基于混合现实技术的排水泵站倒闸操作安全教学应用

董乔宇

上海市城市排水有限公司石洞口污水输送分公司 上海 200443

引言

泵站现场各类设备稳定运行是城市排水企业正常运转的基础支撑。电力系统作为排水泵站现场各类设备稳定运行的必要条件，相关配电设备设施的日常控制操作尤为重要。能否正确进行配电系统操作将直接影响到电网、设备和人身的安全。

相关操作人员对电力设备设施的操作流程需精确掌握，这使得配电设备的操作极度依赖人员经验和技术。配电系统相关设备不间断工作形式及人员安全的高标准操作要求，使相关电路切换及电力设备无法在真实场景情况下进行日常操作及演练，无法保证在紧急情况下，相关运行管理人员具备操作及应急处置的能力。

员工的有效培训、演练作为排水泵站安全、稳定、高效运行的基础支撑，必须加以有效保障，本文针对上述问题进行论述，并结合混合现实技术制定了相应的解决方案。

1 排水泵站的电力系统

1.1 排水泵站供电模式

上海市城市排水有限公司石洞口污水输送分公司为社会公共事业单位，根据重要电力用户分类标准属重要电力用户，各下属泵站供电一般采用双电源模式（主供电源、备用电源），本文所论述教学应用是基于10kV高压配电间、380V低压配电间泵站进行构建。

2 排水泵站倒闸操作标准流程

2.1 操作票的制定

①根据操作任务场景制定对应操作票，将所有操作步骤依次填入操作票中；②审查及核对操作票内容，由监护人对操作票进行符合，确保操作票中各项内容准确无误。

2.2 操作前的准备

①模拟操作：通过在数字电路图上进行模拟操作的方式，再次确认倒闸操作的流程准确无误；②验电设备及安全用具检查；③泵站机械设备设施状态检查，确保正常运转、无异常现象。

2.3 倒闸操作执行规范

下述内容应在倒闸操作每一项步骤执行时严格遵守。

2.3.1 高声唱票。在每一项操作前，监护人应高声读出操作项目内容。

2.3.2 高声复诵。在每一项操作前，操作人手指被操作设备并高声复诵操作项目内容。

2.3.3 允许操作。在每一项操作前，监护人听操作人员复诵内容确认无误后，发布“对，执行”命令。

2.3.4 执行操作。操作人听监护人发令后，立即进行对应操作。

2.3.5 设备检查。在每一项操作后，操作人应与监护人一同认真检查已操作设备的状态，确认执行内容与实操符合。

2.3.6 逐项勾票。在每一项操作后，监护人应在操作票步骤对应位置打勾，并与操作人移至下一步骤对应操作设备前。

2.4 问题处置

若出现异常状况，应立即停止操作并举手示意，协同处理问题，若无法处理应停止继续操作，向班组长报告，待问题处理完毕后继续操作。

2.5 操作后检查

检查泵站内各机械设备运行状态是否正常运转、无异常现象。

2.6 记录存档

2.6.1 完成倒闸操作票填写。进行倒闸票完毕信息填写：执行人员签名，执行时间、“已执行”标记等信息。

2.6.2 归档。将倒闸操作票记录表归档存储。

2.6.3 工作记录同步。将倒闸操作事项填写至“运行工作记录表”内。

2.7 汇报

向上级部门汇报倒闸操作完工事项。

3 排水泵站当前倒闸操作教学模式及其特点

3.1 现有教学模式

当前上海市城市排水有限公司石洞口污水输送分公司采用先理论后实操的常态化教学模式进行公司人员的作业培训工作，在大量教学场景中已取得优质的教学成果。

由于各下属泵站内部包含配电间等各类危险作业区域，相关实操技能培训成本高，原有培训体系下的教学模式有较大的提升空间。

4 针对倒闸操作教学模式的改进方向

排水泵站配电系统倒闸操作为危险场所作业，在当前的教学模式下完成相关培训后，受训人员实际能力难以满足倒闸操作作业要求。

如何针对配电系统相关教学内容进行突破，需有效解决下述难题：①电力系统不间断工作性质导致真实工作场景无法演练；②电力系统相关操作的高安全要求；③应急处置相关技能教学。

5 混合现实技术

5.1 新媒体特性

混合现实技术是一种全新的媒体交互工具，在现实世界与虚拟交互的基础上融入了影像、图像、音频、震动、空间等多种信息内容进行协同呈现，此模式突破了传统媒介的技术局限，使得大量新型媒体应用场景成为可能[1]。

5.2 技术特性

5.2.1 成像技术。混合现实头显设备通常采用光学透视技术，将虚拟图像插入在人眼与现实之间，通过视觉采集技术、实时算法，对用户看到的“现实”世界进行定制的叠加适配。

