VR技術在直流斷路器作業上的應用

翁洪志 李興 左干清 古智鵬 胡蘊斌

摘 要：隨著科學技術的快速發展，近年來我國虛擬現實（VR）技術發展迅速，VR技術在我國各領域的應用也因此日漸廣泛化，相關研究的大量涌現便證明了VR技術具備的較高應用價值。為此，簡單分析了基于VR技術的檢修培訓實現路徑，并深入探討了VR技術在直流斷路器作業上的具體應用，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：VR技術;直流斷路器;檢修培訓;監控

中圖分類號：TP391

文獻標志碼：A

文章編號：1007-757X（2020）11-0150-04

Abstract：With the rapid development of science and technology， in recent years， virtual reality （VR） technology has developed rapidlyin China， and the application of VR technology in various fields has become increasingly widespread. The emergence of relevant research has proved that VR technology has higher value. Thus， this paper briefly analyzes the implementation path of maintenance training based on VR technology， and deeply discusses the specific application of VR technology in DC circuit breaker operation， hoping to bring some inspiration to relevant industry insiders.

Key words：VR technology;DC circuit breaker;maintenance training;monitoring

0?引言

近年來VR技術在我國電力領域的應用日漸廣泛化，如基于VR技術的電力設備監控、線路巡線、電網規劃、電力營銷、仿真培訓等，由此可見VR技術在我國電力領域的應用價值，而為了更好發揮VR技術優勢、保證其更好服務于直流斷路器作業，正是本文圍繞VR技術在直流斷路器作業上應用開展具體研究的原因所在。

1?基于VR技術的檢修培訓實現路徑

基于VR技術的電力檢修培訓屬于VR技術在我國直流斷路器作業上的最典型應用，這類培訓的實現需通過VR技術構建電力仿真培訓系統，本文便建立了具備場景漫游和切換、任務向導、城市地圖、網絡考核、學習幫助、系統設置、自由練習、自主考核等功能的系統，系統的具體構建如下所示。

1.1?模型構建

近年來國內外涌現了大量基于VR技術的電力仿真培訓系統，但為了滿足直流斷路器作業需要，本文研究系統主要培訓目標為減少習慣性違規操作、提高現場操作的規范性和標準性、加強電力人員對現場運行工況的了解程度、降低安全事故發生幾率、提高故障和事故的處理效率，因此培訓的內容必須包含直流斷路器作業相關的理論知識、操作規劃、安全規程、操作技能，以此通過VR技術為電力人員帶來現場情境感受和培訓過程中的學習體驗，因此本文研究構建了基于VR技術的體驗性游戲模型，如圖1所示。

該模型屬于游戲設計與體驗學習理論有機結合的過程模型，基于該模型實現的檢修培訓仿真需基于VR技術提供盡可能真實的現場體驗[1-5]。

基于VR技術的體驗性游戲模型仿真檢修培訓可細分為四個環節，即任務界定和選擇、設定學習計劃、仿真操作體驗以及學習結果評價，前3個環節為認知環節，最后一個環節屬于評價與反饋環節。體驗性游戲模型的動態變化驅動力為任務，任務同時也是接收培訓電力人員的學習內容載體和培訓目標，為保證操作任務的描述與直流斷路器作業實際現場操作下達的任務表述方式一致，任務需由操作內容、操作設備名稱、目標狀態、電氣狀態等內容組成。

基于VR技術的直流斷路器作業檢修培訓流程可描述為：“任務選擇→學習計劃設定→仿真操作體驗→引導初步形成解決方案→了解任務完成的方法和步驟→任務練習→培訓評價→針對性提供任務→循環→提升電力人員直流斷路器作業水平”，如圖2所示。

培訓的關鍵內容如下：（1）任務選擇。接受培訓的電力人員需要結合直流斷路器作業實際、自身實際業務水平針對性選擇學習任務，通過內在認知辨析，電力人員即可針對性反思自身在直流斷路器作業中存在的不足。（2）學習計劃設定。結合電力人員的針對性任務選擇，即可形成由完成時間、任務難度、任務數量以及任務項目組成的任務集，結合實際針對性選擇不同形式的培訓方式、培訓環節。（3）仿真操作體驗。該環節屬于VR技術下直流斷路器作業檢修培訓的核心所在，該環節主要通過搭建虛擬操作體驗場景實進行任務的模擬操作體驗，在任務認知和任務辨析過程中，體驗性游戲模型中的思維循環得到了較好貫徹。（4）引導初步形成解決方案。基于VR技術的培訓系統可結合任務自動生成反映任務的情境，受訓電力人員可采用類似于游戲的方式操縱人物角色在虛擬配電運行場景中自由漫游，并以此感知問題情境，通過不斷的思維醞釀、對白形式的培訓任務描述，受訓人員即可更深入了解任務并在腦海中初步形成解決方案。（5）了解任務完成的方法和步驟。在初步形成解決方案后，受訓電力人員需仔細觀察虛擬問題情境。以此根據直流斷路器作業相關現場情境、初始狀態、相關約束進一步明確完成任務的方法，這里的相關約束指的是電力連接約束以及安全規程、操作規范。這一過程中基于VR技術的培訓系統會提供電氣接線圖及小地圖，以此保證受訓電力人員更為直觀、快速的了解情境及任務，配合視頻、動畫等多媒體形式，即可保證所有電力受訓人員均能夠最終明確完成任務的步驟和方法。（6）任務練習。在明確任務的解決方案和完成過程后，基于VR技術的培訓系統將從第三人稱轉化為第一人稱，配合對話框及語音提示，受訓電力人員便需要進行交互練習完成直流斷路器作業任務。仿真作業任務的開展需嚴格遵循設備機械閉鎖約束、電氣連接約束、操作規程、作業規范要求，如電力人員的操作出現問題，系統將自動進行水面與評價，由此即可有效豐富其經營與知識。配合安全規程知識、相關技術規范知識的針對性考核，受訓人員對直流斷路器作業的理解和視覺操作技能掌握水平均可實現長足提升。（7）培訓評價。在受訓人員完成每個任務的仿真操作體驗后，培訓系統會根據其使用幫助功能次數、操作時長、操作行為正確率等指標對其進行自動評價，采用100分制，由此受培訓電力人員對直流斷路器作業操作相關技能的認知程度即可得到較好量化，配合量化結果，后續培訓的開展也能夠獲得依據。（8）針對性提供任務。結合量化評價結果，系統可實現任務的動態調整，受訓電力人員的知識經驗及崗位技能水平可與任務實現更好匹配，并使其進入流體驗狀態，配合灰色白化權函數聚類評價方法自動調整任務內容與難度，即可進一步提升培訓的有效性[6-10]。

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（收稿日期：2019.07.06）