带电作业三维模拟培训及培训管理系统的研究与应用

初金良+苏恺+闫东+陈勇+王朝明

摘 要 配带电网作业的培训因受到诸多方面的影响而效果不佳，本文从虚拟现实的方面出发，开发出了基于三维技术的带电作业模拟培训及管理系统，通过模拟仿真，进行虚拟现实交互操作，可对培训人员的进行培训，同时也可实现协同作业以及动作风险评估，为带电作业的培训提供了有效的方式。

【关键词】带电作业 三维模拟 培训仿真 协调作业

由于培训及理念的落后，配电网的从业人员的训练方法较为原始，很多从业人员在没有经过系统、严格的情况下就进行上岗，养成了很多不规范的操作习惯，并且若是长期性的以不规范的操作方法进行作业，会造成很大的人身安全隐患。

为了能够使带电作业更加安全、稳定和科学的发展是迫切需要解决的问题，但是传统的带电作业的培训方法受到设备、指导等多方面因素的影响，培训的效果不够理想。为了能提高供电部门带电作业的能力水平，开发出一套三维模拟的带电作业管理培训系统，可实现虚拟现实技术的全部特征。以流畅自然的三维虚拟技术，系统动作风险的检测与评估，将带电作业实现全程化管理。

1 系统的构成

本系统采用基于脚本的动态建模环境，将零件的脚本建模、设备通过零件的组装，再加上场景的设计于一体，能够实现所有模型的动态化。这种动态化的模型，可以通过模型参数和外部的各种数据结合，模型可以活生生的展现在面前。而且基于脚本的建模，每个模型文件只有几k，一个场景中，显示几百个设备，速度依然流畅。另外，模型的建模非常方便，可以根据需要，快速的定制出各种可以重用的三维模型，适合各种需求。

采用三维方式进行监控及其效果展示。支持三维建模及其组态功能。带电操作管理及三维培训系统就是采用基于脚本的动态环境，实现基于实时数据的三维虚拟监控及动态化，具有美观流畅的展示效果。可以用数据、图表、动画等形式，进行集中、动态、实时、交互演示各种场景的功能。图1为系统的组成框图。

2 系统功能实现

通过采用层次建模的方法，对人物、场景以及工器具按照虚拟场景中的各种尺寸进行模型的建立。然后采用Quest 3D软件进行交互式的动作设计，同时采用Kinect体感外设实现培训人员与虚拟场景的交互，完成受训者通过自身的动作对虚拟设备进行操作，实现培训内容。

2.1 几何建模

带电作业管理及各种模拟的功能情形如下：（1）场景模型，能建立虚拟自然环境和建立虚拟电气环境；（2）人物模型，能建立带电作业中不同的作业角色模型；（3）工具或器具模型，不仅可以建立各种诸如吊车或者斗臂车等特种车辆，还可以建立类似于各种防护装备用具、工具等。

2.2 行为建模

在模拟仿真的作业环境中，可以以一个实际工作的人的身份去进行虚拟化的作业，内容可以包括虚拟出工具，还可以虚拟出使用工具对作业的操作过程，有较好的交互性，例如虚拟的去进行螺丝的拧固、穿戴安全服装等等。

2.3 场景驱动

场景驱动执行引擎负责实现虚拟人和物体的交互，并使虚拟场景活动起来。为了实现场景的驱动需要定义虚拟人如何在三维虚拟场景中进行行动以及虚拟环境如何发生变化。虚拟人和设备的行为和运动控制过程相互配合实现现实场景的模拟。有了场景驱动这一环节，才能够保证人和虚拟的场景有机的组合在一起，实现了人在虚拟现实中的活动。

3 系统功能

3.1 操作培训

“带电作业管理及三维模拟培训系统”中培训仿真功能具有以下几项带电作业培训内容：（1）断支线线路引线；（2）断跌落式熔断器上引线；（3）更换柱上开关或隔离开关；（4）组立或撤除直线电杆；（5）直线杆改耐张杆并加装柱上开关或隔离开关；（6）更换柱上变压器。

3.2 动作风险检测与评估

在不同的电压等级、不同的天气环境下，电力设备的实际安全距离是不同的，应实现安全距离、安全空间范围在不同工况下的动态计算。根据培训人员操作虚拟人的动作轨迹进行安全距离检测、空间触碰检测等一系列的动作风险检测，并对检测结果进行评估，以确定该动作是否发生危险。若可能发生危险的情况下，会提示报警操作者，并且会对此次操作就行记录，用以作为某位学员的某个培训的操作动作是否该进行多次操作的依据。