5.2.2 图像采集技术。混合现实可通过头显设备前方微型摄像头实时采集用户所观察的图像信息，并可通过对系统的二次开发，实现图像识别等应用。

5.2.3 手势识别技术。混合现实主要通过头显设备前方微型摄像头实时采集用户手势信息完成各类响应交互，可通过对系统的二次开发，实现与现实场景中相同的手势输入方式，以提高用户的交互体验。

5.2.4 语音输入输出技术。混合现实可通过头显设备输出语音信息，并可实时采集各类语音输入信息，通过此特性，可实现应用的语音媒体输出，并可通过二次开发实现语音识别，流程引导等应用。

5.2.5 震动技术。混合现实可通过头显设备输出震动信息，此特征可通过二次开发实现特殊事项、危险提示、紧急报警等应用场景。

5.3 教学应用特性

5.3.1 情景生动。混合现实所营造的交互环境是由虚拟世界与现实世界融合交叠而成的环境，使人、虚拟、真实三者相融合，构建统一的体验情景。使学生沉浸在虚拟环境中，有效地增强了学习兴趣，学生学习的主动性获得极大提升。

5.3.2 互动深化。混合现实技术的交互性主要体现在人与混合现实场景的交互。依托各类传感技术，用户在体验的过程中能够感知混合现实环境中的画面变化、手势、体感、语音等多方面的实时信息反馈，进而形成了一种自然有效的信息回路。

5.3.3 异地虚实场景交互。混合现实在实现虚拟与现实深度融合的同时，可将不同时空下的场景通过计算机技术进行结合，实现异地虚实场景交互该特征在教育领域将可实现远程指导、协同学习等优质的教学应用模式[2]。

5.4 混合现实技术与倒闸操作实操教学的契合点

混合现实技术构造出倒闸操作现实作业场景与虚拟世界场景适配叠加的受训场景，使操作者在受训时不受真实作业设备限制，可保障泵站配电系统的平稳运转及作业人员的人身安全。

6 混合现实系统应用设计

系统将针对现有配电设备设施实训教学的瓶颈问题，根据配电设备日常控制、故障处置、维护保养等实际操作流程，结合上海市城市排水有限公司石洞口分公司长临泵站低压配电间实际场景，对相关技术：空间定位、图像识别、语音识别、手势识别等进行适配开发，实现场景复刻式教学的目标[3]。

系统可用语音输入、手势识别两种方式选择场景进入实训，并通过图像识别及空间定位将空间模型覆盖于设备前方约半米处，通过手势输入的延伸功能，可保证操作人员与配电柜处于安全距离，并采用引导式教学，告知操作人员当需要操作的元器件名称提示，并于操作完成后给予反馈。

7 应用场景

7.1 认知场景

此场景通过将配电柜设备信息展现，用于操作人员进行元器件识别，通过识别过程熟悉混合现实手势识别交互方式。

7.2 汛期、甲乙两路同时供电线路切换场景

此场景为甲乙两路进线切换甲路进线，场景语音提示：“现收到通知：乙路线路供电局检修，做好供电线路切换”。

7.3 非汛期、常用供电线路切换场景

此场景为甲线供电切换乙线供电，场景语音提示：“泵站例行清扫变压器，需进行供电线路切换”。

7.4 拆泵前后的水泵电源操作场景

此场景为水泵维修需将水泵断电、水泵修复后恢复供电，场景语音提示：“水泵即将维修请将水泵断电”。

7.5 控制柜保养场景

此场景为乙路供电线路设备需保养，场景语音提示：“乙路供电线路设备需保养”。

8 后续应用

排水公司根据实际业务需求，下属各泵站包含雨水防汛泵站、污水输送泵站、合流制泵站、含截流设施的防汛泵站等多类工艺模式，在后续教学应用设计中，应根据各泵站特点制定符合其配电模式的倒闸操作实操教学流程，进而提高排水公司配电系统相关作业人员的技能，稳固加深排水公司各泵站配电系统作业人员的实操处置能力。

9 结束语

基于混合现实技术的排水泵站倒闸操作安全教学系统于上海城市排水有限公司石洞口分公司长临泵站建立与试验成功，实现了优质的教学成果，通过各场景实操教学的作业人员，在不影响实际生产效率的前提下，其实操技能掌握时间有效减少，在配电系统场景认知、设备应用方面的综合能力获得提升，弥补了原有教学模式中“重理论，轻实践”的教学短板，通过应用混合现实技术的新解决方案，教学内容、教学质量成功提高。

此次混合现实应用的成功实践，间接推动了上海城市排水有限公司石洞口分公司的教学模式改革，从实际角度助力上海城市排水有限公司石洞口分公司安全生产、提质增效的稳态化进行。