基于虚拟现实技术的电力安全培训平台

何春光

（国网浙江省电力有限公司宁波供电公司）

0 引言

基于虚拟现实技术的电力安全培训平台，融合网络控制技术、智能控制技术、多媒体技术以及电力专业知识，能够涉及到电力生产的全作业流程，并且能够对全作业流程进行仿真［1］。通过对常规的电力事故进行虚拟化的实景复现，能够帮助电力作业人员强化电力安全防护意识，深刻理解电力安全生产规范。基于该电力安全培训平台，能够实现对电力调度、电力检修、电力生产的全方位培训，能够突破传统电力培训的限制，保证处于不同地点的电力作业人员能够同时接受电力培训，深入学习电力设备的工作特性，深入了解电力生产事故［2］。

1 虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术描述的是由计算机产生的三维数据交互环境，其技术特征主要表现在如下三个方面［5］：

（1）沉浸性：由计算机构造的三维虚拟环境能够保证电力作业人员体验到身临其境的感觉，在进行实际操作时，基于构建出的虚拟环境发生的动态变化，也能够体验出如同真实存在的感觉［3］。

（2）交互性：电力作业人员作为虚拟交互的主体，处于虚拟环境中，能够与其中的虚拟客体进行多种形式的交互，这种交互是基于三维环境而存在的。

（3）动作性：电力作业人员能够基于现实环境中的实际经验，采用最熟悉的方式进行虚拟化操作，在虚拟环境中体验现实感［4］。

2 虚拟现实建模语言

虚拟现实建模语言是一种用于进行三维虚拟化建模，具有开放性特点的标准化语言，能够实现对于HTML的三维模拟，通过虚拟现实建模语言浏览器对现实环境进行模拟构建［5］。该语言不仅能够实现对客观场景的构建，还能够实现虚拟三维场景的构建，基本特征主要表现在如下几方面。

（1）平台开放性：虚拟现实建模语言基于C／B模式实现访问，其虚拟现实建模文件源自于服务器，电力作业人员利用通信网络下载需要访问的文件后，便可以进行本地访问。

（2）数据高速传输效率属性：与传统的HTML相对比，虚拟现实建模语言同样基于文本格式进行虚拟化建模，这样便于平台互通，减小了数据传输量，提高了数据传输效率。

（3）可扩展性：虚拟现实建模语言作为一种标准化建模语言，无法实现全部应用的功能需求，在交互性提高、虚拟环境画面质量、虚拟环境复杂度方面都受限，因此虚拟现实建模语言需要具备扩展性，根据需求对对象和属性进行定义。

3 基于虚拟现实技术的电力安全培训平台

3.1 电力安全培训平台技术特点

（1）全面性。基于虚拟现实技术的电力安全培训平台涉及面十分广泛，其涉及到的电力作业知识能够运用到电力检修、电力调度等多个培训项目中。电力作业人员能够从该培训平台学习到更先进的知识，从而实现技术水平的进一步提高。对于设备故障、电力事故的模拟也能够保证电力作业人员充分吸取经验和教训，避免在实际作业过程中出现类似问题。

（2）娱乐性。该平台的核心功能在于对电力作业人员进行技能培训，借助于逼真的画面、立体的音效保证电力作业人员在接受电力培训的同时能够体验到顶级的三维感官刺激。基于强大的交互能力，这就能够激发电力作业人员的主动性、求知欲，主动了解各种电力设备，并根据自主意识对电力设备进行操作。

（3）便捷性。该平台具备简单化的操作属性，能够借助于常规的鼠标、键盘进行模拟操作，符合常规的操作习惯，只需要进行简单的培训就能够上手，借助于较强的网络接入能力，再加上对于网络链接的优化能够实现分布式电力培训，实现培训内容的个性化、模块化，打破了传统的空间限制，保证电力作业人员能够在不同地点同时接受同样的培训，实现了电力作业人员的便捷操作。

