基于VR技术的用电信息采集培训系统开发规划

夏常明 曹华锋 岳亮

（1.国网甘肃省电力公司 甘肃省兰州市 730046 2.国网甘肃省电力公司市场营销事业部 甘肃省兰州市 730046）

（3.国网甘肃省电力公司党校（培训中心） 甘肃省兰州市 730046）

电力系统培训能够有效的提高电力从业人员素质，进一步提升电力系统运行的稳定安全性，并完善电力系统服务。而电力系统在运行的过程中，往往需要应用大型的设备，这一特点决定了难以通过直接操作设备对电力营销人员进行培训。针对这一问题可以将VR技术引入到电力营销培训工作中，在明确培训目标以及培训内容的基础上，基于VR技术进行用电信息采集培训系统开发，以VR技术为依托，创设以实际培训场景接近的虚拟场景，员工可以通过感官、手势、语音等比较自然的交互方式进行学习。不仅降低了电力培训的硬件投资，同时也能通过创设较为真实的情境，提升培训的效果。

1 基于VR技术的用电信息采集培训系统开发依据以及必要性

1.1 开发依据

当前VR技术已经日趋成熟，VR技术的发展为培训提供了新的培训方式，已经被广泛应用于职业培训领域。VR虚拟现实技术是一种创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它融合数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感与测量技术、仿真与人工智能等多学科于一体，为人们建立起一种逼真的虚拟的交互式的三维空间环境，并能对人的活动或操作做出实时准确的相应，使人仿佛置身于现实世界之中，其生成的视觉环境是三维的、立体的音效、友好的人机交互，以VR虚拟现实技术将为受训员工实现情境学习和知识迁移等方面的优势。

1.2 必要性

在电力企业人才培训中，VR培训是有效改变人才培养的新方式，极大地提高了人才培训的效果，其通过营造高质量的画面效果，给学员带来更真实、更身临其境的感受，同时能让学员在实践中成长，从而加速和巩固学生学习知识和技能的过程，同时让受训员工在现实沉浸感、时空操纵感、现实叠加感、共同存在感等一系列不同的感受和体验中，有利于学员反复演练，提高电力营销培训效果和培训效率。

与此同时，随着国家电网智能电网战略实施，用电信息采集系统作为智能电网的重要组成部分，正按照“全覆盖、全采集、全费控”的总体目标科学、有序、规范、快速地推进；国网甘肃电力公司正在大力推进“大培训”体系建设，在培训中心建设用电信息采集实训室，需要相应配套开发用电信息采集相关VR课件，作为实训室建设的重要载体。

2 用电信息采集培训系统开发背景和目标

2.1 开发背景

随着城市化进程加速和经济快速增长以及电力技术的发展，社会电力需求快速增长，电力建设、运维与服务工作要求越来越高，对电力从业人员，特别是一线电力人员职业能力提出了更高的要求。电力营销部门作为电力服务的窗口单位，代表电力企业的对外形象，是响应和满足电力用户需求的重要部门，其工作对电力运营的经济效益、高效调度和稳定运行非常重要。在新电改下，电力营销侧是提高电力企业竞争力、提升电力用户服务满意度和进行电力服务创新的先锋，面对电力服务过程中出现的新场景、新情况、新问题，对电力营销专业人员和管理人员职业能力提出了新要求。

传统的培训方式越来越难以满足员工培训的需求：

（1）通常为集中授课方式，如学习班、研讨班等，对电力营销工作人员进行理论强化学习，存在直观性、互动性、生动性等方面的不足，效果往往难以达到组织培训目标；

（2）传统操作实践类培训活动一般在专业的培训基地或工作现场进行操作，演练又具有一定的局限性，较难达到实操练习的目的。

（3）由于电力的作业环境具有危险性，培训操作容易触碰安全底线，导致部分业务培训难以到位。第四，有些培训需要结合大型运维设备，可能需要在繁杂停电措施安全和重要设备部件更换等情况下开展培训工作，培训难度和可实践性较低。

