基于VR+的變電運維培訓系統(tǒng)設計研究

譚泊++王玲++林峰++馬藝聞?+任韻潔+?張一哲

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.019

摘 要：變電站智能化的深入、新能源設備的不斷接入，對變電運維人員的綜合素質(zhì)提出了更高的要求。虛擬現(xiàn)實作為前沿技術，為培訓方式的變革帶來了新的契機。本文將VR技術、大數(shù)據(jù)技術引入培訓工作，設計并建立一個基于VR、大數(shù)據(jù)平臺的變電運維培訓系統(tǒng)。該系統(tǒng)可可提供培訓者的“診斷書”，為公司人資部、地市公司以及培訓者個人提供培訓規(guī)劃，建設一支高水平變電運維人才隊伍。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術 變電運維 培訓系統(tǒng)

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0019-02

1 項目背景

1.1 變電運維實際培訓需要

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，陜西系統(tǒng)變電運維崗位人員數(shù)量較多，達到近2300余人，其中330kv及以上運行人員1100余人，110kv及以下1200余人，培訓需求人員基數(shù)大。同時，目前的變電運維培訓多以平面仿真系統(tǒng)培訓為主，操作人員只能通過軟件對一二次設備進行感官認識，無法體會實物操作過程，與工作現(xiàn)場有著明顯的差異。

1.2 虛擬現(xiàn)實（VR）技術發(fā)展

VR技術以構造虛擬現(xiàn)實環(huán)境為基礎，大大提高了變電站場景的真實感、沉浸感和可交互性，可以讓學員身臨其境地置身于各種真實、復雜、難度不一的電力生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實環(huán)境之中。在這種環(huán)境中，學員不僅可以大膽嘗試各種實際操作，更為重要的是，當學員因誤操作而導致事故時，VR技術也可相應給出視覺、聽覺、體感上的“小刺激”。

1.3 構建大數(shù)據(jù)培訓平臺的普遍要求

當前的培訓模式下，無法依據(jù)培訓數(shù)據(jù)對培訓者進行全方位分析。本培訓系統(tǒng)具有培訓大數(shù)據(jù)分析功能，使用數(shù)據(jù)挖掘等方法，實現(xiàn)信息的有效提取、分析。同時，該系統(tǒng)還可參考變電運維崗位評價標準對培訓者進行綜合素質(zhì)測評，為公司人資部編制培訓計劃，地市公司崗位人員安排以及培訓人員安排給出建議。

2 項目概述

VR技術是融合眾多的視、聽、觸信息，以3D模擬的形式展現(xiàn)給使用者。將VR技術引入變電運維崗位培訓中來，通過人機交互技術以及觸覺反饋技術，受訓者在虛擬空間中進行模擬操作，以安全的、有良好視覺效果的和人機互動的方式身臨其境，使得培訓效果大大提高。

2.1 引用虛擬現(xiàn)實技術

將虛擬現(xiàn)實技術應用到變電運維崗位培訓過程中，還原生產(chǎn)現(xiàn)場工作場景，提升了展示效果，實現(xiàn)了變電運維人員沉浸式培訓體驗。同時打破了傳統(tǒng)培訓的時間、空間限制，培訓者使用設備可在任意地點、任意時刻進行培訓，縮短培訓周期，有效地解放了培訓師以及培訓者時間，提升了培訓效率，節(jié)約了培訓成本。

2.2 共享資源素材

構建出變電運維崗位人員崗位勝任能力模型，充分考慮學員創(chuàng)新精神和動手能力。統(tǒng)一VR編輯器，建立云端海量共享資源素材庫，為培訓師、學員提供自由發(fā)揮的空間，激發(fā)培訓者興趣，努力把學習者轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造者。

2.3 構建培訓大數(shù)據(jù)中心

運用大數(shù)據(jù)管理技術，構建培訓大數(shù)據(jù)中心，為培訓管理提供統(tǒng)一權威數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)培訓數(shù)據(jù)信息共享。系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一規(guī)則存儲在培訓大數(shù)據(jù)中心，保證了數(shù)據(jù)的獨立性、可靠性、安全性和完整性，減少了數(shù)據(jù)冗余，有效提高了數(shù)據(jù)獲取效率及共享水平，并可對這些數(shù)據(jù)進行充分挖掘和應用，為培訓效果分析、培訓計劃安排以及變電運維崗位人員勝任能力評價奠定了堅實基礎。

