新型电力安全培训中网络通信与数据连接技术研究

杨利 张哲 段君轩 诗领 张思远 谢营

摘 要：电力安全培训在保证电力行业安全方面的作用愈来愈重要，将新型电力安全培训方式与教考培训相结合可以有效改善传统电力教考方式的缺陷。该文提出了一种基于安全事例的虚实结合体验和移动终端电力知识汲取相结合的新型电力安全培训手段。首先，对移动终端培训系统的网络通信和虚拟现实仿真培训系统中的交互技术进行分析。之后分别对两种培训方法的数据连接技术进行阐述。这两种培训方法相结合的新型电力安全培训系统可以更好地提高学员的安全意识和作业技能，对传统的电力安全培训模式具有一定的示范意义。

关键词：电力安全培训 虚拟现实 网络通信 数据连接

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0061-02

随着电力行业的飞速发展，违规操作导致电力安全事故发生的概率越来越大。违规操作不仅会损伤设备和发生人身事故，还会威胁电网的稳定运行。为保障电力系统的安全可靠，在完善电网结构同时，还需提高电力工作者的安全意识和职业技能。所以，电力安全培训作用日益趋重。目前，在我国电力安全培训方面，大部分单位仍然采用考教结合方式进行，但该培训方式存在一定的限制性，因此有必要开拓更加安全有效的培训模式。

当下现代网络技术发展日新月异，移动终端设备和虚拟现实仿真技术的应用日益成熟，在两种新型技术基础上发展一套基于安全事例的虚实结合体验式和随时随地进行移动终端电力知识汲取相结合的新型电力安全培训可以极大改善传统培训形式的缺陷。新型电力安全培训系统中学员与服务器的网络通信方式和数据访问是两个关键技术问题，有必要进行详细研究。

1 网络通信与交互技术

1.1 网络通信

网络通信系统是移动终端设备与后台培训教学服务器管理系统之间进行通信和交互的中间接口。可以完成信息初始化、培训任务下载、培训成果上传到服务器的数据通信功能。目前流行数据网络通信主要有以下两种方式。

（1）局域网。远程数据访问不仅可以与服务器数据库进行通讯，而且可将这些数据存储在移动端数据库中。可以直接读取移动终端中数据库的数据并进行相应的操作。另外，移动终端还能通过URL指定一个方法名并发出请求，站点接收到请求之后根传输参数进行相应处理，并将结果返回移动终端。

（2）无线通信技术。GPRS是一种基于移动通信系统的网络，主要功能是为用户提供高速分组数据。其特点有：频谱效率高、传输速率高、接入时间短、支持IP协议以及网络安全性高等。还可以选择使用USB技术，即具有快速、双向同步传输、廉价并可以进行即插即用等特点的串行接口，有稳定性高、速度快和可靠性好的优点。而综合应用GPRS、USB和Wi-Fi等多种传输方法，并与联合检测相结合可大大提高传输容量。

参与培训学员通过移动终端导航功能快速进行相关项目的学习，提高培训学习的响应速度，便于合理安排自主学习时间；当遇到技术难题时，还可以通过移动终端与相关专家进行远程交互。综上所述，将平板电脑、手机等移动终端应用于电力安全培训业务，可以提升电网安全培训水平。其中，教学服务器位于电力内网，移动终端位于移动通信公司与电力公司的虚拟专用网络，移动终端和培训教学服务器通过安全接入平台进行信息交互，移动终端与非移动终端相结合的网络通信方式如图1所示。

1.2 虚拟现实仿真中交互技术

虚拟现实技术交互就是指人与虚拟世界的信息交换，体现了虚拟现实仿真技术的人性化和智能化。目前，虚拟现实仿真多采用多通道交互手段，它是基于人体自身的多通道特点，通过学员使用手势、声音、甚至面部动作等作为输入信号，输出人体的感官感受包括视觉、听觉、味觉、感触等使学员获得逼真的体验。人机交互技术实现主要通过三维交互设备，以自然的方式在虚拟世界中直接进行交互操作，这种交互方式需要硬件的支持，对用户的操作要求较高。主要的几种三维人机交互设备如下。

（1）风险触发体验装置。该装置对培训人员在虚拟作业过程中的风险触发的事故后果进行模拟，在保证培训人员人身安全的前提下，以某些的物理反应刺激培训人员进行事故后果的体验。可以采用市面上4D影院中广泛采用的动感座椅，进行定制加工，实现系统对事故现象的模拟。

（2）光纤数据手套。参与培训学员采用数据手套及传感器通过虚拟现实支撑平台信息传递，对作业过程及风险作业项目进行处理。该手套采用光纤传感器，保证手指与传感器之间的信息有效传递，不仅需要具有较高的精确性，还需具备佩戴舒适、简单易用、超高的数据质量、较低的交叉关联以及完美的驱动程序等特点。