2.2 开发目标

通过VR虚拟现实技术，开发设计“三模四特”一体化VR培训课件，辅助电力营销专业人员学习常规设备识别与操作，掌握业务技能，胜任岗位要求。本次项目选题方向经确认为用电信息采集与费控VR课件开发。

“三模”即学习模式、操作模式、考评模式；“四特”指“高逼真、强实操、易掌握、效果佳”等特点。通过完善的系统培训内容以及培训框架设置，能够让员工较为系统的掌握用电信息采集设备的使用方法，提升电力从业人员的业务水平。

3 系统开发规划

3.1 系统开发思路

项目分为五个阶段完成VR课件开发任务：

（1）需求定位。在这个环节中需要营销部、培训中心、地市公司等单位领导、专家、代表沟通了解电力营销一线工作要求，以及现有执行的培训项目开发情况，同时结合电力营销常见设备操作相关的场景梳理，结合电力营销一线工作场景，最终经过讨论确定项目选题方向为用电信息采集，聚焦集中器、专变终端、电能表、掌机等关键设备识别与操作。

（2）选题研究。聚焦选题方向，开展相关文献资料研究、现场实地观察、流程穿越、专家咨询，了解电力营销一线岗位工作内容和要求，聚焦培养核心需求，对相关的知识点信息进行收集、整理、归纳。

（3）学习设计。基于知识体系的梳理，运用课程开发理论方法，针对各知识点设置学习目标、学习内容、学习方式，重要程度，设计考核要点和应用设计，结合VR课件技术规范要求，提出VR开发需求。

（4）课程开发。根据开发需求任务书，进行课程框架设计，设计开发相应的场景、交互，通过3D建模、录制和编辑专业的图像、音频、视频，制作VR演示系统，最终完成VR课件制作。

（5）实施应用。输出VR课件、操作手册、考评方案、学习工具包等项目成果，通过培训体现和实践，优化课件细节设计，辅助学员开展培训学习，总结包装。

3.2 系统开发内容以及框架设置

通过VR体验方式，面向电力营销一线人员进行用电信息采集与费控的知识学习和技能培养，达成以下目标：

（1）认识用电信息采集系统原理、构成、功能等原理和知识；

（2）认识集中器、专变终端、电能表、掌机等常见采集终端设备；

（3）熟练掌握集中器、专变终端、电能表、掌机等设备安装接线、调试、更换等基本操作。

从培训系统的培训内容设置上来看，需要从以下几个方面来设计课件的框架，首先是用电信息采集系统介绍，在这部分内容需要让员工认识用电信息采集系统框架、组成、系统功能、采集对象、采集数据、组网方式、采集方式等知识点；其次是用电信息采集系统常见设备认识，这其中包括认识集中器、专变终端、电能表（单相表、三相表）、掌机等常见终端，认识常见终端的定义、型式规范、功能、外形、指示灯、接线方法等，认识常见终端的定义、型式规范、功能、外形、指示灯、接线方法等。

所设计的系统课程框架还需要包括操作演练的部分，这部分可以通过三个环节来实现，分别是低压集抄训练、专变终端训练、专变终端训练。在低压集抄训练中，首先需要员工观看低压集抄训练视频，掌握训练步骤和操作点，随后通过VR进行9个练习点练习，练习点包括单相表安装、集中器安装、集中器SIM卡更换和参数设置、集中器电表参数设置与下发、召测、对时、单相表模块更换、单相电能表拆卸、集中器拆卸等；在专变终端训练环节中，先观看专变终端训练视频，掌握训练步骤和操作点，然后通过VR进行9个练习点练习，练习点包括三相表安装、专变终端安装、专变终端SIM卡更换和参数设置、专变终端电表参数设置与下发、召测、对时、三相表模块更换、三相电能表拆卸、专变终端拆卸；在掌机操作训练环节先观看掌机操作训练视频，掌握训练步骤和操作点，随后通过VR进行3个练习点练习，练习点包括掌机补抄、掌机召测、掌机复机。通过合理的系统培训内容以及框架的认识，能够让员工较为熟练的掌握用电信息采集系统常见的设备，有利于提升电力从业人员的业务水平。

