新型電力安全培訓中網絡通信與數據連接技術研究

楊利 張哲 段君軒 詩領 張思遠 謝營

摘 要：電力安全培訓在保證電力行業安全方面的作用愈來愈重要，將新型電力安全培訓方式與教考培訓相結合可以有效改善傳統電力教考方式的缺陷。該文提出了一種基于安全事例的虛實結合體驗和移動終端電力知識汲取相結合的新型電力安全培訓手段。首先，對移動終端培訓系統的網絡通信和虛擬現實仿真培訓系統中的交互技術進行分析。之后分別對兩種培訓方法的數據連接技術進行闡述。這兩種培訓方法相結合的新型電力安全培訓系統可以更好地提高學員的安全意識和作業技能，對傳統的電力安全培訓模式具有一定的示范意義。

關鍵詞：電力安全培訓 虛擬現實 網絡通信 數據連接

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0061-02

隨著電力行業的飛速發展，違規操作導致電力安全事故發生的概率越來越大。違規操作不僅會損傷設備和發生人身事故，還會威脅電網的穩定運行。為保障電力系統的安全可靠，在完善電網結構同時，還需提高電力工作者的安全意識和職業技能。所以，電力安全培訓作用日益趨重。目前，在我國電力安全培訓方面，大部分單位仍然采用考教結合方式進行，但該培訓方式存在一定的限制性，因此有必要開拓更加安全有效的培訓模式。

當下現代網絡技術發展日新月異，移動終端設備和虛擬現實仿真技術的應用日益成熟，在兩種新型技術基礎上發展一套基于安全事例的虛實結合體驗式和隨時隨地進行移動終端電力知識汲取相結合的新型電力安全培訓可以極大改善傳統培訓形式的缺陷。新型電力安全培訓系統中學員與服務器的網絡通信方式和數據訪問是兩個關鍵技術問題，有必要進行詳細研究。

1 網絡通信與交互技術

1.1 網絡通信

網絡通信系統是移動終端設備與后臺培訓教學服務器管理系統之間進行通信和交互的中間接口。可以完成信息初始化、培訓任務下載、培訓成果上傳到服務器的數據通信功能。目前流行數據網絡通信主要有以下兩種方式。

（1）局域網。遠程數據訪問不僅可以與服務器數據庫進行通訊，而且可將這些數據存儲在移動端數據庫中。可以直接讀取移動終端中數據庫的數據并進行相應的操作。另外，移動終端還能通過URL指定一個方法名并發出請求，站點接收到請求之后根傳輸參數進行相應處理，并將結果返回移動終端。

（2）無線通信技術。GPRS是一種基于移動通信系統的網絡，主要功能是為用戶提供高速分組數據。其特點有：頻譜效率高、傳輸速率高、接入時間短、支持IP協議以及網絡安全性高等。還可以選擇使用USB技術，即具有快速、雙向同步傳輸、廉價并可以進行即插即用等特點的串行接口，有穩定性高、速度快和可靠性好的優點。而綜合應用GPRS、USB和Wi-Fi等多種傳輸方法，并與聯合檢測相結合可大大提高傳輸容量。

參與培訓學員通過移動終端導航功能快速進行相關項目的學習，提高培訓學習的響應速度，便于合理安排自主學習時間；當遇到技術難題時，還可以通過移動終端與相關專家進行遠程交互。綜上所述，將平板電腦、手機等移動終端應用于電力安全培訓業務，可以提升電網安全培訓水平。其中，教學服務器位于電力內網，移動終端位于移動通信公司與電力公司的虛擬專用網絡，移動終端和培訓教學服務器通過安全接入平臺進行信息交互，移動終端與非移動終端相結合的網絡通信方式如圖1所示。

1.2 虛擬現實仿真中交互技術

虛擬現實技術交互就是指人與虛擬世界的信息交換，體現了虛擬現實仿真技術的人性化和智能化。目前，虛擬現實仿真多采用多通道交互手段，它是基于人體自身的多通道特點，通過學員使用手勢、聲音、甚至面部動作等作為輸入信號，輸出人體的感官感受包括視覺、聽覺、味覺、感觸等使學員獲得逼真的體驗。人機交互技術實現主要通過三維交互設備，以自然的方式在虛擬世界中直接進行交互操作，這種交互方式需要硬件的支持，對用戶的操作要求較高。主要的幾種三維人機交互設備如下。