3.3 协同作业

协同作业是指多个作业者进行合作、配合的完成某一个作业任务，这在实际工作中经常可以遇到，颇为常见，因此，这也成为了仿真训练的一个非常重要的环节，在实际工作中，很少的情况是操作者单独进行操作的，因此协同作业的设定，属于本系统培训的主题。协同作业的人数过多，也会导致系统的复杂性和难度呈正比例的增加，因此本系统协同作业的人数不超过三个。

3.4 培训结果管理

对参加带电作业培训的人员形成完整的培训记录。并可对结果进行统计分析，对习惯性违章操作的部分进行多次强化培训。（1）培训课时记录：可以对每个学员在培训过程中所需要学习的课程进行一个系统的学习管理，每个操作对应固定的培训时间，每个合格的学员必须通过所以的全部的课程。（2）引进补训制度：某个学员的某些操作没有达到标准，可以进行针对性的强化训练，最终达到合格的目的。（3）结果统计分析：对某些学员常见的错误类型进行统计，并进行有针对性的强化训练。（4）效果反馈：针对学员的一些常见问题，合理的改变培训计划，对时间进行有针对性的调整。

4 系统应用效果

通过对三维虚拟仿真系统的应用，应用效果显著，具体的效果如下：（1）误操作率更低：根据调查结果显示，很多误操作的来源在于培训的初期，学员不良的习惯造成后续的误操作，因此通过三维仿真虚拟培训后，可以在训练中培养成良好的操作习惯，这样可以大大的减少误操作的产生。（2）操作效率更高：在经过了虚拟培训后，学员的操作手法更加趋于系统法，舍掉了许多无效的动作，且在操作过程中，有更加良好的操作舒适度，不会过度的造成心理上的紧张情绪。（3）更好的协同：通过协同作业的培训，学员们不仅掌握了如何能够更加有效的进行合作。不会产生因为指令不明，或者时机不合适而造成的工作阻碍或者延误等一系列的问题。（4）培训效率高：制定出了完善的训练计划后，可以进行有针对性的训练，训练完成后，即可投入到实际的工作中去，培训过程基本不受场地，天气环境等的限制，具有较好的可操作性。endprint

5 结语

通过对虚拟现实的三维交互系统的研发，提供了详细且规范的操作流程，在通过教学实训时，能过不断的学习各种专业的流程和技术，并且此系统有可重复性操作的方法，不断的进行学习和训练，最终可以实现全面的，完全的掌握操作技能，而且无风险性。

该系统的优势为：能够反复的安排实际训练，受到客观条件的影响较小；在犯错误的情况下，可以有时间纠正，并且不会造成较大的损失；对关键步骤可以反复不断的进行训练，达到良好的效果；可以针对每个学员的实际情况进行定制化项目；良好的交流机制，可以在不同的区域和地方的学员之间相互进行沟通和交流。

通过对此系统的应用发现，该系统能够从源头上杜绝较多的习惯性误操作，可以规避较多的风险。这是一个较为积极的信号，但是依旧存在一些问题：如系统的完备性不足，仅仅只适用于少于三人的协同作业，但是在大多数情况下，协同作业的人数远远不止三人；系统的交流性欠缺：各大电网的从业人员希望通过这么一个系统来进行工作上的交流等此功能较为欠缺；完成的指令不够系统和全面：针对某些过程，动作的过程规定的还比较粗糙，不够精细，还有待进一步的提高。

综上所述，任何一个培训系统的设定只是为了辅助员工进行更好的操作，但这只是虚拟的环境，若是想要成为一个真正意义上的合格的操作人员，还需要不断的在实践过程中不断的进行总结和学习，才能够成为一个真正合格的操作人员。

参考文献

[1]贾京山，鹿秀风，闫胜利.浅谈带电作业培训中三维仿真技术的应用[J].科技致富向导，2012，33：58.

[2]陆新秋，苏晓，潘继华，邵波，吴鹏，钱磊，付鑫.输电线路高空检修作业三维仿真培训系统研究[J].中国水运（下半月），2014，01：76-78.

[3]陈伟，方琪，平原，张召亮.Quest3D在电力系统仿真培训中的应用[J].水电能源学，2013，01：223-225.

[4]汪会财.电力安规虚拟交互培训系统研究与设计[D].湖南大学，2012.

