輸電線路帶電作業跨二短三進入等電位VR實訓裝置的研究

徐州市供電分公司輸電運檢中心 孫 鋒

1 引文

隨著電力系統的發展，輸電線路帶電作業的安全和高效性越來越受到關注。而跨二短三進入等電位是帶電作業中的常規操作，然而這些操作存在一定的風險和挑戰。為了提高帶電作業人員的技能水平和作業效率，降低事故發生的概率，研究開發了跨二短三進入等電位VR實訓裝置。本文旨在詳細介紹該裝置的工作原理、組成部分和關鍵技術，分析其應用價值和功能應用，以期為輸電線路帶電作業提供一種安全、真實的訓練環境。

2 跨二短三進入等電位VR實訓裝置概述

2.1 工作原理

跨二短三進入等電位VR實訓裝置的工作原理基于虛擬現實技術，結合實體絕緣子串模擬裝置、VR無線版頭戴式顯示裝置、定位器和追蹤器等組成[1]。

體驗人員穿戴安全防護措施和VR無線版頭戴式顯示裝置，完成裝置的配置。進入虛擬現實世界后，體驗人員可以看到和操作虛擬手和腳。在該虛擬環境中，體驗者可以根據系統指引，學習和練習跨二短三進入等電位操作方法和注意事項。該裝置提供了一個真實且安全的訓練環境，使帶電作業人員可以不斷練習和學習，提高操作技能和注意事項的清晰度。

2.2 跨二短三進入等電位VR實訓裝置的組成部分

本VR實訓裝置為虛擬現實單人體驗裝置，由實體絕緣子串模擬裝置、VR無線版頭戴式顯示裝置、定位器、追蹤器組成，如圖1～圖4所示。進行培訓前需要穿戴相關裝備。

圖1 實體絕緣子串模擬裝置

圖2 VR無線版頭戴式顯示裝置

圖3 定位器

圖4 追蹤器

2.3 關鍵技術

跨二短三進入等電位VR實訓裝置的關鍵技術包括光學定位及6DOF技術、模型與動畫技術、語音交互技術以及精準追蹤技術。光學定位及6DOF技術使用光學傳感器等設備記錄帶電作業人員在現實環境中的位置和動作，并將其輸入虛擬現實系統中，實現絕緣子串模型在虛擬環境中的定位和對應。同時，6DOF技術精確追蹤帶電人員的頭部和手部位置和姿態，使得體驗者能夠在虛擬環境中準確觀察和操作絕緣子串模型[2]。

模型與動畫技術通過三維建模技術將真實的帶電作業場景和設備模型轉化為虛擬現實場景中的模型。利用動畫技術和場景編排，精細地模擬帶電作業過程中的各個步驟和動作，使體驗者在虛擬環境中逼真地感受和學習跨二短三法進入等電位的操作過程。

精準追蹤技術通過追蹤器固定在手腕和腳踝處，精準捕捉帶電作業人員的雙手和雙腳位置和姿態，在虛擬環境中實時與實體耐張雙聯絕緣子串進行交互。

3 跨二短三進入等電位VR實訓裝置的應用價值

3.1 提供真實性訓練環境

跨二短三進入等電位VR實訓裝置為用戶提供了一個高度真實的訓練環境。傳統的訓練方法可能存在許多限制，如現場訓練的空間限制、設備和場景的限制等。而使用VR實訓裝置，學員可以在一個模擬的虛擬環境中進行訓練，模擬真實的操作場景和工作情況。這將使學員能夠更好地理解和掌握復雜的操作流程和技能，提高學員在實際工作中的適應能力。

3.2 減少帶電作業事故風險

帶電作業事故是一個非常嚴重的問題，可能導致人身傷害和設備損壞。使用跨二短三進入等電位VR實訓裝置，可以有效地減少帶電作業事故的風險。在虛擬環境中進行訓練，學員可以學習正確的操作技巧和安全規范，而不必面臨實際的電流和電壓。這樣可以提供一個安全的訓練環境，讓學員能夠在沉浸式場景中學習，從而更好地掌握帶電作業的技能[3]。

3.3 提高操作技能和效率

跨二短三進入等電位VR實訓裝置可以幫助學員提高操作技能和效率。在虛擬環境中，學員可以反復練習和試驗，不受時間和空間的限制。可以通過模擬操作來熟悉設備和流程，并在沒有真實風險的情況下進行自我優化。

3.4 降低培訓成本和時間

傳統的帶電作業培訓需要大量的設備、場地和人工成本。而跨二短三進入等電位VR實訓裝置可以幫助降低這些成本。虛擬環境中的設備和場景可以通過模擬替代真實設備和場景，降低了實際設備的購買和維護成本。虛擬實訓可以隨時隨地進行，不受時間和空間的限制，節省了學員和培訓師的時間成本。由于虛擬實訓可以根據學員的進度和需求進行個性化調整，因此可以更有效地利用培訓資源，增強培訓效果。

4 輸電線路帶電作業跨二短三進入等電位VR實訓裝置的功能應用

4.1 VR虛擬場景的設計和模擬

4.1.1 輸電線路模擬和場景設置

在跨二短三進入等電位VR實訓裝置中，輸電線路模擬和場景設置是關鍵的功能應用之一。通過精確的3D建模和模擬技術，可以在虛擬環境中模擬復雜的輸電線路情景，并進行場景設置。

