基于混合現實技術的排水泵站倒閘操作安全教學應用

董喬宇

上海市城市排水有限公司石洞口污水輸送分公司 上海 200443

引言

泵站現場各類設備穩定運行是城市排水企業正常運轉的基礎支撐。電力系統作為排水泵站現場各類設備穩定運行的必要條件，相關配電設備設施的日?？刂撇僮饔葹橹匾?。能否正確進行配電系統操作將直接影響到電網、設備和人身的安全。

相關操作人員對電力設備設施的操作流程需精確掌握，這使得配電設備的操作極度依賴人員經驗和技術。配電系統相關設備不間斷工作形式及人員安全的高標準操作要求，使相關電路切換及電力設備無法在真實場景情況下進行日常操作及演練，無法保證在緊急情況下，相關運行管理人員具備操作及應急處置的能力。

員工的有效培訓、演練作為排水泵站安全、穩定、高效運行的基礎支撐，必須加以有效保障，本文針對上述問題進行論述，并結合混合現實技術制定了相應的解決方案。

1 排水泵站的電力系統

1.1 排水泵站供電模式

上海市城市排水有限公司石洞口污水輸送分公司為社會公共事業單位，根據重要電力用戶分類標準屬重要電力用戶，各下屬泵站供電一般采用雙電源模式（主供電源、備用電源），本文所論述教學應用是基于10kV高壓配電間、380V低壓配電間泵站進行構建。

2 排水泵站倒閘操作標準流程

2.1 操作票的制定

①根據操作任務場景制定對應操作票，將所有操作步驟依次填入操作票中；②審查及核對操作票內容，由監護人對操作票進行符合，確保操作票中各項內容準確無誤。

2.2 操作前的準備

①模擬操作：通過在數字電路圖上進行模擬操作的方式，再次確認倒閘操作的流程準確無誤；②驗電設備及安全用具檢查；③泵站機械設備設施狀態檢查，確保正常運轉、無異?，F象。

2.3 倒閘操作執行規范

下述內容應在倒閘操作每一項步驟執行時嚴格遵守。

2.3.1 高聲唱票。在每一項操作前，監護人應高聲讀出操作項目內容。

2.3.2 高聲復誦。在每一項操作前，操作人手指被操作設備并高聲復誦操作項目內容。

2.3.3 允許操作。在每一項操作前，監護人聽操作人員復誦內容確認無誤后，發布“對，執行”命令。

2.3.4 執行操作。操作人聽監護人發令后，立即進行對應操作。

2.3.5 設備檢查。在每一項操作后，操作人應與監護人一同認真檢查已操作設備的狀態，確認執行內容與實操符合。

2.3.6 逐項勾票。在每一項操作后，監護人應在操作票步驟對應位置打勾，并與操作人移至下一步驟對應操作設備前。

2.4 問題處置

若出現異常狀況，應立即停止操作并舉手示意，協同處理問題，若無法處理應停止繼續操作，向班組長報告，待問題處理完畢后繼續操作。

2.5 操作后檢查

檢查泵站內各機械設備運行狀態是否正常運轉、無異?，F象。

2.6 記錄存檔

2.6.1 完成倒閘操作票填寫。進行倒閘票完畢信息填寫：執行人員簽名，執行時間、“已執行”標記等信息。

2.6.2 歸檔。將倒閘操作票記錄表歸檔存儲。

2.6.3 工作記錄同步。將倒閘操作事項填寫至“運行工作記錄表”內。

2.7 匯報

向上級部門匯報倒閘操作完工事項。

3 排水泵站當前倒閘操作教學模式及其特點

3.1 現有教學模式

當前上海市城市排水有限公司石洞口污水輸送分公司采用先理論后實操的常態化教學模式進行公司人員的作業培訓工作，在大量教學場景中已取得優質的教學成果。

由于各下屬泵站內部包含配電間等各類危險作業區域，相關實操技能培訓成本高，原有培訓體系下的教學模式有較大的提升空間。

4 針對倒閘操作教學模式的改進方向

排水泵站配電系統倒閘操作為危險場所作業，在當前的教學模式下完成相關培訓后，受訓人員實際能力難以滿足倒閘操作作業要求。

如何針對配電系統相關教學內容進行突破，需有效解決下述難題：①電力系統不間斷工作性質導致真實工作場景無法演練；②電力系統相關操作的高安全要求；③應急處置相關技能教學。

5 混合現實技術

5.1 新媒體特性

混合現實技術是一種全新的媒體交互工具，在現實世界與虛擬交互的基礎上融入了影像、圖像、音頻、震動、空間等多種信息內容進行協同呈現，此模式突破了傳統媒介的技術局限，使得大量新型媒體應用場景成為可能[1]。

5.2 技術特性

5.2.1 成像技術。混合現實頭顯設備通常采用光學透視技術，將虛擬圖像插入在人眼與現實之間，通過視覺采集技術、實時算法，對用戶看到的“現實”世界進行定制的疊加適配。

