輸電線路帶電作業(yè)跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置的研究

徐州市供電分公司輸電運(yùn)檢中心 孫 鋒

1 引文

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路帶電作業(yè)的安全和高效性越來越受到關(guān)注。而跨二短三進(jìn)入等電位是帶電作業(yè)中的常規(guī)操作，然而這些操作存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。為了提高帶電作業(yè)人員的技能水平和作業(yè)效率，降低事故發(fā)生的概率，研究開發(fā)了跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置。本文旨在詳細(xì)介紹該裝置的工作原理、組成部分和關(guān)鍵技術(shù)，分析其應(yīng)用價(jià)值和功能應(yīng)用，以期為輸電線路帶電作業(yè)提供一種安全、真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境。

2 跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置概述

2.1 工作原理

跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置的工作原理基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合實(shí)體絕緣子串模擬裝置、VR無線版頭戴式顯示裝置、定位器和追蹤器等組成[1]。

體驗(yàn)人員穿戴安全防護(hù)措施和VR無線版頭戴式顯示裝置，完成裝置的配置。進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)世界后，體驗(yàn)人員可以看到和操作虛擬手和腳。在該虛擬環(huán)境中，體驗(yàn)者可以根據(jù)系統(tǒng)指引，學(xué)習(xí)和練習(xí)跨二短三進(jìn)入等電位操作方法和注意事項(xiàng)。該裝置提供了一個(gè)真實(shí)且安全的訓(xùn)練環(huán)境，使帶電作業(yè)人員可以不斷練習(xí)和學(xué)習(xí)，提高操作技能和注意事項(xiàng)的清晰度。

2.2 跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置的組成部分

本VR實(shí)訓(xùn)裝置為虛擬現(xiàn)實(shí)單人體驗(yàn)裝置，由實(shí)體絕緣子串模擬裝置、VR無線版頭戴式顯示裝置、定位器、追蹤器組成，如圖1～圖4所示。進(jìn)行培訓(xùn)前需要穿戴相關(guān)裝備。

圖1 實(shí)體絕緣子串模擬裝置

圖2 VR無線版頭戴式顯示裝置

圖3 定位器

圖4 追蹤器

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置的關(guān)鍵技術(shù)包括光學(xué)定位及6DOF技術(shù)、模型與動(dòng)畫技術(shù)、語音交互技術(shù)以及精準(zhǔn)追蹤技術(shù)。光學(xué)定位及6DOF技術(shù)使用光學(xué)傳感器等設(shè)備記錄帶電作業(yè)人員在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的位置和動(dòng)作，并將其輸入虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)絕緣子串模型在虛擬環(huán)境中的定位和對應(yīng)。同時(shí)，6DOF技術(shù)精確追蹤帶電人員的頭部和手部位置和姿態(tài)，使得體驗(yàn)者能夠在虛擬環(huán)境中準(zhǔn)確觀察和操作絕緣子串模型[2]。

模型與動(dòng)畫技術(shù)通過三維建模技術(shù)將真實(shí)的帶電作業(yè)場景和設(shè)備模型轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的模型。利用動(dòng)畫技術(shù)和場景編排，精細(xì)地模擬帶電作業(yè)過程中的各個(gè)步驟和動(dòng)作，使體驗(yàn)者在虛擬環(huán)境中逼真地感受和學(xué)習(xí)跨二短三法進(jìn)入等電位的操作過程。

精準(zhǔn)追蹤技術(shù)通過追蹤器固定在手腕和腳踝處，精準(zhǔn)捕捉帶電作業(yè)人員的雙手和雙腳位置和姿態(tài)，在虛擬環(huán)境中實(shí)時(shí)與實(shí)體耐張雙聯(lián)絕緣子串進(jìn)行交互。

3 跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置的應(yīng)用價(jià)值

3.1 提供真實(shí)性訓(xùn)練環(huán)境

跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置為用戶提供了一個(gè)高度真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境。傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法可能存在許多限制，如現(xiàn)場訓(xùn)練的空間限制、設(shè)備和場景的限制等。而使用VR實(shí)訓(xùn)裝置，學(xué)員可以在一個(gè)模擬的虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，模擬真實(shí)的操作場景和工作情況。這將使學(xué)員能夠更好地理解和掌握復(fù)雜的操作流程和技能，提高學(xué)員在實(shí)際工作中的適應(yīng)能力。

3.2 減少帶電作業(yè)事故風(fēng)險(xiǎn)

帶電作業(yè)事故是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，可能導(dǎo)致人身傷害和設(shè)備損壞。使用跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置，可以有效地減少帶電作業(yè)事故的風(fēng)險(xiǎn)。在虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)員可以學(xué)習(xí)正確的操作技巧和安全規(guī)范，而不必面臨實(shí)際的電流和電壓。這樣可以提供一個(gè)安全的訓(xùn)練環(huán)境，讓學(xué)員能夠在沉浸式場景中學(xué)習(xí)，從而更好地掌握帶電作業(yè)的技能[3]。

