，通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)原理進(jìn)行研究分析，并將其引入到電力系統(tǒng)工作人員的培訓(xùn)中，通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，為受訓(xùn)人員提供一個(gè)逼真的體驗(yàn)環(huán)境，增強(qiáng)培訓(xùn)交互性，提升培訓(xùn)效果。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)應(yīng)用;電力系統(tǒng);人員培訓(xùn)

引言

近年來(lái)，新疆電網(wǎng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，以超高壓電網(wǎng)為例，2014年初僅有6座750千伏變電站，如今已建成22座750kV變電站和有兩座換流站。電網(wǎng)的高速發(fā)展和設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的技術(shù)能力和管理水平要求也越來(lái)越高。隨著公司規(guī)模的擴(kuò)大，新進(jìn)大學(xué)生較多，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員普遍存在經(jīng)驗(yàn)欠缺，安全意識(shí)不足，專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平偏低等問(wèn)題。這些問(wèn)題不斷地為電網(wǎng)的高速發(fā)展埋下隱患，提升新進(jìn)人員技術(shù)水平迫在眉睫。

目前VR技術(shù)已經(jīng)在娛樂(lè)、醫(yī)學(xué)和軍事等多個(gè)方面取得了廣泛應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)人員培訓(xùn)需求分析，提出一種VR技術(shù)在電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)方面的應(yīng)用。通過(guò)VR技術(shù)的使用，使技術(shù)培訓(xùn)具有更好的交互性和實(shí)用性。改變以往以說(shuō)教為主的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情景再現(xiàn)，使受訓(xùn)者深度參與其中，將學(xué)習(xí)變?yōu)橛H身體驗(yàn)，從而使技能得到快速提升，加速受訓(xùn)人員成長(zhǎng)。

1 VR技術(shù)簡(jiǎn)介

VR技術(shù)（Virtual Reality Technology）是建立在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、控制學(xué)、電子學(xué)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)及多媒體技術(shù)等多種學(xué)科基礎(chǔ)上的交叉技術(shù)，VR技術(shù)通過(guò)利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的動(dòng)態(tài)環(huán)境，給使用者提供沉浸感覺(jué)，使用者通過(guò)視、聽(tīng)、觸、嗅等器官可感受到的一種虛擬幻境[1]。

VR技術(shù)利用并發(fā)、聯(lián)想等人類(lèi)特有的思維方式，通過(guò)定性與定量相結(jié)合、感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)相結(jié)合，來(lái)建立多維信息空間。VR具有以下三個(gè)特征：交互性、沉浸性、想象性[2]。利用VR系統(tǒng)可對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)環(huán)境可對(duì)用戶的姿勢(shì)動(dòng)作、語(yǔ)言命令等做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，使用戶和模擬環(huán)境建立實(shí)時(shí)交互性關(guān)系.并產(chǎn)生一種身臨其境的沉浸感覺(jué)，是人們可以通過(guò)視聽(tīng)觸等信息通道感受到設(shè)計(jì)者思想的高級(jí)用戶界面。VR技術(shù)改變了人類(lèi)獲取信息的方式，極大提升了人機(jī)交互的和諧程度[3]。

2 VR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

VR系統(tǒng)包括信息處理模塊、傳感輸入模塊、功能輸出模塊和VR模型，如圖1所示。

本培訓(xùn)系統(tǒng)中信息處理模塊采用高速信息處理芯片為核心建立的信息處理系統(tǒng);傳感輸入模塊包括語(yǔ)音、圖像和人體姿態(tài)等傳感器針對(duì)受訓(xùn)者反應(yīng)進(jìn)行信息采集;功能輸出模塊包括虛擬視頻輸出和運(yùn)動(dòng)交互系統(tǒng)輸出、神經(jīng)刺激輸出等模塊;VR模型針對(duì)培訓(xùn)不同項(xiàng)目，建立不同的行為模式輸入和對(duì)應(yīng)功能模塊輸出。在本系統(tǒng)中處理模塊通過(guò)傳感輸入模塊實(shí)時(shí)采集使用者狀態(tài)和指令信息，與VR模型匹配后，通過(guò)功能輸出模塊提供相應(yīng)的反饋信息。隨著本系統(tǒng)的深入應(yīng)用，將不斷開(kāi)發(fā)和完善本培訓(xùn)系統(tǒng)的VR模型。

