基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電力安全培訓(xùn)平臺

何春光

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司）

0 引言

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電力安全培訓(xùn)平臺，融合網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、多媒體技術(shù)以及電力專業(yè)知識，能夠涉及到電力生產(chǎn)的全作業(yè)流程，并且能夠?qū)θ鳂I(yè)流程進行仿真［1］。通過對常規(guī)的電力事故進行虛擬化的實景復(fù)現(xiàn)，能夠幫助電力作業(yè)人員強化電力安全防護意識，深刻理解電力安全生產(chǎn)規(guī)范?；谠撾娏Π踩嘤?xùn)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力調(diào)度、電力檢修、電力生產(chǎn)的全方位培訓(xùn)，能夠突破傳統(tǒng)電力培訓(xùn)的限制，保證處于不同地點的電力作業(yè)人員能夠同時接受電力培訓(xùn)，深入學(xué)習(xí)電力設(shè)備的工作特性，深入了解電力生產(chǎn)事故［2］。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)描述的是由計算機產(chǎn)生的三維數(shù)據(jù)交互環(huán)境，其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在如下三個方面［5］：

（1）沉浸性：由計算機構(gòu)造的三維虛擬環(huán)境能夠保證電力作業(yè)人員體驗到身臨其境的感覺，在進行實際操作時，基于構(gòu)建出的虛擬環(huán)境發(fā)生的動態(tài)變化，也能夠體驗出如同真實存在的感覺［3］。

（2）交互性：電力作業(yè)人員作為虛擬交互的主體，處于虛擬環(huán)境中，能夠與其中的虛擬客體進行多種形式的交互，這種交互是基于三維環(huán)境而存在的。

（3）動作性：電力作業(yè)人員能夠基于現(xiàn)實環(huán)境中的實際經(jīng)驗，采用最熟悉的方式進行虛擬化操作，在虛擬環(huán)境中體驗現(xiàn)實感［4］。

2 虛擬現(xiàn)實建模語言

虛擬現(xiàn)實建模語言是一種用于進行三維虛擬化建模，具有開放性特點的標準化語言，能夠?qū)崿F(xiàn)對于HTML的三維模擬，通過虛擬現(xiàn)實建模語言瀏覽器對現(xiàn)實環(huán)境進行模擬構(gòu)建［5］。該語言不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對客觀場景的構(gòu)建，還能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬三維場景的構(gòu)建，基本特征主要表現(xiàn)在如下幾方面。

（1）平臺開放性：虛擬現(xiàn)實建模語言基于C／B模式實現(xiàn)訪問，其虛擬現(xiàn)實建模文件源自于服務(wù)器，電力作業(yè)人員利用通信網(wǎng)絡(luò)下載需要訪問的文件后，便可以進行本地訪問。

（2）數(shù)據(jù)高速傳輸效率屬性：與傳統(tǒng)的HTML相對比，虛擬現(xiàn)實建模語言同樣基于文本格式進行虛擬化建模，這樣便于平臺互通，減小了數(shù)據(jù)傳輸量，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

（3）可擴展性：虛擬現(xiàn)實建模語言作為一種標準化建模語言，無法實現(xiàn)全部應(yīng)用的功能需求，在交互性提高、虛擬環(huán)境畫面質(zhì)量、虛擬環(huán)境復(fù)雜度方面都受限，因此虛擬現(xiàn)實建模語言需要具備擴展性，根據(jù)需求對對象和屬性進行定義。

3 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電力安全培訓(xùn)平臺

3.1 電力安全培訓(xùn)平臺技術(shù)特點

（1）全面性。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電力安全培訓(xùn)平臺涉及面十分廣泛，其涉及到的電力作業(yè)知識能夠運用到電力檢修、電力調(diào)度等多個培訓(xùn)項目中。電力作業(yè)人員能夠從該培訓(xùn)平臺學(xué)習(xí)到更先進的知識，從而實現(xiàn)技術(shù)水平的進一步提高。對于設(shè)備故障、電力事故的模擬也能夠保證電力作業(yè)人員充分吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)，避免在實際作業(yè)過程中出現(xiàn)類似問題。

