虛擬現實技術在電力安全培訓的應用

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摘要：針對電力系統現場培訓危險系數高、實訓場地較少等問題，利用虛擬現實技術在電力安全培訓中的優點，介紹了電力安全培訓虛擬現實技術路線和主要技術方案。應用實踐證明，虛擬現實技術在電力安全培訓中取得了較好效果。

關鍵詞：虛擬現實技術；電力安全；培訓

隨著電網結構日益復雜、電力設備技術水平持續提升，對電力員工的安全生產意識、安全操作技能、安全應急能力提出了越來越高的要求。為提高一線員工崗位安全操作技能，電力企業每年組織開展大規模安全培訓與技術比武，但目前電力設備的操作培訓大部分基于實物開展，人力和物力損耗大，且帶電操作過程中存在一定的安全風險。本文探索在安全培訓中運用虛擬現實技術模擬各種工作現場和事故場景，從而有效提升安全培訓效果。

1電力安全培訓現狀

1.1電力作業人員安全素質參差不齊

電力企業員工數量較多，人員構成復雜。部分年齡較大的員工學歷不高，接受新知識、新事物能力較差。電力企業新員工安全意識不強，現場實操經驗不足，安全風險較大。隨著電力技術發展，新知識、新技術不斷涌現，員工安全素質需不斷提高，可通過開展直觀、實用、有效的安全培訓，降低現場作業人員安全風險。

1.2現場實際作業培訓較少

由于電力行業的特殊性，設備常年處于運行工作狀態，現場實際作業培訓具有較高的觸電風險。目前，電力企業安全理論知識培訓較多，安全實操培訓較少，常用的安全培訓方式多為學習和考核電力安全工作規程、學習電力行業的事故通報與事故案例等，培訓內容較枯燥，形式較單一。

1.3實訓場地較少

電力企業供培訓使用的實訓場地較少，且實訓場地建設投資大、周期長。現有實訓場地不能包括全部工種、全部作業流程，導致某些作業項目無法進行實操培訓，只能采取項目講解、觀看作業視頻等培訓方式。

2電力安全培訓應用虛擬現實技術的優點

虛擬現實技術利用計算機模擬產生帶有視覺、聽覺、觸覺等感知的三維空間虛擬世界，通過人機交互讓用戶身臨其境，沉浸在虛擬世界中進行體驗［1］。虛擬現實技術突破了場地、設備、師資等時間和空間因素的限制，理論上虛擬現實技術可模擬電力實際工作中的任何場景，為電力企業員工提供不同專業、不同場景的安全培訓。

2.1模擬現場作業場景

虛擬現實通過實時三維計算機圖形等技術［2］，能較真實地模擬電力作業現場環境和作業流程，學員在虛擬環境中的感官體驗與現實環境中的真實感受區別不大，具有很強的沉浸感。同時，虛擬現實技術具有較好的交互性［3］，參培人員通過肢體動作或語言，可以在虛擬世界中進行操作并得到反饋，例如能夠實現倒閘操作、設備巡檢、消除缺陷等實際操作。

2.2模擬風險事故場景

虛擬現實技術可模擬人體觸電、跨步電壓、高處墜落、高空墜物等電力現場作業常見的傷害場景［4］，以及輸電線路巡檢、高空行走、帶電作業等高風險作業項目的安全事故，使參培人員真實體驗各類安全風險的后果。此外，可通過現場互動考核參培人員發生事故時采取的應急處置方法與措施的正確性，提高其現場應急處置能力。

2.3提高培訓效果

培訓師可通過虛擬現實技術，在虛擬作業環境中模擬違章行為、設置設備隱患等，讓參培人員在虛擬現場中查找不正確的作業行為和現場存在的不安全因素。虛擬現實硬件設備一次性投入，可多次重復使用，能針對變電、配電、電力營銷等不同專業，開展不同場景下的培訓，以提高培訓效果。

3虛擬現實技術在電力安全培訓中的應用

某培訓機構主要承擔新入職員工培訓。新入職員工是在互聯網時代成長起來的年輕人，相比單純的理論講授，更加偏好體驗式、探求式的學習方法。該機構按照“正向實訓、逆向體驗、虛實結合”的原則，探索應用虛擬現實技術，建設安全體感實訓中心，并應用于員工培訓中，取得了較好的培訓效果。