3.3 提高操作技能和效率

跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置可以幫助學(xué)員提高操作技能和效率。在虛擬環(huán)境中，學(xué)員可以反復(fù)練習(xí)和試驗(yàn)，不受時(shí)間和空間的限制?？梢酝ㄟ^模擬操作來熟悉設(shè)備和流程，并在沒有真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)的情況下進(jìn)行自我優(yōu)化。

3.4 降低培訓(xùn)成本和時(shí)間

傳統(tǒng)的帶電作業(yè)培訓(xùn)需要大量的設(shè)備、場地和人工成本。而跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置可以幫助降低這些成本。虛擬環(huán)境中的設(shè)備和場景可以通過模擬替代真實(shí)設(shè)備和場景，降低了實(shí)際設(shè)備的購買和維護(hù)成本。虛擬實(shí)訓(xùn)可以隨時(shí)隨地進(jìn)行，不受時(shí)間和空間的限制，節(jié)省了學(xué)員和培訓(xùn)師的時(shí)間成本。由于虛擬實(shí)訓(xùn)可以根據(jù)學(xué)員的進(jìn)度和需求進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，因此可以更有效地利用培訓(xùn)資源，增強(qiáng)培訓(xùn)效果。

4 輸電線路帶電作業(yè)跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置的功能應(yīng)用

4.1 VR虛擬場景的設(shè)計(jì)和模擬

4.1.1 輸電線路模擬和場景設(shè)置

在跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置中，輸電線路模擬和場景設(shè)置是關(guān)鍵的功能應(yīng)用之一。通過精確的3D建模和模擬技術(shù)，可以在虛擬環(huán)境中模擬復(fù)雜的輸電線路情景，并進(jìn)行場景設(shè)置。

輸電線路模擬是通過準(zhǔn)確的尺寸、形狀和材質(zhì)參數(shù)來建立輸電線路模型。這些模型包括輸電塔、絕緣子、導(dǎo)線等要素，以準(zhǔn)確地再現(xiàn)真實(shí)的輸電線路。通過細(xì)致的線路模擬，學(xué)員可以在虛擬環(huán)境中操作和練習(xí)，以更好地理解和掌握真實(shí)輸電線路的特性和工作流程。

場景設(shè)置是根據(jù)不同的訓(xùn)練需求來建立不同的工作場景。在輸電線路帶電作業(yè)中，會(huì)有不同的工作條件和環(huán)境，如線路高度、安全間距、氣候條件等。通過VR技術(shù)，可以設(shè)計(jì)和模擬不同的場景，以使學(xué)員能夠在虛擬環(huán)境中適應(yīng)各種情況，并作出正確的決策和操作。

4.1.2 支撐結(jié)構(gòu)和設(shè)備模型的建立

在跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置中，支撐結(jié)構(gòu)和設(shè)備模型的建立是另一個(gè)重要的功能應(yīng)用。支撐結(jié)構(gòu)包括輸電塔、絕緣子串、橫擔(dān)等，而設(shè)備模型包括絕緣抱箍、導(dǎo)線夾等。

支撐結(jié)構(gòu)的建立涉及建模技術(shù)和材質(zhì)參數(shù)的設(shè)置。通過精確的建模，可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)真實(shí)的支撐結(jié)構(gòu)，包括其形狀、尺寸和材質(zhì)特性。這樣的模型可以用于虛擬場景中的操作和練習(xí)，讓學(xué)員熟悉不同的支撐結(jié)構(gòu)，掌握正確的操作方法。

設(shè)備模型的建立包括絕緣抱箍、導(dǎo)線夾等各種設(shè)備元素的建模。這些設(shè)備模型也需要根據(jù)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確地建模，以確保其外觀和運(yùn)動(dòng)模擬的真實(shí)性。在虛擬環(huán)境中，學(xué)員可以與這些設(shè)備進(jìn)行交互，學(xué)習(xí)正確的安裝和使用方法。

4.2 動(dòng)態(tài)行為模擬和交互設(shè)計(jì)

一是安全操作培訓(xùn)。安全操作培訓(xùn)是確保高空作業(yè)人員安全工作的關(guān)鍵，為了提高作業(yè)人員的安全意識(shí)和技能水平，虛擬訓(xùn)練裝置被廣泛應(yīng)用于培訓(xùn)過程中，此實(shí)訓(xùn)裝置能夠模擬各種跨越絕緣子的情況，包括不同高度、不同距離和不同角度。在虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，作業(yè)人員可以學(xué)習(xí)正確的姿勢、操作技巧和安全規(guī)范，從而避免意外事故的發(fā)生。通過這種模擬訓(xùn)練，作業(yè)人員可以獲得真實(shí)的實(shí)戰(zhàn)體驗(yàn)，提高他們在實(shí)際作業(yè)中的表現(xiàn)和應(yīng)對突發(fā)事件的能力。