（2）娛樂性。該平臺的核心功能在于對電力作業(yè)人員進行技能培訓(xùn)，借助于逼真的畫面、立體的音效保證電力作業(yè)人員在接受電力培訓(xùn)的同時能夠體驗到頂級的三維感官刺激?；趶姶蟮慕换ツ芰?，這就能夠激發(fā)電力作業(yè)人員的主動性、求知欲，主動了解各種電力設(shè)備，并根據(jù)自主意識對電力設(shè)備進行操作。

（3）便捷性。該平臺具備簡單化的操作屬性，能夠借助于常規(guī)的鼠標、鍵盤進行模擬操作，符合常規(guī)的操作習(xí)慣，只需要進行簡單的培訓(xùn)就能夠上手，借助于較強的網(wǎng)絡(luò)接入能力，再加上對于網(wǎng)絡(luò)鏈接的優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電力培訓(xùn)，實現(xiàn)培訓(xùn)內(nèi)容的個性化、模塊化，打破了傳統(tǒng)的空間限制，保證電力作業(yè)人員能夠在不同地點同時接受同樣的培訓(xùn)，實現(xiàn)了電力作業(yè)人員的便捷操作。

3.2 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片是一種端到端的邏輯子網(wǎng)，與核心網(wǎng)絡(luò)、無線接入網(wǎng)、IP承載網(wǎng)和傳送網(wǎng)有關(guān)，通過多領(lǐng)域協(xié)同工作來實現(xiàn)，不同網(wǎng)絡(luò)切片間既可以實現(xiàn)資源共享，也可以實現(xiàn)彼此隔離。

切片生成算法采用粒子群優(yōu)化算法，其中位置v和速度x更新方程如下所示：

式中，w為慣性權(quán)重；p為最高粒子適應(yīng)度；c1、c2為正學(xué)習(xí)因子；g為最優(yōu)解；r1、r2為0～1之間的隨機數(shù)。

為了對網(wǎng)絡(luò)切片的性能進行量化比較，采用零均值法對其參數(shù)進行歸一化，公式如下：

式中，vnor為歸一化后性能參數(shù)；v為原始性能參數(shù)；σ為性能參數(shù)方差；μ為性能參數(shù)平均值，如下所示：

粒子適應(yīng)度的評價函數(shù)可以采用指數(shù)形式表達，如下所示：

式中，D表示歸一化后最大時延值；B表示歸一化后最小帶寬；α表示低時延切片所占比列；β表示高帶寬切片所占比列。

3.3 電力安全培訓(xùn)平臺功能設(shè)計

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電力安全培訓(xùn)平臺從功能上可以劃分為兩個大部分，即典型故障模擬功能和標準化電力安全培訓(xùn)功能，電力安全培訓(xùn)又可以劃分為電力線路培訓(xùn)、變電站培訓(xùn)。

在進行培訓(xùn)時需要用到結(jié)合場景漫游，對環(huán)境和設(shè)備進行虛擬化展示，將設(shè)備和環(huán)境通過虛擬化的手段展示在電力作業(yè)人員眼前，通過對周圍信息進行感受，完成操作，并將結(jié)果反饋，從而實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)平臺的交互與控制。平臺功能架構(gòu)如圖1所示；場景的層次架構(gòu)如圖2所示。

圖1 電力培訓(xùn)平臺功能架構(gòu)

圖2 場景層次架構(gòu)

電力線路培訓(xùn)主要涵蓋了七方面內(nèi)容：

（1）安全組織措施培訓(xùn)：能夠?qū)﹄娏€路的工作票、工作監(jiān)護、工作許可等進行模擬，提高電力作業(yè)人員的安全意識，規(guī)范電力生產(chǎn)作業(yè)流程。

