一体化红外线手势识别电缆头制作VR仿真培训系统应用研究

国网浙江省电力有限公司天台县供电公司 徐一健 张 杰 周信罕 刘 镭 陈鹏强

电缆接头作为电力系统的重要组成部分，其制作流程复杂、难度高，故障率和隐患率在80%以上，一旦发生故障将会影响整个电力系统的安全运行。国外一直致力于电缆头制作的智能化，但因现场环境的多变、现场因素的不确定性问题等，无法保障智能设备能在这些条件下顺利完成工作，造成电缆头制作费时费力。然而在培训软硬件上投入较多的还是偏向于模拟装置进行培训，但存在着模拟装置培训不能代替传统电缆头练习的缺陷。国内仍在电缆头制作工具上不停的更新，在培训方面仍处于发展中阶段，目前的操作培训系统仍处于简单机械的操作训练，实际能进行电缆头制作的培训产品和系统仍处于空白阶段，并不能起到培训的作用，从而完成学习者对于电缆头制作技术的提升。

虚拟教学人类进入虚拟空间进行教育与活动的一种教学方式。广义上包括虚拟的教室、实验室及教师等，在其中进行虚拟的研讨会等活动。狭义上就是指运用科学技术构建一个虚拟的学习环境，在其中将所要掌握的知识点进行客观重现，从而在虚拟环境中掌握更多的知识。虚拟教学能将技术与教学相结合，拓宽师生的视野，在教学空间上能极大程度的进行延伸，同时在教学资源上也能实现大量的扩充。虚拟教学突破了传统教学在时间、空间上的限制，采用模拟的场景弥补了教师在创设情境时不相符合的问题，不仅能为课堂带来相关服务与相关技术支持，也促进了教学模式的进一步发展。

1 电缆头制作内容考核标准模型研究

电缆头的制作工艺特性。在现代的配电工程中，电缆有着施工维护方便、供电可靠性强的特性，被广泛应用在电力企业中，热缩及冷缩电缆头有着各自不同的优势。电缆通常由几根或几组导线组成，每组至少有两根导线，通过绞合的方式形成类似绳索的样式，每一组导线间都相互绝缘，并始终围绕着一根中心，整个电缆的外部包有高度绝缘的覆盖层。当前电线电缆主要应用在电力系统、信息传输系统及机械设备和仪器仪表系统中。电缆的形式及类别多种多样，在电力系统中主要采用有空裸电线、汇流排、电力电缆、分支电缆等。

电缆头制作的标准。电缆的中间接头是连接电缆与电缆的导体及绝缘屏蔽层和保护层的，可让电缆线路连接的更加完整。电缆头作为电缆线路中最为薄弱的一部分，其安装质量的好坏直接决定了电缆线路是否能得到安全运行。电缆头在安装的过程中要注意防潮，不能在天气恶劣情况下做缆头，平均气温低于0℃的情况下要将电缆事先加热。在施工过程中要保证手和工具的干净整洁，操作的过程中不能做与电缆无关的事情，严禁抽烟。所使用的电缆附件要进行预先试装，并检查规格是否与电缆的规格相同，检查出厂的日期和包装的密实性，防止发生剥切尺寸错误的情况[1]。

2 红外线手势识别技术

红外光作为一种不可见光源，其波长在750nm～1mm 之间，与可见光的性质一样，均具有反射、折射以可吸收的特性。红外传感器主要就是利用红外光的特性对物体进行测量。其手势识别原理为：红外传感器与红外LED 属于同方向，用手挡在红外LED 前方会检测到反射而来的红外光，通过检测的光源与手到红外传感器的距离形成反比，通过让检测的距离和范围保持与红外LED 相关，根据红外传感的原理，从LED 射出的红外光呈圆锥状，圆锥的顶部是LED 的视角，如果视角越小说明检测的范围越大。多光源红外传感的手势识别原理是根据不同的红外视角进行范围检测对比，光源分布不会形成共线，通过观察LED1单光源传感，可检测到手势是否会出现，如果没有检测到手则信号会呈现一条直线；如果检测到手则输出的信号会持续增加。