二是實(shí)戰(zhàn)模擬訓(xùn)練。在虛擬環(huán)境中，作業(yè)人員可以進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)模擬訓(xùn)練，包括選擇正確的工具和設(shè)備，并正確地使用這些設(shè)備進(jìn)行跨越操作；在實(shí)戰(zhàn)模擬訓(xùn)練過程中，作業(yè)人員可以面對各種實(shí)際場景的模擬。例如，不同高度、不同角度的跨越絕緣子操作，其可以根據(jù)特定情況選擇最合適的工具和設(shè)備，并在虛擬環(huán)境中進(jìn)行操作訓(xùn)練。虛擬環(huán)境提供了反饋和評估機(jī)制，作業(yè)人員可以通過觀察自己的操作表現(xiàn)和結(jié)果來改進(jìn)和調(diào)整自己的技巧。

三是高風(fēng)險(xiǎn)情景模擬。通過高風(fēng)險(xiǎn)情景模擬訓(xùn)練，作業(yè)人員可以學(xué)習(xí)如何在極端條件下保持冷靜，并采取正確的措施來處理突發(fā)情況，其可以學(xué)會(huì)判斷情況的緊急程度，選擇適當(dāng)?shù)男袆?dòng)方案，以確保自身和他人的安全。例如，在強(qiáng)風(fēng)情況下，作業(yè)人員需要學(xué)習(xí)如何正確固定自己和工具，以避免被風(fēng)吹走或產(chǎn)生危險(xiǎn)。在不穩(wěn)定的支撐桿情況下，作業(yè)人員需要學(xué)習(xí)如何判斷支撐桿的穩(wěn)定性，并采取相應(yīng)的安全措施，高風(fēng)險(xiǎn)情景模擬訓(xùn)練不僅提高了作業(yè)人員的技能水平，還增強(qiáng)了他們的應(yīng)變能力和決策能力。

4.3 安全措施和錯(cuò)誤反饋機(jī)制

4.3.1 安全警示和預(yù)警設(shè)計(jì)

一是警示標(biāo)識(shí)和標(biāo)志。實(shí)訓(xùn)裝置可以在虛擬環(huán)境中設(shè)置警示標(biāo)識(shí)和標(biāo)志，如高壓警示標(biāo)志、禁止通行標(biāo)志等，提醒作業(yè)人員注意潛在的危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

二是聲光警示。裝置可以模擬各種聲音和光線效果，如警報(bào)聲、閃光燈等，用于提醒作業(yè)人員注意特定的安全情況和緊急事件。

三是虛擬警示線。實(shí)訓(xùn)裝置可以在虛擬環(huán)境中繪制虛擬的警示線，用于標(biāo)識(shí)高壓線路的范圍和危險(xiǎn)區(qū)域，以提醒作業(yè)人員保持安全距離。

4.3.2 錯(cuò)誤行為的反饋和提示

在輸電線路帶電作業(yè)中，錯(cuò)誤行為可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為了糾正錯(cuò)誤行為并提高作業(yè)人員的操作水平，等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置應(yīng)該具備錯(cuò)誤行為的反饋和提示的功能應(yīng)用。以下是該功能在實(shí)訓(xùn)裝置中的應(yīng)用。

一是實(shí)時(shí)行為監(jiān)測。實(shí)訓(xùn)裝置通過傳感器和攝像頭等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測作業(yè)人員的行為和動(dòng)作。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的操作或不安全的行為，裝置可以立即捕捉并記錄下來。

二是反饋和提示。裝置可以根據(jù)監(jiān)測的錯(cuò)誤行為，提供即時(shí)的反饋和提示。例如，通過可視化界面或語音指導(dǎo)，指出錯(cuò)誤之處，并給出正確的操作建議。

三是模擬事故場景。實(shí)訓(xùn)裝置可以模擬不同的事故場景，展示錯(cuò)誤行為的后果和潛在危險(xiǎn)。這樣可以讓作業(yè)人員更好地理解錯(cuò)誤的影響，并增強(qiáng)作業(yè)人員對正確操作的重要性的認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)語

跨二短三進(jìn)入等電位VR實(shí)訓(xùn)裝置是一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)裝置，對于提高輸電線路帶電作業(yè)的安全性和效率具有重要意義。通過提供真實(shí)性訓(xùn)練環(huán)境，減少事故風(fēng)險(xiǎn)以及提高操作技能和效率，該裝置能夠幫助帶電作業(yè)人員全面提升其技能水平。在未來的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化裝置的設(shè)計(jì)和功能應(yīng)用，增加更多的場景模擬和交互設(shè)計(jì)，提高裝置的逼真度和實(shí)用性。