3.3 基于VR技术的用电信息采集培训系统的技术实现

在进行用电信息采集培训系统开发的过程中，首先根据系统开发的目标，以及相关的性能要求，确定了系统的硬件环境。在VR硬件环境方面，主要采取了较为成熟的HTC Vive Cosmos VR设备，该VR设备属于基于基于Windows操作系统PC端VR设备，方便对设备的后期调试，同时该VR设备，由于头盔采用了Inside-Out场景感知定位技术，无需定位器，设备的分辨率为（单眼）1400*1600基本能够满足培训的需求。由于虚拟仿真场景的搭设需要大量的算力支持，因此对于PC硬件配置具有比较高的要求，所选择的PC操作系统为Windows10 64位系统，具有比较好的兼容性，CPU选择I7-9700K或以上的处理器，GPU选择GTX1070或以上的显卡，以满足大量计算场景计算的要求，内存选择16GB以上的高频内存，硬盘采取512GB固态硬盘+2TB机械硬盘的搭配方式。

在开发工具的选择上，程序开发以Visual Studio 2017/C++/csv配置脚本，开发引擎为Unreal Engine 4 v4.25，建模软件采用3DsMax 2019/Zbrush 2017，以RenderDoc进行渲染调试，贴图制作主要应用Substance Designer 2020/Substance Painter 2020/Photoshop 2017 cc，动画制作应用动画制作，音效制作应用Adobe Audition 2018，以Sai/Photoshop 2017 cc进行UI界面的开发。

从用电信息采集培训系统的技术开发步骤上来看，主要分为八个步骤：

（1）需求分解：根据用电信息采集系统任务书进行模块化分解；

（2）框架设计：设计开发脚本，明确程序框架设计、交互模块设计、考评模块设计；

（3）场景补采：构建培训环境，对设备、硬件环境和道具进行采样；

（4）程序开发：围绕框架和场景进行相应开发；

（5）美术制作：建模，动画特效和UI设计；

（6）资源整合：进行场景整合，UI整合、后期效果的整合；

（7）考评植入：将考评融入到课件中；

（8）考评植入：将考评融入到课件中部署测试：搭建环境进行测试优化。

3.4 项目于开发管理

在开发的过程中，需要加强对不同开发模块进度的跟进，随时掌握开发的情况，并建立有效的项目开发沟通机制，确保在项目开发的过程中能够实现高效沟通，提升项目开发的效率，及时解决项目开发过程中出现的问题，将精细化的管理理念引入到项目的开发管理中。首先需要保证参与项目开发的人员对项目开发的各个细节以及环节进行深入的了解，尤其是负责各个子系统开发的人员，需要对子系统的细节进行明确，并进行细致的研究。这是精细化管理的基础和前提，在此基础上才可以正式的开始软件开发工作。在开发的过程中需要注重对项目设计，项目开发测试等环节的管理，从而实现对项目进度的有效控制。另外还需要保证人员统筹的科学性合理性，对各个岗位人员的职责进行明确，在此基础上才能推进用电信息采集培训系统项目的开发，促进VR技术与电力培训系统的有机融合。

4 总结

目前来看，随着VR技术不断向电力领域延伸发展，该技术与电力领域的融合水平也在不断提升，在电力系统建设以及电力检修等方面均发挥了重要的作用，尤其在电力营销人员培训中应用VR技术，能够有效的提升培训的效能，解决传统培训方式中硬件限制的问题。基于VR技术开发的用电信息采集培训系统具有高度的仿真性以及可用性，在开发的过程中，通过对开发方案的合理规划，确保该系统能够充分发挥在电力营销培训中的作用，提高电力从业人员的技能水平。