輸電線路模擬是通過準確的尺寸、形狀和材質參數來建立輸電線路模型。這些模型包括輸電塔、絕緣子、導線等要素，以準確地再現真實的輸電線路。通過細致的線路模擬，學員可以在虛擬環境中操作和練習，以更好地理解和掌握真實輸電線路的特性和工作流程。

場景設置是根據不同的訓練需求來建立不同的工作場景。在輸電線路帶電作業中，會有不同的工作條件和環境，如線路高度、安全間距、氣候條件等。通過VR技術，可以設計和模擬不同的場景，以使學員能夠在虛擬環境中適應各種情況，并作出正確的決策和操作。

4.1.2 支撐結構和設備模型的建立

在跨二短三進入等電位VR實訓裝置中，支撐結構和設備模型的建立是另一個重要的功能應用。支撐結構包括輸電塔、絕緣子串、橫擔等，而設備模型包括絕緣抱箍、導線夾等。

支撐結構的建立涉及建模技術和材質參數的設置。通過精確的建模，可以準確地再現真實的支撐結構，包括其形狀、尺寸和材質特性。這樣的模型可以用于虛擬場景中的操作和練習，讓學員熟悉不同的支撐結構，掌握正確的操作方法。

設備模型的建立包括絕緣抱箍、導線夾等各種設備元素的建模。這些設備模型也需要根據實際參數進行準確地建模，以確保其外觀和運動模擬的真實性。在虛擬環境中，學員可以與這些設備進行交互，學習正確的安裝和使用方法。

4.2 動態行為模擬和交互設計

一是安全操作培訓。安全操作培訓是確保高空作業人員安全工作的關鍵，為了提高作業人員的安全意識和技能水平，虛擬訓練裝置被廣泛應用于培訓過程中，此實訓裝置能夠模擬各種跨越絕緣子的情況，包括不同高度、不同距離和不同角度。在虛擬環境中進行訓練，作業人員可以學習正確的姿勢、操作技巧和安全規范，從而避免意外事故的發生。通過這種模擬訓練，作業人員可以獲得真實的實戰體驗，提高他們在實際作業中的表現和應對突發事件的能力。

二是實戰模擬訓練。在虛擬環境中，作業人員可以進行實戰模擬訓練，包括選擇正確的工具和設備，并正確地使用這些設備進行跨越操作；在實戰模擬訓練過程中，作業人員可以面對各種實際場景的模擬。例如，不同高度、不同角度的跨越絕緣子操作，其可以根據特定情況選擇最合適的工具和設備，并在虛擬環境中進行操作訓練。虛擬環境提供了反饋和評估機制，作業人員可以通過觀察自己的操作表現和結果來改進和調整自己的技巧。

三是高風險情景模擬。通過高風險情景模擬訓練，作業人員可以學習如何在極端條件下保持冷靜，并采取正確的措施來處理突發情況，其可以學會判斷情況的緊急程度，選擇適當的行動方案，以確保自身和他人的安全。例如，在強風情況下，作業人員需要學習如何正確固定自己和工具，以避免被風吹走或產生危險。在不穩定的支撐桿情況下，作業人員需要學習如何判斷支撐桿的穩定性，并采取相應的安全措施，高風險情景模擬訓練不僅提高了作業人員的技能水平，還增強了他們的應變能力和決策能力。

4.3 安全措施和錯誤反饋機制

4.3.1 安全警示和預警設計

一是警示標識和標志。實訓裝置可以在虛擬環境中設置警示標識和標志，如高壓警示標志、禁止通行標志等，提醒作業人員注意潛在的危險和風險區域。

二是聲光警示。裝置可以模擬各種聲音和光線效果，如警報聲、閃光燈等，用于提醒作業人員注意特定的安全情況和緊急事件。

三是虛擬警示線。實訓裝置可以在虛擬環境中繪制虛擬的警示線，用于標識高壓線路的范圍和危險區域，以提醒作業人員保持安全距離。

4.3.2 錯誤行為的反饋和提示

在輸電線路帶電作業中，錯誤行為可能導致嚴重的后果。為了糾正錯誤行為并提高作業人員的操作水平，等電位VR實訓裝置應該具備錯誤行為的反饋和提示的功能應用。以下是該功能在實訓裝置中的應用。

一是實時行為監測。實訓裝置通過傳感器和攝像頭等設備，實時監測作業人員的行為和動作。一旦發現錯誤的操作或不安全的行為，裝置可以立即捕捉并記錄下來。

二是反饋和提示。裝置可以根據監測的錯誤行為，提供即時的反饋和提示。例如，通過可視化界面或語音指導，指出錯誤之處，并給出正確的操作建議。

三是模擬事故場景。實訓裝置可以模擬不同的事故場景，展示錯誤行為的后果和潛在危險。這樣可以讓作業人員更好地理解錯誤的影響，并增強作業人員對正確操作的重要性的認識。

5 結語

跨二短三進入等電位VR實訓裝置是一種具有重要應用價值的技術裝置，對于提高輸電線路帶電作業的安全性和效率具有重要意義。通過提供真實性訓練環境，減少事故風險以及提高操作技能和效率，該裝置能夠幫助帶電作業人員全面提升其技能水平。在未來的研究中，可以進一步優化裝置的設計和功能應用，增加更多的場景模擬和交互設計，提高裝置的逼真度和實用性。