3 在電力系統(tǒng)人員培訓(xùn)中的應(yīng)用

3.1現(xiàn)場(chǎng)需求調(diào)查

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前主要存在下面三個(gè)問(wèn)題。1、安全意識(shí)不足，對(duì)嚴(yán)守安規(guī)的重要性認(rèn)識(shí)不足。工作現(xiàn)場(chǎng)普遍存在安全帽佩戴不正確，登高作業(yè)未時(shí)時(shí)使用安全帶等習(xí)慣性違章行為。2、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不夠熟悉，對(duì)設(shè)備之間的聯(lián)系不清楚，對(duì)異?，F(xiàn)象分析辨識(shí)故障能力不足。3、對(duì)使用頻率低的工器具缺少訓(xùn)練，對(duì)滅火器等設(shè)備使用生疏，緊急救護(hù)技能練習(xí)不足，在緊急時(shí)刻難以發(fā)揮應(yīng)有的效用。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合VR技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計(jì)三種VR應(yīng)用模型，采用不同的場(chǎng)景模式進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。

3.2提升安全意識(shí)的應(yīng)用

針對(duì)人員安全意識(shí)淡薄，對(duì)安規(guī)要求細(xì)節(jié)不注意，現(xiàn)場(chǎng)安規(guī)執(zhí)行打折扣的問(wèn)題，以往通常采用以往的安全事故教訓(xùn)學(xué)習(xí)，可是別人的經(jīng)驗(yàn)總沒(méi)有自己的親身體驗(yàn)來(lái)的深刻。因此我們針對(duì)常見(jiàn)的不安全行為產(chǎn)生的傷害建立模型，讓受訓(xùn)人

員切身體會(huì)不安全行為帶來(lái)的危害，從而提高安全意識(shí)[4]。

目前提升人員安全意識(shí)的應(yīng)用有：1、正確安全帽佩戴應(yīng)用。建立佩戴安全帽時(shí)受到重物打擊的模型，分別讓受訓(xùn)者體驗(yàn)安全帽正確佩戴時(shí)和未正確佩戴時(shí)受到重物打擊時(shí)感覺(jué)。并設(shè)計(jì)闖關(guān)模式，在模擬現(xiàn)場(chǎng)中時(shí)時(shí)檢查培訓(xùn)者安全帽佩戴，在發(fā)現(xiàn)佩戴不正確時(shí)給予重物打擊。2、正確使用安全帶應(yīng)用。建立人員墜落模型，分別讓受訓(xùn)者體驗(yàn)在失去重心下受安全帶保護(hù)和自由墜落的感覺(jué)。并設(shè)計(jì)闖關(guān)模式，在模擬現(xiàn)場(chǎng)中時(shí)時(shí)檢查培訓(xùn)者安全帶使用，在發(fā)現(xiàn)安全帶使用不正確時(shí)讓受訓(xùn)者體驗(yàn)失重。3、正確使用絕緣工具應(yīng)用。建立帶電操作模型，模擬現(xiàn)場(chǎng)情況指引受訓(xùn)者選擇合適絕緣工具進(jìn)行正確操作。并設(shè)計(jì)闖關(guān)模式，當(dāng)受訓(xùn)者選擇絕緣工具錯(cuò)誤或操作中出現(xiàn)不正確行為時(shí)，觸發(fā)高壓放電，受訓(xùn)者體驗(yàn)觸電。4、正確執(zhí)行安全措施應(yīng)用。根據(jù)檢修設(shè)備建立檢修設(shè)備隔離措施模型，引導(dǎo)受訓(xùn)者正確執(zhí)行安全措施。并設(shè)計(jì)闖關(guān)模式，設(shè)定檢修設(shè)備和檢修任務(wù)，讓受訓(xùn)人員執(zhí)行安全措施，并對(duì)執(zhí)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過(guò)上述四個(gè)應(yīng)用，讓受訓(xùn)人員意識(shí)到正確佩戴安全帽和安全帶的重要性，加強(qiáng)安全操作意識(shí)，從而在工作中認(rèn)真嚴(yán)格執(zhí)行安全措施，并通過(guò)闖關(guān)模式加深受訓(xùn)人員對(duì)不安全行為的認(rèn)知。

3.3提升故障分析能力的應(yīng)用

針對(duì)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不夠熟悉、對(duì)設(shè)備間的聯(lián)系不夠明確、在發(fā)生故障時(shí)不能快速抓住問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)的情況，我們根據(jù)以往的故障分析統(tǒng)計(jì)，建立現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模型，模擬現(xiàn)場(chǎng)故障情況，制作VR視頻，讓受訓(xùn)者全方位的觀察現(xiàn)場(chǎng)故障發(fā)生，細(xì)致各個(gè)設(shè)備故障時(shí)的現(xiàn)象，體悟不同故障時(shí)設(shè)備的不同表現(xiàn)，加深人員對(duì)設(shè)備的理解深度，提升人員分析處理故障的能力。并在VR視頻中對(duì)二次設(shè)備信息傳輸采取可視化處理，讓故障過(guò)程中二次設(shè)備信息傳輸和動(dòng)作行為清晰可見(jiàn)，讓受訓(xùn)者對(duì)設(shè)備之間的聯(lián)系和保護(hù)動(dòng)作過(guò)程有一個(gè)顯現(xiàn)的觀察。