（2）安全技術(shù)措施培訓(xùn)：能夠模擬電力作業(yè)人員對保安線、接地線、圍欄等停電、驗電安全技術(shù)操作。

（3）電力線路運維培訓(xùn)：模擬電力線路巡檢及倒閘操作，對電力作業(yè)過程中的注意項進行特殊關(guān)注。

（4）帶電體周圍作業(yè)培訓(xùn)：模擬帶電體周圍作業(yè)環(huán)境，強調(diào)關(guān)注事項，進行安全防護措施培訓(xùn)。

（5）配電設(shè)備作業(yè)培訓(xùn)：強化電力作業(yè)人員作業(yè)流程，只有嚴格執(zhí)行流程，才能夠完成作業(yè)流程，如果未按照流程，則無法完成培訓(xùn)任務(wù)。

（6）帶電作業(yè)培訓(xùn)：模擬帶電作業(yè)環(huán)境，能夠為電力作業(yè)人員提供全面、系統(tǒng)的帶電作業(yè)培訓(xùn)，強化電力作業(yè)人員安全防護意識。

（7）安全工具使用培訓(xùn)：模擬常規(guī)安全工具的操作，加強對安全工具的運用培訓(xùn)。

變電站培訓(xùn)涵蓋了五方面內(nèi)容：

（1）安全組織措施培訓(xùn)：能夠?qū)﹄娏€路的工作票、工作監(jiān)護、工作許可、工作間斷轉(zhuǎn)移、工作終結(jié)等進行模擬，提高電力作業(yè)人員的安全意識，規(guī)范電力生產(chǎn)作業(yè)流程。

（2）安全技術(shù)措施培訓(xùn)：能夠模擬電力作業(yè)人員對保安線、接地線、圍欄等停電、驗電安全技術(shù)操作。

（3）帶電作業(yè)培訓(xùn)：模擬帶電作業(yè)環(huán)境，能夠為電力作業(yè)人員提供全面、系統(tǒng)的帶電作業(yè)培訓(xùn)，強化電力作業(yè)人員安全防護意識。

（4）高電壓電力設(shè)備工作培訓(xùn)：此項工作危險系數(shù)高，培訓(xùn)中要重點關(guān)注安全問題，還包括了檢修作業(yè)流程以及工藝技術(shù)標準。

（5）六氟化硫電力設(shè)備工作培訓(xùn)：依托于六氟化硫的的特性構(gòu)建模擬環(huán)境，進一步規(guī)范化對于六氟化硫電力設(shè)備的操作，避免事故發(fā)生。

4 應(yīng)用分析

4.1 可視化培訓(xùn)

電力線路可視化應(yīng)用，可以讓電力作業(yè)人員基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，虛擬進入作業(yè)現(xiàn)場完成電力培訓(xùn)任務(wù)，可以規(guī)范電力作業(yè)人員的工器具的具體使用操作流程，具有實際操作、維護檢修的功能，同時能夠?qū)崟r對電力作業(yè)人員的具體操作行為進行實時的記錄，系統(tǒng)會隨時糾正電力檢修作業(yè)人員不規(guī)范的操作方法。此種培訓(xùn)方式克服了傳統(tǒng)實地進行培訓(xùn)的種種弊端，具有顯著的實用性和經(jīng)濟性。

4.2 巡檢預(yù)警培訓(xùn)

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬不同環(huán)境下的空間距離變化，樹木生長高度、生長速度等相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)電力線路實際運行環(huán)境，預(yù)測樹木與電力線路之間的安全距離，當觸發(fā)安全距離的警告閾值時，則會觸發(fā)檢修系統(tǒng)的巡檢預(yù)警功能，幫助電力作業(yè)人員完成電力培訓(xùn)任務(wù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在電力安全培訓(xùn)方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)揮了極其的重要作用，實現(xiàn)了真實環(huán)境與模擬仿真技術(shù)的有機融合，實現(xiàn)了實用性、互動性、娛樂性于一體的協(xié)調(diào)組合，突破了常規(guī)事務(wù)表達方式的局限，完成了三維建模、實景構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等工作。有效的提高了電力安全培訓(xùn)的效率和培訓(xùn)效果，激發(fā)了電力作業(yè)人員的學(xué)習(xí)熱情。

隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用也會逐步進行大規(guī)模擴展，逐步涉及到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的方方面面。借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠大幅度降低電力作業(yè)人員的安全培訓(xùn)成本，多方面提高電力作業(yè)人員的技術(shù)能力，有著十分光明的應(yīng)用前景。