基于沉浸式虚拟现实的电力安全事故案例体验系统的研究

宋宏雷 丁新勇

前言

以沉浸式体验培训为目标，通过建设平台，用VR虚拟现实技术模拟电力行业日常运行操作，并通过对典型案例剖析，加入事故全過程的三维动画及声光特效，从而做到“重现事故现场、剖析事故原因，声画同步起到让人员更清晰的学习，深入人心的警示”，是集事故案例体验、安全教育展览、培训为一体的综合性展厅，让受训学员尽可能真实的体验各种类型安全事故案例，对电力安全事故更真实的感受，从感性上触动对安全重要性的认识。从而能够有效的强化风险管控，增强安全意识，预防安全事故发生。

一、绪论

近年来，为全面优化电力在生产、输送、消费这一全过程，进一步降低能源资源的消耗损耗，加快现代化建设，我国很早就提出了建设“智能电网”，更提出到2020年全面建成“坚强智能电网”，便于进一步改善资源配置能力，提高电网安全稳定运行水平，加强电网、电源、用户之间互动，使电网在服务全民中发挥更加重要的作用。电力工业作为国民经济的第一基础产业，关系着国计民生，是世界各国经济发展战略优先发展中的重点。据国家能源局公布的数据显示，2017年全社会用电量63077亿千瓦时，同比增长6.6%，同时中国电力企业联合会发文预计2018年全社会用电量将增长5.5%左右。为保证变电站安全可靠经济运行，必须保证运行操作相关人员专业知识水平、操作水平、应变能力等能力足够高，提高相关技术人员的业务水平对电力系统安全稳定运行有着非常重要的意义。

随着计算机硬件的发展、性能的提升，计算机对于三维图像处理能力日益增强，使得原本成本较高的虚拟现实技术得以推广发展，许多高校、科研机构以及培训机构更是将虚拟现实技术应用到各个领域，如军事、采矿安全、教学培训等多个方面。在虚拟现实世界中试验测试，能模拟实现现实应用中大量试验成本较高的任务或者不便于进行大量试验的工作。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是一门多学科多种技术交叉性的前沿研究领域，是一种高级的人机交互系统。其中，沉浸式体验，对视觉质量、音频质量、交互界面提出了更高的要求。但由于当前硬件设施尚未完全成熟，软件内容极度缺失。在未来规划中，软件、硬件结合发展，形成产业链，才是虚拟现实的出路所在。利用虚拟现实技术处理电力培训，既可以提高仿真培训的沉浸度，又避免了电力培训在高压高危环境所带来的安全隐患。将其应用在电力安全培训上，既可保证电网安全运行的稳定性和经济性，还能提升培训效果。

二、项目实施计划

目前，沉浸式虚拟现实仿真技术发展迅速，相关设备价格也在不断下降，如美国SGI公司的Reality Center、HP公司的Visualize Center和University of Illinois at Chicago的CAVE;微软公司于2010年推出了Kinect体感设备，被誉为继鼠标和多点触控技术之后的“第三次人机交互革命”。沉浸式虚拟现实仿真技术主要是通过各种硬件，如立体投影、头盔显示器等设备，把视觉、听觉和其他感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，利用空间位置跟踪器、运动捕捉或数据手套等输入设备，使得参与者完全投入一个更为逼真、可交互的虚拟环境并沉浸于其中。

本项目拟对全数字化电力安全仿真培训系统进行深入研发，以虚拟现实技术为基础，配合Kinect体感技术、立体投影和3D眼镜等交互设备，从视觉、听觉和交互方式等方面为电力安全培训人员构建更加逼真的沉浸式虚拟环境。

三、项目拟达到效果

该项目拟实现两方面的效果：一是事故案例体验，包括经典事故体验与一般事故体验;二是模拟仿真作业。受训学员与整个系统的关系，图中受训学员可与虚拟现实环境从视觉、听觉和语言等方面进行充分的交互，并从中学习知识，吸取教训，以达到提升培训效果的目的。

“只有亲身体验，才会刻骨铭心”。将基于沉浸式虚拟现实的体验式安全培训导入安全教育课程，实现了“体验安全，避免伤害;来自现场、高于现场”的目标，促进了认知教育和警示教育取得实效，使学员通过视觉、听觉、触觉，真实感受和体验真实作业中潜在的危险及可能导致伤害之情景，进而增强学员作业安全防范意识，心生警惕，愿意主动落实防护措施，确保工作安全与身体健康。

四、总结、分析与展望

安全生产是电力企业发展建设工作的重中之重。一起人身伤亡事故所带来的后果不仅影响着电力企业的命运，更牵系到一个甚至多个家庭的存亡，所以只有做到安全事故的有效预防才能更好的降低灾难发生的几率。

然而，传统电力安全事故的教育及培训多以书面形式开展，其内容乏味枯燥很难得到认真学习，学习人员很难真实的感受到安全事故所带来的危害，并无法详细了解到事故发生的原因，以及该如何预防及应对。

该报告提出了建立一套基于沉浸式虚拟现实的电力安全事故案例体验系统，首先通过介绍该系统的软件系统与硬件系统以及关键技术的实现方法，说明了该系统建立的可行性;然后对系统拟实现的功能进行了论述。建立事故体验系统，可以通过对典型案例剖析，以工程案例的仿真模型和图文注解为参照，同时，加入根据事故发生过程制作的三维动画及配音解读，给培训人员以身临其境的感觉，从而更好的了解事故发生的机理，明确违规操作可能带来的危害，从意识层面认识到安全的重要性，规范自己的行为，避免再次出现此类事故。

作为传统的电力生产企业，行业间各企业在资金实力、技术力量等方面不分伯仲，只有将管理工作的不断创新才是树立企业品牌、不断赢得市场的必备条件。

能源监管部门、安监部门及国网集团每年都会围绕安全管理、创新管理等工作开展相关评审、评比工作，只有在实践中不断的探索，在方式、方法及模式上不断的创新完善，才是企业立足行业、脱颖而出的有效办法。

该系统的建立对于企业来说本身就是一种创新，此外其还能为企业在其他方面创作收益，如：

树立企业品牌——让“以安全生产为红线、以人身及财产安全为责任”的企业经营理念更为突显，可信赖成为企业的符号。

提升安全管理——加强企业员工培训实效性，对提高全员安全意识有着更系统的培训，进一步完善企业安全管理工作。

完善交流平台——监管部门、主管单位安全工作汇报的依据，向社会各界宣传的途径，同行业间交流的平台。

除了该报告中提到的初始功能外，考虑到目前大数据技术愈发成熟，以及电力企业管理的复杂性，该系统还可以拓展以下功能：运用CAVE与GIS技术，将实时处理过的大数据进行可视化操作，该技术可以为公司领导层和管理层提供一种功能强大的决策工具;为公司执行层提供一种准确、及时的指挥工具;为公司操作层提供一个高效智能的作业工具;强化了公司在安全生产管理上的深度、广度、准确度;提升了安全风险的管控能力。

随着计算机科学技术的飞速发展，传统的培训、管理手段已逐渐跟不上时代的步伐，作为传统的电力生产企业，我们更应当与时俱进，在管理工作中不断尝试，在同行之中做好榜样作用。