3.2 网络切片

网络切片是一种端到端的逻辑子网，与核心网络、无线接入网、IP承载网和传送网有关，通过多领域协同工作来实现，不同网络切片间既可以实现资源共享，也可以实现彼此隔离。

切片生成算法采用粒子群优化算法，其中位置v和速度x更新方程如下所示：

式中，w为惯性权重；p为最高粒子适应度；c1、c2为正学习因子；g为最优解；r1、r2为0～1之间的随机数。

为了对网络切片的性能进行量化比较，采用零均值法对其参数进行归一化，公式如下：

式中，vnor为归一化后性能参数；v为原始性能参数；σ为性能参数方差；μ为性能参数平均值，如下所示：

粒子适应度的评价函数可以采用指数形式表达，如下所示：

式中，D表示归一化后最大时延值；B表示归一化后最小带宽；α表示低时延切片所占比列；β表示高带宽切片所占比列。

3.3 电力安全培训平台功能设计

基于虚拟现实技术的电力安全培训平台从功能上可以划分为两个大部分，即典型故障模拟功能和标准化电力安全培训功能，电力安全培训又可以划分为电力线路培训、变电站培训。

在进行培训时需要用到结合场景漫游，对环境和设备进行虚拟化展示，将设备和环境通过虚拟化的手段展示在电力作业人员眼前，通过对周围信息进行感受，完成操作，并将结果反馈，从而实现与虚拟现实培训平台的交互与控制。平台功能架构如图1所示；场景的层次架构如图2所示。

图1 电力培训平台功能架构

图2 场景层次架构

电力线路培训主要涵盖了七方面内容：

（1）安全组织措施培训：能够对电力线路的工作票、工作监护、工作许可等进行模拟，提高电力作业人员的安全意识，规范电力生产作业流程。

（2）安全技术措施培训：能够模拟电力作业人员对保安线、接地线、围栏等停电、验电安全技术操作。

（3）电力线路运维培训：模拟电力线路巡检及倒闸操作，对电力作业过程中的注意项进行特殊关注。

（4）带电体周围作业培训：模拟带电体周围作业环境，强调关注事项，进行安全防护措施培训。

（5）配电设备作业培训：强化电力作业人员作业流程，只有严格执行流程，才能够完成作业流程，如果未按照流程，则无法完成培训任务。

（6）带电作业培训：模拟带电作业环境，能够为电力作业人员提供全面、系统的带电作业培训，强化电力作业人员安全防护意识。

（7）安全工具使用培训：模拟常规安全工具的操作，加强对安全工具的运用培训。

变电站培训涵盖了五方面内容：

（1）安全组织措施培训：能够对电力线路的工作票、工作监护、工作许可、工作间断转移、工作终结等进行模拟，提高电力作业人员的安全意识，规范电力生产作业流程。

（2）安全技术措施培训：能够模拟电力作业人员对保安线、接地线、围栏等停电、验电安全技术操作。

（3）带电作业培训：模拟带电作业环境，能够为电力作业人员提供全面、系统的带电作业培训，强化电力作业人员安全防护意识。

（4）高电压电力设备工作培训：此项工作危险系数高，培训中要重点关注安全问题，还包括了检修作业流程以及工艺技术标准。

（5）六氟化硫电力设备工作培训：依托于六氟化硫的的特性构建模拟环境，进一步规范化对于六氟化硫电力设备的操作，避免事故发生。

4 应用分析

4.1 可视化培训

电力线路可视化应用，可以让电力作业人员基于虚拟现实技术，虚拟进入作业现场完成电力培训任务，可以规范电力作业人员的工器具的具体使用操作流程，具有实际操作、维护检修的功能，同时能够实时对电力作业人员的具体操作行为进行实时的记录，系统会随时纠正电力检修作业人员不规范的操作方法。此种培训方式克服了传统实地进行培训的种种弊端，具有显著的实用性和经济性。

4.2 巡检预警培训

通过虚拟现实技术模拟不同环境下的空间距离变化，树木生长高度、生长速度等相关参数，并根据电力线路实际运行环境，预测树木与电力线路之间的安全距离，当触发安全距离的警告阈值时，则会触发检修系统的巡检预警功能，帮助电力作业人员完成电力培训任务。

5 结束语

综上所述，在电力安全培训方面，虚拟现实技术发挥了极其的重要作用，实现了真实环境与模拟仿真技术的有机融合，实现了实用性、互动性、娱乐性于一体的协调组合，突破了常规事务表达方式的局限，完成了三维建模、实景构建、网络构建等工作。有效的提高了电力安全培训的效率和培训效果，激发了电力作业人员的学习热情。

随着科学技术的进一步发展，虚拟现实技术的应用也会逐步进行大规模扩展，逐步涉及到工农业生产和日常生活的方方面面。借助于虚拟现实技术，能够大幅度降低电力作业人员的安全培训成本，多方面提高电力作业人员的技术能力，有着十分光明的应用前景。