（1）風險觸發體驗裝置。該裝置對培訓人員在虛擬作業過程中的風險觸發的事故后果進行模擬，在保證培訓人員人身安全的前提下，以某些的物理反應刺激培訓人員進行事故后果的體驗。可以采用市面上4D影院中廣泛采用的動感座椅，進行定制加工，實現系統對事故現象的模擬。

（2）光纖數據手套。參與培訓學員采用數據手套及傳感器通過虛擬現實支撐平臺信息傳遞，對作業過程及風險作業項目進行處理。該手套采用光纖傳感器，保證手指與傳感器之間的信息有效傳遞，不僅需要具有較高的精確性，還需具備佩戴舒適、簡單易用、超高的數據質量、較低的交叉關聯以及完美的驅動程序等特點。

（3）三維空間位置追蹤器。位置追蹤器將交互控制系統與虛擬作業場景進行實時交互。應用位置追蹤系統可以通過對數據手套的空間坐標采集，控制虛擬作業人員在虛擬場景下的手部位置。每個位置追蹤接收器可方便對作業人員頭部、關節動作進行方位跟蹤，不應產生延遲現象，所有動作需要被快速、可靠地記錄下來。

（4）頭盔式立體顯示器。采用包圍式的立體顯示技術設備，可以讓學員很好的將自己投射到虛擬空間中。主要分主動與被動立體顯示技術，這兩種技術主要的產品代表分別是頭盔式立體顯示器與偏振式立體投影系統。目前頭盔式立體顯示器廣泛采用LOCS或OLED顯示技術，完全滿足電力安全培訓的要求，綜合考慮成像效果和成本等因素，建議采用便攜頭盔式顯示器。

2 數據連接技術

2.1 移動終端的數據連接技術

基于移動終端的電力安全培訓系統數據庫采用Microsoft SQL Server 2005 Mobile。該數據庫適用于快速開發應用系統，具有緊湊型的特點，支持在移動設備上管理大量數據。通過支持SQL語法，確保能夠將SQL Server 2005 Mobile輕松的集成到現有培訓系統中。遠程數據訪問功能確保SQLServer數據庫中的數據可靠地傳送，而所需內存及系統資源很少，這在移動設備上的應用非常有利。

針對電力安全培訓系統開發的移動終端建議采用MicrosoftVisualStudio 2010開發。開發工具VisualStudio 2010完善了數據訪問模型、改進了ADO.NET技術等，并且增加了多種新的數據訪問控件。尤其是數據訪問控件中的數據源控件，結合了連接到數據源、使用SQL語句、獲取和管理數據等功能，可從不同數據源獲取數據。因此，利用數據訪問控件強大的功能及設計時支持，幾乎能夠實現不編寫代碼就完成檢索和綁定數據。數據綁定控件則主要用于實現數據記錄、顯示、編輯、分頁和將數據層化顯示為菜單結構等功能。

2.2 虛擬現實培訓系統的數據連接

虛擬現實仿真技術采用三維游戲引擎Torque，該引擎并不支持SQL Server 數據庫連接。可以將該引擎向虛擬現實方面改造來使其適用于開發三維電力虛擬現實培訓系統。把連接數據庫的功能加進引擎源代碼后對引擎進行再次編譯，達到通過腳本文件，指定數據庫類型、連接地址、帳號、用戶名、密碼等，就可以連接數據庫，對SQL Server數據庫進行讀取、修改、添加、刪除等操作。

教師通過虛實結合交互系統與學員進行溝通，根據培訓學員的需求，最后確定培訓目標和培訓計劃。參與培訓學員通過培訓中心的基礎知識、法律法規模塊、安全操作流程、工具演示和架線與線路維護3D效果虛擬環境操作演示來達到培訓效果。在培訓過程中，學員可通過交互系統與教師、專家進行交流，咨詢疑難問題，教師通過學員的操作記錄進行跟蹤以及參照實際操作評分標準數據庫對試題和實際操作進行評定，形成學員培訓的最后成績，具體的數據。虛擬現實電力安全培訓系統的數據連接結構圖如2所示。

3 結語

該文主要研究一種虛實結合和隨時隨地進行移動終端電力知識汲取相結合的新型電力安全培訓系統。基于移動終端的電力安全培訓系統，采用局域網和無線通信技術，配合非移動終端手段完成與教學服務器的通信。為保證移動終端與服務器的數據有效連接，采用Microsoft Visual Studio 2010進行客戶端開發，充分考慮使用數據源和數據綁定控件兩大控件。虛擬現實技術交互采用多種手段，通過人性和智能化的三維交互設備實現。而其所使用引擎Torque需向虛擬現實方面改造以適用于三維電力虛擬現實培訓系統開發。

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