3.1安全體感實訓中心的主要特點

1）突出互動性。在安全體感實訓中心，由培訓師指導，學員進行自主學習。培訓方法突出交互式、體驗式。2）突出系統性。在安全體感實訓中心，可進行安全意識、事故警示、應急救援技能等方面的培訓，并側重對安全事故事先預防、事中控制、事后應急的全過程技能培訓。3）突出實操性?；谔摂M現實技術的電力安全培訓，將知識灌輸轉變為各種形式的主動學習，通過虛實結合、實操和仿真結合等方式，提高學員的參與度。4）突出共享性。綜合考慮各專業安全培訓需求，安全體感實訓突出共性和基礎需求，統籌建設體感實訓專區和虛擬仿真實訓專區，多專業共享一套設備，提高實訓設施的使用效率。

3.2安全體感實訓中心構建思路

安全體感實訓中心構建的技術路線如圖1所示。圖1技術路線圖采用3D建模技術，對電力企業各作業場景進行建模，模擬現場實操環境，形成3D模型庫。為獲得更好的感觀體驗，采用虛實結合方式，在現實環境中搭建操作時用到的安全帽、安全工器具等設備。虛擬現實系統中的控制模塊可通過檢測模塊和反饋模塊與參培人員進行交互，配合聲、光、電等方式，通過視覺、聽覺、觸覺等作用于人體，使其身臨其境。

3.3安全體感實訓中心技術方案

安全體感實訓中心設置安全文化區、警示教育區、安全體感區、安全虛擬仿真實訓專區四部分。3.3.1安全文化區采用講解、視頻、全息展示等方式，展示公司安全文化，主要包括國家和電力行業的安全要求、行業的安全特色做法等。通過安全文化區，使受訓員工加深對安全文化內涵的理解，自覺踐行安全文化。3.3.2警示教育區該區包括人身安全和電網安全2個警示模塊，通過軟硬件相結合方式，選取電力系統內典型的安全事故案例，實現人機交互。人身安全警示模塊，以電網重大反事故措施為重點，再現停電作業不按規定驗電、擅自解鎖進行倒閘操作、高空作業不正確使用安全帶等造成的人身事故案例。電網安全警示模塊包括輸電線路警示、變電警示、配網警示等子模塊，通過模擬電網事故場景，展示電網事故帶來的巨大損失。3.3.3安全體感區將實體設備與AR（AugmentedReality，簡稱AR）眼鏡相結合，全面展示工作場景。安全體感區能體驗跨步電壓、觸電體感、電弧灼傷、開關柜誤操作體感、高空墜落體感、物體打擊體感、帶電掛（合）接地線體感、高空線路行走體感等。3.3.4安全虛擬仿真實訓專區安全虛擬仿真實訓專區包括公共安全、事故還原、安全應急3個模塊，可完成13個虛擬現實實訓項目，主要采用虛擬現實技術眼鏡及3D仿真等方式進行培訓。公共安全類包括火災體驗、地震體驗、現場隱患排查、高空感知4個項目。事故還原類可模擬因安全距離、高壓感應電等造成的安全事故。安全應急類包括營地搭建、應急救援、應急搜救、應急破拆、消防專項應急、保供電6個項目。

3.4培訓效果

安全體感實訓中心建成后，該培訓機構組織新入職員工開展了安全體感式培訓。通過電力生產事故、電力安全工作規程和標準化作業、現場急救等場景的展示，達到了警示教育的目的；通過音頻和視頻、圖像和虛擬現實技術再現重大生產事故的過程，讓學員從事故中吸取教訓，達到了按章操作、杜絕違章的培訓目的。

4結語

基于虛擬現實技術的電力安全培訓能夠模擬電力作業現場，將抽象復雜、晦澀難懂的安全技術技能知識以更直觀、生動、全面的方式呈現出來，降低了電力安全事故發生的風險，為電力企業安全培訓提供了有效解決方案。

參考文獻

［1］王賢坤.虛擬現實技術與應用［M］.北京：清華大學出版社，2018.

［2］潘緣，鄧國平，吳秋菊.虛擬現實技術在電力系統中的應用及發展［J］.武漢大學學報（工學版），2003，36（3）：146-147.

［3］呂浩.VR虛擬現實技術在教育領域的應用前景研究［J］.計算機產品與流通，2020（10）：6.

［4］周澤偉，馮毅萍，吳玉成，等.基于虛擬現實的流程工業過程模擬仿真系統［J］.計算機工程與應用，2011，47（10）：204-208，216.

作者：王超 李功克 單位：國家電網有限公司技術學院分公司