（3）三维空间位置追踪器。位置追踪器将交互控制系统与虚拟作业场景进行实时交互。应用位置追踪系统可以通过对数据手套的空间坐标采集，控制虚拟作业人员在虚拟场景下的手部位置。每个位置追踪接收器可方便对作业人员头部、关节动作进行方位跟踪，不应产生延迟现象，所有动作需要被快速、可靠地记录下来。

（4）头盔式立体显示器。采用包围式的立体显示技术设备，可以让学员很好的将自己投射到虚拟空间中。主要分主动与被动立体显示技术，这两种技术主要的产品代表分别是头盔式立体显示器与偏振式立体投影系统。目前头盔式立体显示器广泛采用LOCS或OLED显示技术，完全满足电力安全培训的要求，综合考虑成像效果和成本等因素，建议采用便携头盔式显示器。

2 数据连接技术

2.1 移动终端的数据连接技术

基于移动终端的电力安全培训系统数据库采用Microsoft SQL Server 2005 Mobile。该数据库适用于快速开发应用系统，具有紧凑型的特点，支持在移动设备上管理大量数据。通过支持SQL语法，确保能够将SQL Server 2005 Mobile轻松的集成到现有培训系统中。远程数据访问功能确保SQLServer数据库中的数据可靠地传送，而所需内存及系统资源很少，这在移动设备上的应用非常有利。

针对电力安全培训系统开发的移动终端建议采用MicrosoftVisualStudio 2010开发。开发工具VisualStudio 2010完善了数据访问模型、改进了ADO.NET技术等，并且增加了多种新的数据访问控件。尤其是数据访问控件中的数据源控件，结合了连接到数据源、使用SQL语句、获取和管理数据等功能，可从不同数据源获取数据。因此，利用数据访问控件强大的功能及设计时支持，几乎能够实现不编写代码就完成检索和绑定数据。数据绑定控件则主要用于实现数据记录、显示、编辑、分页和将数据层化显示为菜单结构等功能。

2.2 虚拟现实培训系统的数据连接

虚拟现实仿真技术采用三维游戏引擎Torque，该引擎并不支持SQL Server 数据库连接。可以将该引擎向虚拟现实方面改造来使其适用于开发三维电力虚拟现实培训系统。把连接数据库的功能加进引擎源代码后对引擎进行再次编译，达到通过脚本文件，指定数据库类型、连接地址、帐号、用户名、密码等，就可以连接数据库，对SQL Server数据库进行读取、修改、添加、删除等操作。

教师通过虚实结合交互系统与学员进行沟通，根据培训学员的需求，最后确定培训目标和培训计划。参与培训学员通过培训中心的基础知识、法律法规模块、安全操作流程、工具演示和架线与线路维护3D效果虚拟环境操作演示来达到培训效果。在培训过程中，学员可通过交互系统与教师、专家进行交流，咨询疑难问题，教师通过学员的操作记录进行跟踪以及参照实际操作评分标准数据库对试题和实际操作进行评定，形成学员培训的最后成绩，具体的数据。虚拟现实电力安全培训系统的数据连接结构图如2所示。

3 结语

该文主要研究一种虚实结合和随时随地进行移动终端电力知识汲取相结合的新型电力安全培训系统。基于移动终端的电力安全培训系统，采用局域网和无线通信技术，配合非移动终端手段完成与教学服务器的通信。为保证移动终端与服务器的数据有效连接，采用Microsoft Visual Studio 2010进行客户端开发，充分考虑使用数据源和数据绑定控件两大控件。虚拟现实技术交互采用多种手段，通过人性和智能化的三维交互设备实现。而其所使用引擎Torque需向虚拟现实方面改造以适用于三维电力虚拟现实培训系统开发。

参考文献

[1] 黄彦浩，于之虹，谢昶，等.电力大数据技术与电力系统仿真计算结合问题研究[J].中国电机工程学报，2015（1）：13-22.

[2] 毕研秋.电力系统数据压缩的算法研究及通信网络仿真[D].济南：山东大学，2007.

[3] 秦绍华.无线传感器网络多信道通信技术的研究[D].济南：山东大学，2014.

[4] 刘沛津，谷立臣，韩行，等.基于Modbus/TCP的火电厂实时数据集成及网络通信控制器研制[J].电力自动化设备，2009（8）：128-131.

[5] 龚庆武，姜芳芳，陈义飞.基于虚拟现实技术的变电站仿真培训系统[J].电网技术，2005（24）：74-77.

[6] 漆晓霞.基于虚拟现实技术的变电站仿真培训系统的研究[D].北京：华北电力大学（北京），2009.

[7] 陈刚，赵鲁冰，陈伟，等.基于虚拟现实技术的配电安全规范培训系统研究[C]//中国电机工程学会.2013年中国电机工程学会年会论文集.中国电机工程学会，2013：5.

[8] 陈奇朋.虚拟现实技术在电力安全培训中的研究与应用[D].长沙：湖南大学，2013.

[9] 王利杰.电力通信网上培训系统的设计与实现[D].北京：华北电力大学（北京），2009.