目前建立的故障類(lèi)型有：1、變壓器內(nèi)部故障，構(gòu)建變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，可以三百六十度觀察設(shè)備結(jié)構(gòu)及設(shè)備工作動(dòng)態(tài)，通過(guò)故障時(shí)各部件動(dòng)作行為，直觀展現(xiàn)故障時(shí)的狀態(tài)及保護(hù)信號(hào)采集和動(dòng)作過(guò)程。2、斷路器故障，構(gòu)建斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，并將斷路器操作回路和保護(hù)之間信號(hào)回路可視化。通過(guò)設(shè)置斷路器故障點(diǎn)位置，顯示出故障對(duì)斷路器的影響，并對(duì)斷路器操作回路動(dòng)態(tài)和保護(hù)裝置的動(dòng)作行為和信息傳輸進(jìn)行可視化展示，讓受訓(xùn)人員可直觀的感受到斷路器故障時(shí)，斷路器操作回路的狀態(tài)和保護(hù)之間的動(dòng)作行為。3、保護(hù)裝置故障，建立保護(hù)裝置內(nèi)部信息可視化模型，可動(dòng)態(tài)觀察裝置信息采集、邏輯動(dòng)作和信號(hào)輸出?？梢栽O(shè)置保護(hù)裝置故障位置，顯示出故障對(duì)保護(hù)裝置的影響。并動(dòng)態(tài)顯示出在保護(hù)裝置故障狀態(tài)下，一次設(shè)備故障因保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作切除而故障擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)過(guò)程及保護(hù)之間的信息傳輸和動(dòng)作行為。

讓受訓(xùn)人員加深對(duì)保護(hù)裝置的理解，并對(duì)保護(hù)裝置之間配合有更深的感觸。

受訓(xùn)人員通過(guò)對(duì)上述三類(lèi)故障的深入觀察，明確設(shè)備之間的關(guān)系，在以后遇到類(lèi)似故障時(shí)，有效提升故障判斷的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

3.3提升技能熟練度的應(yīng)用

隨著現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間未使用，人員對(duì)緊急設(shè)備和緊急救護(hù)技能不斷生疏，針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，我們利用VR技術(shù)對(duì)受訓(xùn)人員進(jìn)行場(chǎng)景仿真實(shí)訓(xùn)，不僅減小了訓(xùn)練場(chǎng)地限制，也增強(qiáng)了受訓(xùn)者的體驗(yàn)，提升技能熟練程度。

目前技能提升的應(yīng)用有：1、滅火器的使用，建立火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)模型，模擬不同材料失火現(xiàn)場(chǎng)，讓受訓(xùn)人員選擇滅火器，并根據(jù)滅火器特性指引受訓(xùn)人員處在合適的位置，采取合適的姿勢(shì)進(jìn)行滅火。從而提升受訓(xùn)者在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，有效利用滅火器等器材的能力，以及在滅火過(guò)程中防護(hù)自身的能力。2、觸電急救，建立觸電急救模型，指引受訓(xùn)者正確將觸電者脫離電源，并對(duì)觸電者進(jìn)行心肺復(fù)蘇，提升受訓(xùn)者在發(fā)現(xiàn)觸電情形時(shí)，快速有效地救助觸電者。

受訓(xùn)人員在這兩個(gè)應(yīng)用中可以快速熟練滅火器的使用和觸電急救，提升受訓(xùn)者在遇到此類(lèi)突發(fā)情況時(shí)處理效率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)VR技術(shù)在電力系統(tǒng)人員培訓(xùn)中的應(yīng)用，使受訓(xùn)人員對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)直觀的認(rèn)知和體驗(yàn)，使原本說(shuō)教和旁觀的培訓(xùn)變成受訓(xùn)者的親身體驗(yàn)，將文字內(nèi)容描述，形成場(chǎng)景式的再現(xiàn)，變成受訓(xùn)人員的親身經(jīng)驗(yàn)，使培訓(xùn)互動(dòng)性更好，體驗(yàn)感更加，培訓(xùn)效果更優(yōu)。為電網(wǎng)快速發(fā)展的人員不足問(wèn)題，提供切實(shí)有效的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：譚偉田（1987），男，河南省周口市人，2014年畢業(yè)于寧夏大學(xué)電子與通信工程專(zhuān)業(yè)，工程師，從事電力設(shè)備管理工作。