基于虛擬現實技術的電力安全培訓平臺

何春光

（國網浙江省電力有限公司寧波供電公司）

0 引言

基于虛擬現實技術的電力安全培訓平臺，融合網絡控制技術、智能控制技術、多媒體技術以及電力專業知識，能夠涉及到電力生產的全作業流程，并且能夠對全作業流程進行仿真［1］。通過對常規的電力事故進行虛擬化的實景復現，能夠幫助電力作業人員強化電力安全防護意識，深刻理解電力安全生產規范?；谠撾娏Π踩嘤柶脚_，能夠實現對電力調度、電力檢修、電力生產的全方位培訓，能夠突破傳統電力培訓的限制，保證處于不同地點的電力作業人員能夠同時接受電力培訓，深入學習電力設備的工作特性，深入了解電力生產事故［2］。

1 虛擬現實技術的特點

虛擬現實技術描述的是由計算機產生的三維數據交互環境，其技術特征主要表現在如下三個方面［5］：

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

（2）交互性：電力作業人員作為虛擬交互的主體，處于虛擬環境中，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境而存在的。

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

2 虛擬現實建模語言

虛擬現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，能夠實現對于HTML的三維模擬，通過虛擬現實建模語言瀏覽器對現實環境進行模擬構建［5］。該語言不僅能夠實現對客觀場景的構建，還能夠實現虛擬三維場景的構建，基本特征主要表現在如下幾方面。

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

（2）數據高速傳輸效率屬性：與傳統的HTML相對比，虛擬現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，減小了數據傳輸量，提高了數據傳輸效率。

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

3 基于虛擬現實技術的電力安全培訓平臺

3.1 電力安全培訓平臺技術特點

（1）全面性?；谔摂M現實技術的電力安全培訓平臺涉及面十分廣泛，其涉及到的電力作業知識能夠運用到電力檢修、電力調度等多個培訓項目中。電力作業人員能夠從該培訓平臺學習到更先進的知識，從而實現技術水平的進一步提高。對于設備故障、電力事故的模擬也能夠保證電力作業人員充分吸取經驗和教訓，避免在實際作業過程中出現類似問題。

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

（3）便捷性。該平臺具備簡單化的操作屬性，能夠借助于常規的鼠標、鍵盤進行模擬操作，符合常規的操作習慣，只需要進行簡單的培訓就能夠上手，借助于較強的網絡接入能力，再加上對于網絡鏈接的優化能夠實現分布式電力培訓，實現培訓內容的個性化、模塊化，打破了傳統的空間限制，保證電力作業人員能夠在不同地點同時接受同樣的培訓，實現了電力作業人員的便捷操作。

3.2 網絡切片

網絡切片是一種端到端的邏輯子網，與核心網絡、無線接入網、IP承載網和傳送網有關，通過多領域協同工作來實現，不同網絡切片間既可以實現資源共享，也可以實現彼此隔離。

切片生成算法采用粒子群優化算法，其中位置v和速度x更新方程如下所示：

式中，w為慣性權重；p為最高粒子適應度；c1、c2為正學習因子；g為最優解；r1、r2為0～1之間的隨機數。

為了對網絡切片的性能進行量化比較，采用零均值法對其參數進行歸一化，公式如下：

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

粒子適應度的評價函數可以采用指數形式表達，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 電力安全培訓平臺功能設計

基于虛擬現實技術的電力安全培訓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功能，電力安全培訓又可以劃分為電力線路培訓、變電站培訓。

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

圖1 電力培訓平臺功能架構

圖2 場景層次架構

電力線路培訓主要涵蓋了七方面內容：

（1）安全組織措施培訓：能夠對電力線路的工作票、工作監護、工作許可等進行模擬，提高電力作業人員的安全意識，規范電力生產作業流程。

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

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

（4）帶電體周圍作業培訓：模擬帶電體周圍作業環境，強調關注事項，進行安全防護措施培訓。

（5）配電設備作業培訓：強化電力作業人員作業流程，只有嚴格執行流程，才能夠完成作業流程，如果未按照流程，則無法完成培訓任務。

（6）帶電作業培訓：模擬帶電作業環境，能夠為電力作業人員提供全面、系統的帶電作業培訓，強化電力作業人員安全防護意識。

（7）安全工具使用培訓：模擬常規安全工具的操作，加強對安全工具的運用培訓。

變電站培訓涵蓋了五方面內容：

（1）安全組織措施培訓：能夠對電力線路的工作票、工作監護、工作許可、工作間斷轉移、工作終結等進行模擬，提高電力作業人員的安全意識，規范電力生產作業流程。

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

（3）帶電作業培訓：模擬帶電作業環境，能夠為電力作業人員提供全面、系統的帶電作業培訓，強化電力作業人員安全防護意識。

（4）高電壓電力設備工作培訓：此項工作危險系數高，培訓中要重點關注安全問題，還包括了檢修作業流程以及工藝技術標準。

（5）六氟化硫電力設備工作培訓：依托于六氟化硫的的特性構建模擬環境，進一步規范化對于六氟化硫電力設備的操作，避免事故發生。

4 應用分析

4.1 可視化培訓

電力線路可視化應用，可以讓電力作業人員基于虛擬現實技術，虛擬進入作業現場完成電力培訓任務，可以規范電力作業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，同時能夠實時對電力作業人員的具體操作行為進行實時的記錄，系統會隨時糾正電力檢修作業人員不規范的操作方法。此種培訓方式克服了傳統實地進行培訓的種種弊端，具有顯著的實用性和經濟性。

4.2 巡檢預警培訓

通過虛擬現實技術模擬不同環境下的空間距離變化，樹木生長高度、生長速度等相關參數，并根據電力線路實際運行環境，預測樹木與電力線路之間的安全距離，當觸發安全距離的警告閾值時，則會觸發檢修系統的巡檢預警功能，幫助電力作業人員完成電力培訓任務。

5 結束語

綜上所述，在電力安全培訓方面，虛擬現實技術發揮了極其的重要作用，實現了真實環境與模擬仿真技術的有機融合，實現了實用性、互動性、娛樂性于一體的協調組合，突破了常規事務表達方式的局限，完成了三維建模、實景構建、網絡構建等工作。有效的提高了電力安全培訓的效率和培訓效果，激發了電力作業人員的學習熱情。

隨著科學技術的進一步發展，虛擬現實技術的應用也會逐步進行大規模擴展，逐步涉及到工農業生產和日常生活的方方面面。借助于虛擬現實技術，能夠大幅度降低電力作業人員的安全培訓成本，多方面提高電力作業人員的技術能力，有著十分光明的應用前景。