3 电缆头制作流程化的方法研究

为防止钢甲出现松散的情况，需先在钢甲切断出内部将外部的保护层剥去，做好卡子后使用铜丝进行捆绑、然后进行焊接，左后剥外护套；在卡子的边缘沿着钢甲的方向进行锯操作，注意在锯的过程中不能伤到电缆，使用一字螺丝刀撬起其中一侧，并使用钳子拉下后送转钢甲，将钢甲带脱出后进行毛刺的处理，整个处理过程一定要严格按照钢甲包紧的方向进行，不能破坏电缆上的钢甲；剥内护绝缘层的过程中要注意保护色相标识，让铜屏蔽层与钢甲之间保持绝缘；焊接屏蔽层接地线时，要将内护层的外侧使用铜屏蔽层上的氧化物进行去除、然后涂上焊锡，将附件中的接地扁铜线分成三股后涂上焊锡并绑紧，处理好绑线的头后再使用焊锡将铜屏蔽层焊紧，与钢甲两接地线分开时要做好绝缘处理。

剥半导电层操作过程中，要先在离铜带断口大约10mm 的地方作一标记，对可剥离型的处理过程中，要在胶带的外侧使用刀划一痕迹，从划痕处再向末端划两道竖痕，距离保持在10mm 内。然后将这些条形的半导电层更从末端的方向沿着划痕方向撕下，撕扯的过程中不能拉起划痕内侧的半导电层、不能损伤绝缘层且半导电层的端口要整齐[2]。

检查主绝缘层的表面是否有刀痕和导电材料，如有要及时处理干净，对无法处理的地方可使用玻璃刮掉半导电层，或使用专门的刀具在断口的地方进行划痕，断口痕迹要整齐，且在表面不能留下半导电材料，保持表面的光滑；在清洁主绝缘层表面过程中要使用不掉毛的细布进行污物的清理，清理的过程中只能从绝缘端向半导体层的方向进行清理，不能反复进行擦拭，避免半导物质损坏主绝缘的表面；安装半导电管的终端头时，要尽量保持距离的相等，半导体在三根芯线离分叉处的距离要保持在50mm，半导电管套住铜带不能小于20mm，在半导电层的端口两端要涂疏散胶，且主绝缘的表面涂硅脂。同时要注意保持铜带的不松动，表面要干净，且半导的电管内不能有空气的进入。

安装分支手套时，要在内绝缘层和钢甲部分使用填料包平，并在手指口和外护层的地方使用密封胶进行涂抹，分支手套套入时要小心，热缩分支手套要做好色相标识，并在电缆的分支上尽量少缩，避免分支手套发生破裂；安装绝缘套管和接线端子时，首先要测量好电缆的固定位置，让引线所需的长度保持相同；测量接线端子压接芯线的长度时，要根据尺寸将主绝缘层进行剥离，在芯线上涂抹导电膏并沿着接线螺丝穿孔的方向进行操作。将压接处的毛刺进行处理后，使用填料包平压接痕，套上绝缘热缩管，在接线端子上涂密封胶，并在最后一根绝缘热缩套管上套住接线端子，在上面压住最后一根后进行套色相管。

基于VR 技术的电缆接头制作模块的开发，需在虚拟现实技术的基础上进行复杂和危险工作环境下的仿真培训设计，用于电网实践操作模拟。让所有人员通过头戴式设备作为输入工具，通过动作捕捉套件对全身的动作进行捕捉，就可在虚拟场景中重构全身动作，从而达到亲手操作目的。在研究电缆头制作模拟过程中，需依靠VR 技术针对不同的电缆电压等级构建对应的电缆制作流程。利用计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、仿真技术及人机交互技术，模拟真实的电缆接头制作天空建，并生成多源信息融合的交互式场景，让学员可按照自己真实的情境进行学习和训练，从而更好地处理工作中的实际问题，利用VR 技术特有的沉浸感和交互性功能，达到足不出户就可完成教学的目的。

建模过程如下：让操作人员通过理论学习模块学习电缆接头的制作过程，并掌握电缆接头的运维知识及在运维过程中存在的问题；操作人员通过电缆接头制作模拟模块进行虚拟观摩和交互式模拟操作训练，并将操作的过程和结果通过仿真方式可视化呈现；操作人员需将电缆接头的故障检修模块实现电缆接头的故障模拟、故障分析及故障消除操作；操作人员通过理论学习和模拟操作后，通过考核评估模块进行人员的动作识别分析，并对操作进行分析和评价。

综上，本项目的开发使电缆头制作人员足不出户，在没有设备、场地、师资的情况下进行电缆头制作培训的教学、练习与考核，节约了空间成本、时间成本、设备成本的同时可完成在无场地、无设备、无装置、无师资的条件下进行理论、实操、丰富多样、身临其境的培训目的，从而节约大量的人力、财力、物力，适合在电力行业大范围应用。