虚拟现实技术在电力工程建设安全培训中的应用

2022-03-20龚波涛肖斌汪孔屏张雷齐秉柱倪玮

电力与能源 2022年1期

龚波涛，肖斌，汪孔屏，张雷，齐秉柱，倪玮

(国网上海市电力公司，上海 200122)

随着我国信息化水平的不断发展、5G通信技术的不断推广普及以及互联网基础建设的不断完善，虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术也在不断提升，尤其在培训教育领域的应用显著加快。将电力工程建设专业的现场安全培训教育内容与VR技术相融合，已成为实现安全培训教育现代化、信息化发展潮流的自然需求和顺应国家数字化转型的重要措施，亟须从理论和实践两个方向加以研究和应用[1]。

1 VR技术在应用中存在的问题

VR技术是一种多元、交互、沉浸式的，并基于计算机仿真技术实现的一种三维动态和实体行为的技术，即是基于对被捕获的、可利用的现象进行的一种编程技术从而建立一种全新的人机交互界面，最终实现从虚拟视界中获取真实的视、听、触觉等多维度感知，此项技术大多应用于游戏、娱乐、军事模拟、教育培训等多个领域。此项技术的应用拓展对于电力工程建设的现场安全培训模块而言具有革新意义。VR技术在电力工程建设安全培训应用中存在的问题具体如下。

(1)VR技术人才缺少。目前高端的VR技术人才大多集中于欧美发达国家，将近占据VR技术人才总数的一半，而我国的VR技术人才仅占其1/5。这间接表明了我国对VR技术的研究还处于初级发展阶段。如要推广普及VR技术在社会生活各个领域的广泛应用，应充分认识到VR技术人才的重要性，完善VR技术研究硬件和软件设施建设，引进具有丰富研发经验和理论知识的高级VR技术人才[2]。

(2)虚拟现实技术硬件设备水平低。随着大数据和云计算技术在各个领域的普遍应用，VR技术依托于大数据和云计算技术良好的数据处理能力和极速传播效率以及优越的存储能力，得到了迅速发展。现阶段，对图像技术的研发成为VR技术进一步发展所面临的主要困境，对夜间和动态场景的图像处理存在一定的难度，对图像信息筛选的准确率还有待进一步提升，加之三维建模技术发展不成熟的影响，使得VR技术还不能实现完全商业化，限制了VR技术的应用范围。

(3)虚拟现实定制化场景、内容少。从当前VR技术的发展状况来看，其在内容方面的发展现状具体表现为：VR硬件虽有诸多品种且配置足够，但其内容相对较少，而高质量、高清内容在其中的占比则更加稀少。产生这种现象的原因如下：第一，我国发展VR技术的时间相对较晚，硬件技术尚不成熟，对投资者的吸引力相对较小，使VR行业很难获取充裕资金，只能简化内容制作技术，以维持VR技术的发展。第二，内容制作成本对内容发展产生了一定的限制作用，加之受到软件性能欠佳、专业人才匮乏等因素的影响，导致当前VR技术内容后劲相对不足。而事实上，从VR技术的发展条件来看，提高VR内容质量与该技术的推广息息相关，因此解决VR内容瓶颈是促进VR技术发展的重要前提[3-5]。

2 电力工程建设管理模块系统简介

电力工程建设管理模块包括各类定制化电力建设工程数字化综合管理内容，对日常生产活动进行信息化记录、管理和监督，同时配备电力建设工程的安全教育培训模块。由于电力工程现场问题发生频繁，相应的VR技术培训在电力建设行业的信息化培训教育应用中就变得至关重要。

电力工程建设管理模块针对施工过程中的大部分危险场景定制VR技术培训体验课程，其目的与意义在于基于现代化VR技术对电力建设的整个过程实现培训教育应用的赋能与数字化转型。

3 电力工程建设VR技术介绍

作为沉浸式的新多媒体形式，VR技术的大规模推广普及面临的障碍已经不再是技术问题，而更多是环境与接受问题、内容和应用问题。随着“互联网+”在教育培训行业的深入发展，正确认识VR技术的应用，并理解其带来的教育变革是非常必要的。电力建设工程领域的安全教育培训同样也是业内不可忽视的一个重要模块，其作为预防成本中至关重要的部分，对于后续项目顺利地实现项目管理有着积极的促进作用。电力工程建设管理模块中的VR安全教育培训区域现场场景如图1所示。

图1 电力工程建设管理模块中的VR安全教育培训区域

电力工程建设管理模块中VR安全教育培训内容包括高处坠落、钢丝绳展示、加工棚触电、宿舍着火、安全帽佩戴、潜水泵触电、攀爬坠落、机械伤害、坑基坍塌、施工电梯故障、安全带佩戴、吊篮危险源、进料口坠落、塔吊运输伤害、挖机作业伤害、外脚手架坍塌等34项培训内容，培训场景包含电力工程建设过程中各个施工专业领域预防培训场景、危险管理操作场景及应急措施等内容。

在体验过程中为现场作业人员提供了一个将VR技术和电力建设安全教育培训相结合的电力工程管理模块，体验者可根据自身需求去进行体验角色、体验场景、体验难度等不同的选择，改变传统的应试考试培训教育模式，更好地达到安全培训效果。电力工程建设管理模块中的VR安全培训内容及场景如图2所示。

图2 电力工程建设管理模块中的VR安全培训内容及场景

在电力工程建设现场VR技术教育培训模块中，相比同专业其他类型培训、传统应试培训等具有如下几类优势。

(1)培训方式。用VR技术开展安全培训在电力行业属于少数。选择电力工程建设施工现场各类作业场景作为安全主题，充分利用VR技术

突破了传统的应试培训模式，逼真地还原相关作业场景，从视觉和听觉上加深对危险事件的印象，身临其境地体验到违反现场安全规程会危及到自己及他人的生命安全。此外还增加了交互环节，为管理人员及作业人员提供解决之策的示范。相比其他类型的培训方式，此类培训让受训者更加身临其境，并且学习成本低，培训效果更好。

(2)开发方式。运用AR技术手段，重点研究场景建模、自然交互、场景渲染、动画设计等关键技术。利用Unity3D引擎，实现UI设计以及静态与动态场景渲染；利用Unity3D中的Animator组件实现动态模型人物的动画交互效果；利用Nvidia PhysX物理演算和Unity物理引擎，让安全培训场景中的各类工器具、动作、场景画面更加符合真实世界物理定律。

(3)场景定制。深度定制化电力工程建设专业AR技术场景，与市面上大多施工人员作为体验角色去进行安全培训的方式有所区别。主要是立足电力建设施工现场实际情况，以各类现场角色视角带入，既针对工程项目管理人员，也适用于施工作业人员。在场景的选择上，通过资料收集和专家访谈，了解临近带电区域作业安全规范的现状、问题和诉求，确定需要阐述和展现的安全主题，并设计每个主题的情节。选题具备显著性而情节选材则侧重易接受度和可表达性。在系统交互方式上，基于先进的人机交互、移动互联网等技术，设计直观易懂、易于操作的交互方式，构建一个融合AR技术和创新设计的安全教育新媒体作品。