5.2.2 圖像采集技術?；旌犀F實可通過頭顯設備前方微型攝像頭實時采集用戶所觀察的圖像信息，并可通過對系統的二次開發，實現圖像識別等應用。

5.2.3 手勢識別技術?；旌犀F實主要通過頭顯設備前方微型攝像頭實時采集用戶手勢信息完成各類響應交互，可通過對系統的二次開發，實現與現實場景中相同的手勢輸入方式，以提高用戶的交互體驗。

5.2.4 語音輸入輸出技術?；旌犀F實可通過頭顯設備輸出語音信息，并可實時采集各類語音輸入信息，通過此特性，可實現應用的語音媒體輸出，并可通過二次開發實現語音識別，流程引導等應用。

5.2.5 震動技術?；旌犀F實可通過頭顯設備輸出震動信息，此特征可通過二次開發實現特殊事項、危險提示、緊急報警等應用場景。

5.3 教學應用特性

5.3.1 情景生動。混合現實所營造的交互環境是由虛擬世界與現實世界融合交疊而成的環境，使人、虛擬、真實三者相融合，構建統一的體驗情景。使學生沉浸在虛擬環境中，有效地增強了學習興趣，學生學習的主動性獲得極大提升。

5.3.2 互動深化?；旌犀F實技術的交互性主要體現在人與混合現實場景的交互。依托各類傳感技術，用戶在體驗的過程中能夠感知混合現實環境中的畫面變化、手勢、體感、語音等多方面的實時信息反饋，進而形成了一種自然有效的信息回路。

5.3.3 異地虛實場景交互?；旌犀F實在實現虛擬與現實深度融合的同時，可將不同時空下的場景通過計算機技術進行結合，實現異地虛實場景交互該特征在教育領域將可實現遠程指導、協同學習等優質的教學應用模式[2]。

5.4 混合現實技術與倒閘操作實操教學的契合點

混合現實技術構造出倒閘操作現實作業場景與虛擬世界場景適配疊加的受訓場景，使操作者在受訓時不受真實作業設備限制，可保障泵站配電系統的平穩運轉及作業人員的人身安全。

6 混合現實系統應用設計

系統將針對現有配電設備設施實訓教學的瓶頸問題，根據配電設備日?？刂啤⒐收咸幹谩⒕S護保養等實際操作流程，結合上海市城市排水有限公司石洞口分公司長臨泵站低壓配電間實際場景，對相關技術：空間定位、圖像識別、語音識別、手勢識別等進行適配開發，實現場景復刻式教學的目標[3]。

系統可用語音輸入、手勢識別兩種方式選擇場景進入實訓，并通過圖像識別及空間定位將空間模型覆蓋于設備前方約半米處，通過手勢輸入的延伸功能，可保證操作人員與配電柜處于安全距離，并采用引導式教學，告知操作人員當需要操作的元器件名稱提示，并于操作完成后給予反饋。

7 應用場景

7.1 認知場景

此場景通過將配電柜設備信息展現，用于操作人員進行元器件識別，通過識別過程熟悉混合現實手勢識別交互方式。

7.2 汛期、甲乙兩路同時供電線路切換場景

此場景為甲乙兩路進線切換甲路進線，場景語音提示：“現收到通知：乙路線路供電局檢修，做好供電線路切換”。

7.3 非汛期、常用供電線路切換場景

此場景為甲線供電切換乙線供電，場景語音提示：“泵站例行清掃變壓器，需進行供電線路切換”。

7.4 拆泵前后的水泵電源操作場景

此場景為水泵維修需將水泵斷電、水泵修復后恢復供電，場景語音提示：“水泵即將維修請將水泵斷電”。

7.5 控制柜保養場景

此場景為乙路供電線路設備需保養，場景語音提示：“乙路供電線路設備需保養”。

8 后續應用

排水公司根據實際業務需求，下屬各泵站包含雨水防汛泵站、污水輸送泵站、合流制泵站、含截流設施的防汛泵站等多類工藝模式，在后續教學應用設計中，應根據各泵站特點制定符合其配電模式的倒閘操作實操教學流程，進而提高排水公司配電系統相關作業人員的技能，穩固加深排水公司各泵站配電系統作業人員的實操處置能力。

9 結束語

基于混合現實技術的排水泵站倒閘操作安全教學系統于上海城市排水有限公司石洞口分公司長臨泵站建立與試驗成功，實現了優質的教學成果，通過各場景實操教學的作業人員，在不影響實際生產效率的前提下，其實操技能掌握時間有效減少，在配電系統場景認知、設備應用方面的綜合能力獲得提升，彌補了原有教學模式中“重理論，輕實踐”的教學短板，通過應用混合現實技術的新解決方案，教學內容、教學質量成功提高。

此次混合現實應用的成功實踐，間接推動了上海城市排水有限公司石洞口分公司的教學模式改革，從實際角度助力上海城市排水有限公司石洞口分公司安全生產、提質增效的穩態化進行。