3 培訓系統(tǒng)設計

根據(jù)變電運維崗位典型工作任務，構建VR技術的變電運維培訓系統(tǒng)，主要包括VR環(huán)境下的模擬操作系統(tǒng)、培訓考核系統(tǒng)以及基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)三部分，以期對變電運維人員的綜合能力進行培訓、考核、分析。系統(tǒng)操作涵蓋變電運維專業(yè)的設備巡檢、倒閘操作、異常及故障處理等標準化培訓教學流程。

3.1 設計理念

基于VR+的變電運維培訓系統(tǒng)具備可視化管理界面，設計人員可以通過“所見即所得”的方式對虛擬場景進行設計和調(diào)整。引擎系統(tǒng)能夠管理系統(tǒng)中所有資源的接口，允許設計人員能夠針對特定需求設計和添加功能模塊。同時，模擬操作環(huán)境還可以通過設置，將設備的安全操作規(guī)范、注意事項等以文字、圖像的方式呈現(xiàn)在學員眼前，說明并引導學員進行操作。除此之外，充分考慮培養(yǎng)學員創(chuàng)新精神和動手能力，統(tǒng)一VR編輯器，建立云端海量資源素材庫，為培訓師、學員提供自由發(fā)揮的空間，把學習者轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造者，具有一定的前瞻性。

3.2 系統(tǒng)環(huán)境

軟件環(huán)境。包括培訓平臺、VR編輯器、VR資源庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。

硬件環(huán)境。包括VR頭戴顯示設備、振動手套、主機、網(wǎng)絡設備等。

3.3 系統(tǒng)構成

模擬操作系統(tǒng)。主要建立了一個包含3D動畫、聲音以及振動的虛擬環(huán)境系統(tǒng)，可通過視覺、聽覺、觸覺等形式反饋給操作人員。支持操作人員進行交互式的模擬操作訓練，將操作過程和結果通過仿真動畫的形式可視化地呈現(xiàn)出來。培訓者進行培訓時可根據(jù)自身需要選擇某個完整操作過程或單個操作步驟，并根據(jù)實際情況選擇系統(tǒng)會進行各類提示，同時看到設備的動作過程，包括聲、光以及誤操作后的場景。

培訓考核系統(tǒng)。建立在模擬操作系統(tǒng)上，所呈現(xiàn)出來的也是不同設備元件動作畫面的組合，只是不會出現(xiàn)各類提示信息，此模塊用于對操作人員的考核。系統(tǒng)會檢查和記錄操作的正確性。考核完畢后出具考核分數(shù)、錯誤操作的步驟，并再現(xiàn)錯誤操作的動作畫面以加深考核人員的印象。同時，也可以在系統(tǒng)中設置故障點，讓學員在虛擬環(huán)境中巡視故障點，最后根據(jù)找到故障點的數(shù)量進行評價。

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。是該系統(tǒng)的核心部分，它可以詳細記錄培訓者培訓數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)服務器分析給出考核結果。同時可與其他培訓系統(tǒng)進行深度集成，例如可與現(xiàn)有的變電仿真基地系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，通過多個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯總、挖掘，最終可以實現(xiàn)對培訓者進行綜合測評，給出測評結果，供公司人資部以及各地市公司參考。

4 結語

本系統(tǒng)從變電運維崗位實際需要出發(fā)，提出了以VR技術為界面，以大數(shù)據(jù)平臺為基礎的變電運維培訓系統(tǒng)，可以有效提升員工技能。同時培訓數(shù)據(jù)分析結果可以輔助公司人資部進行培訓計劃的合理安排，并協(xié)助地市公司根據(jù)培訓者考核情況進行工作安排，提升管理效率和效能。本系統(tǒng)功能完善，擴展性強，便于推廣應用到其他技能崗位培訓中，從培訓效果、安全保障、推廣應用等多角度考量，基于VR、大數(shù)據(jù)技術的變電運維培訓是一種低成本、高效率、安全可靠的培訓方式，具有極大的應用前景和價值，對電力系統(tǒng)向自動化、智能化、可靠化發(fā)展起到積極的推動作用。

參考文獻

[1] 褚晶瑩.基于UNITY3D技術的VR展臺的設計與實現(xiàn)[D].吉林大學，2016.

[2] 王海榮.虛擬現(xiàn)實技術研究與系統(tǒng)實現(xiàn)[J].微計算機信息，2011（5）：210-212.

[3] 王鑫，王麗曄，邵辰飛.基于虛擬現(xiàn)實（VR）技術的電力統(tǒng)一監(jiān)控平臺[J].電子技術與軟件工程，2014（18）：183-184.

[4] 魯強，孔英會，賈俊敏.VR技術及其在電力仿真培訓系統(tǒng)中的應用[J].湖南電力，2004（1）：36-39.endprint