作者简介

初金良（1982-），男，吉林省农安县人。硕士在读。现为国网浙江省电力公司丽水供电公司中级工程师。

作者单位

1.国网浙江省电力公司丽水供电公司 浙江省丽水市 323000

2.南京软核科技有限公司 江苏省南京市 210000endprint

5 结语

通过对虚拟现实的三维交互系统的研发，提供了详细且规范的操作流程，在通过教学实训时，能过不断的学习各种专业的流程和技术，并且此系统有可重复性操作的方法，不断的进行学习和训练，最终可以实现全面的，完全的掌握操作技能，而且无风险性。

该系统的优势为：能够反复的安排实际训练，受到客观条件的影响较小；在犯错误的情况下，可以有时间纠正，并且不会造成较大的损失；对关键步骤可以反复不断的进行训练，达到良好的效果；可以针对每个学员的实际情况进行定制化项目；良好的交流机制，可以在不同的区域和地方的学员之间相互进行沟通和交流。

通过对此系统的应用发现，该系统能够从源头上杜绝较多的习惯性误操作，可以规避较多的风险。这是一个较为积极的信号，但是依旧存在一些问题：如系统的完备性不足，仅仅只适用于少于三人的协同作业，但是在大多数情况下，协同作业的人数远远不止三人；系统的交流性欠缺：各大电网的从业人员希望通过这么一个系统来进行工作上的交流等此功能较为欠缺；完成的指令不够系统和全面：针对某些过程，动作的过程规定的还比较粗糙，不够精细，还有待进一步的提高。

综上所述，任何一个培训系统的设定只是为了辅助员工进行更好的操作，但这只是虚拟的环境，若是想要成为一个真正意义上的合格的操作人员，还需要不断的在实践过程中不断的进行总结和学习，才能够成为一个真正合格的操作人员。

参考文献

[1]贾京山，鹿秀风，闫胜利.浅谈带电作业培训中三维仿真技术的应用[J].科技致富向导，2012，33：58.

[2]陆新秋，苏晓，潘继华，邵波，吴鹏，钱磊，付鑫.输电线路高空检修作业三维仿真培训系统研究[J].中国水运（下半月），2014，01：76-78.

[3]陈伟，方琪，平原，张召亮.Quest3D在电力系统仿真培训中的应用[J].水电能源学，2013，01：223-225.

[4]汪会财.电力安规虚拟交互培训系统研究与设计[D].湖南大学，2012.

作者简介

初金良（1982-），男，吉林省农安县人。硕士在读。现为国网浙江省电力公司丽水供电公司中级工程师。

作者单位

1.国网浙江省电力公司丽水供电公司 浙江省丽水市 323000

2.南京软核科技有限公司 江苏省南京市 210000endprint

5 结语

通过对虚拟现实的三维交互系统的研发，提供了详细且规范的操作流程，在通过教学实训时，能过不断的学习各种专业的流程和技术，并且此系统有可重复性操作的方法，不断的进行学习和训练，最终可以实现全面的，完全的掌握操作技能，而且无风险性。

该系统的优势为：能够反复的安排实际训练，受到客观条件的影响较小；在犯错误的情况下，可以有时间纠正，并且不会造成较大的损失；对关键步骤可以反复不断的进行训练，达到良好的效果；可以针对每个学员的实际情况进行定制化项目；良好的交流机制，可以在不同的区域和地方的学员之间相互进行沟通和交流。

通过对此系统的应用发现，该系统能够从源头上杜绝较多的习惯性误操作，可以规避较多的风险。这是一个较为积极的信号，但是依旧存在一些问题：如系统的完备性不足，仅仅只适用于少于三人的协同作业，但是在大多数情况下，协同作业的人数远远不止三人；系统的交流性欠缺：各大电网的从业人员希望通过这么一个系统来进行工作上的交流等此功能较为欠缺；完成的指令不够系统和全面：针对某些过程，动作的过程规定的还比较粗糙，不够精细，还有待进一步的提高。

综上所述，任何一个培训系统的设定只是为了辅助员工进行更好的操作，但这只是虚拟的环境，若是想要成为一个真正意义上的合格的操作人员，还需要不断的在实践过程中不断的进行总结和学习，才能够成为一个真正合格的操作人员。

参考文献

[1]贾京山，鹿秀风，闫胜利.浅谈带电作业培训中三维仿真技术的应用[J].科技致富向导，2012，33：58.

[2]陆新秋，苏晓，潘继华，邵波，吴鹏，钱磊，付鑫.输电线路高空检修作业三维仿真培训系统研究[J].中国水运（下半月），2014，01：76-78.

[3]陈伟，方琪，平原，张召亮.Quest3D在电力系统仿真培训中的应用[J].水电能源学，2013，01：223-225.

[4]汪会财.电力安规虚拟交互培训系统研究与设计[D].湖南大学，2012.

作者简介

初金良（1982-），男，吉林省农安县人。硕士在读。现为国网浙江省电力公司丽水供电公司中级工程师。

作者单位

1.国网浙江省电力公司丽水供电公司 浙江省丽水市 323000

2.南京软核科技有限公司 江苏省南京市 210000endprint