基于VR+的變電運維培訓系統設計研究

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提出了更高的要求。虛擬現實作為前沿技術，為培訓方式的變革帶來了新的契機。本文將VR技術、大數據技術引入培訓工作，設計并建立一個基于VR、大數據平臺的變電運維培訓系統。該系統可可提供培訓者的“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劃，建設一支高水平變電運維人才隊伍。

關鍵詞：虛擬現實技術 變電運維 培訓系統

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

調研發現，陜西系統變電運維崗位人員數量較多，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，培訓需求人員基數大。同時，目前的變電運維培訓多以平面仿真系統培訓為主，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，與工作現場有著明顯的差異。

1.2 虛擬現實（VR）技術發展

VR技術以構造虛擬現實環境為基礎，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虛擬現實環境之中。在這種環境中，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 構建大數據培訓平臺的普遍要求

當前的培訓模式下，無法依據培訓數據對培訓者進行全方位分析。本培訓系統具有培訓大數據分析功能，使用數據挖掘等方法，實現信息的有效提取、分析。同時，該系統還可參考變電運維崗位評價標準對培訓者進行綜合素質測評，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 引用虛擬現實技術

將虛擬現實技術應用到變電運維崗位培訓過程中，還原生產現場工作場景，提升了展示效果，實現了變電運維人員沉浸式培訓體驗。同時打破了傳統培訓的時間、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，充分考慮學員創新精神和動手能力。統一VR編輯器，建立云端海量共享資源素材庫，為培訓師、學員提供自由發揮的空間，激發培訓者興趣，努力把學習者轉變為創造者。

2.3 構建培訓大數據中心

運用大數據管理技術，構建培訓大數據中心，為培訓管理提供統一權威數據源，實現培訓數據信息共享。系統相關數據通過統一規則存儲在培訓大數據中心，保證了數據的獨立性、可靠性、安全性和完整性，減少了數據冗余，有效提高了數據獲取效率及共享水平，并可對這些數據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 培訓系統設計

根據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，主要包括VR環境下的模擬操作系統、培訓考核系統以及基于大數據的數據分析系統三部分，以期對變電運維人員的綜合能力進行培訓、考核、分析。系統操作涵蓋變電運維專業的設備巡檢、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整。引擎系統能夠管理系統中所有資源的接口，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，模擬操作環境還可以通過設置，將設備的安全操作規范、注意事項等以文字、圖像的方式呈現在學員眼前，說明并引導學員進行操作。除此之外，充分考慮培養學員創新精神和動手能力，統一VR編輯器，建立云端海量資源素材庫，為培訓師、學員提供自由發揮的空間，把學習者轉變為創造者，具有一定的前瞻性。

3.2 系統環境

軟件環境。包括培訓平臺、VR編輯器、VR資源庫、數據庫系統等。

硬件環境。包括VR頭戴顯示設備、振動手套、主機、網絡設備等。

3.3 系統構成

模擬操作系統。主要建立了一個包含3D動畫、聲音以及振動的虛擬環境系統，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出來。培訓者進行培訓時可根據自身需要選擇某個完整操作過程或單個操作步驟，并根據實際情況選擇系統會進行各類提示，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。建立在模擬操作系統上，所呈現出來的也是不同設備元件動作畫面的組合，只是不會出現各類提示信息，此模塊用于對操作人員的考核。系統會檢查和記錄操作的正確性。考核完畢后出具考核分數、錯誤操作的步驟，并再現錯誤操作的動作畫面以加深考核人員的印象。同時，也可以在系統中設置故障點，讓學員在虛擬環境中巡視故障點，最后根據找到故障點的數量進行評價。

數據分析系統。是該系統的核心部分，它可以詳細記錄培訓者培訓數據，通過大數據服務器分析給出考核結果。同時可與其他培訓系統進行深度集成，例如可與現有的變電仿真基地系統數據共享，通過多個系統數據的匯總、挖掘，最終可以實現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

本系統從變電運維崗位實際需要出發，提出了以VR技術為界面，以大數據平臺為基礎的變電運維培訓系統，可以有效提升員工技能。同時培訓數據分析結果可以輔助公司人資部進行培訓計劃的合理安排，并協助地市公司根據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、大數據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，對電力系統向自動化、智能化、可靠化發展起到積極的推動作用。

參考文獻

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