摘要 虚拟现实技术虽然已经在包括军事教学、体育专项训练、飞行驾驶操作、汽车驾驶、机床操作等领域被广泛应用，但在民航特别是空管系统内的应用却不够丰富。本文针对空中交通管理局这个特殊部门，无法实地开展电力培训的问题，提出利用虚拟现实技术模拟出配电站以及机房各种配电柜的实际情况，让一线员工在不影响设施设备正常运行的情况下，能够集中在教室中身临其境的进行与电力操作相关的各种培训。
关键词 虚拟现实 技术航站楼 电力培训
一、前言
贵州空管分局管理各种设施设备是否运行正常，直接关系到旅客的出行安全。为了保障设备的正常运行，对设备运维人员的技术培训必不可少。但现阶段对设备保障人员的培训，大多采用老员工手把手带新员工的方式，或者采用幻灯片等形式进行课堂讲解。前者对于新员工而言，学习时间较长，需耗费大量时间才能掌握核心技术；后者由于是静态的图片展示，往往无法形象且完整的展示出航管小区内变电站以及机房众多配电柜的实际情况，从而导致培训效果不理想。作为一项在培训教学中广泛应用的新技术，虚拟现实技术虽然已经将各类培训提升到了一个新的高度，但针对机场空管局的电力培训，应用还不够广泛和深入。由于空管系统设备的正常运行，事关航班的进港、出港以及旅客的安全出行，所以对设备运维人员的相关技能提出了一定的要求。为了让一线的设备运维人员不仅能够掌握最基本的操作技能，并且能够及时处理突发的停电事故，故将虚拟现实技术与空管电力培训相结合，成为保障飞行安全的另一条有效途径。
二、虚拟培训系统
虚拟培训系统利用虚拟现实技术构造出培训人员所需的培训场地，从而为培训人员提供逼真且生动的环境。现阶段，虚拟培训系统往往利用3D MAX 来进行三维建模，从而构建出与实际环境相同的培训场景。现阶段的虚拟培训系统大致分为四类： 桌面虚拟现实、沉浸式虚拟现实、增强现实性虚拟现实以及分布式虚拟现实。航站楼电力培训系统采用沉浸式虚拟现实系统，该系统主要由知觉管理系统和虚拟场景系统构成， 其中知觉管理系统主要由头盔显示器、三维鼠标以及数据手套等交互设备组成， 虚拟场景系统则利用3D MAX 构建出培训所需的虚拟环境。如图1所示培训人员戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。培 训人员与虚拟环境中各种对象的相互作用，就如同在现实世界中一样，当培训人员移动头部时，虚拟场景系统会将 场景的变化通过知觉管理系统传递给培训人员；而当培训 人员进行具体的电力操作时，知觉管理系统会在第一时间 将捕捉到的操作指令，传递给虚拟场景系统，此时虚拟环 境中的图像会根据培训人员的具体操作进行相应的变化。 综上所述，现阶段的虚拟培训系统之所以大多采用沉浸 式虚拟现实，不仅是因为其技术成熟，更重要的是其能够有 效提高培训人员与虚拟场景以及现场的交互能力，从而为沉 浸式虚拟现实系统与各类培训相结合打下了坚实的基础。
三、空管系统电力培训
电力培训系统基于3D虚拟现实技术，依托于沉浸式体感互动仿真培训平台，以航管小区内各配电站和配电机房的实际环境为基础，借助 3D MAX 虚拟现实技术，构建出培训人员需要在实际工作中接触到的各种配电柜，并且沉浸式体感互动仿真培训平台还具备不同程度的体感反馈，可以让培训人员身临其境地置身于实际工作环 境中，直观、逼真的观察航站楼配电机房内各种电力设备 的状态，实现虚拟场景与现实场景的实时同步。利用 3D MAX构建出的配电柜和配电机房三维效果，航管小区电力培训系统营造的 3D 虚拟配电机房场景主要由各种 3D 电力设备（例如变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、操作机构、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器以及室内电力监控仪表等）组成， 将不同3D设备逐一安排布置于虚拟环境之后，详细的对设备行为能力进行描述（如设备模型的颜色变化和形态变 化等），再采用光源、背景、控制面的调和衬托，从而营造出逼真的 3D 虚拟航管小区配电机房。 航管小区培训系统能够模拟变电站正常、异常以及故障时的各种状态，如果培训人员的模拟操作改变了变电站的网络拓扑结构，电力培训系统仿真软件会自动重新计算并将仿真结果立即传送给虚拟保护自动装置，再由这些装置进行计算并做出正确反应，模拟的操作过程和结果与实际现场基本一致。在进行虚拟电力培训过程中，培训人员可以通过电力设备颜色和形态上的变化，学习辨别设备的实时状态。动态潮流、频率、电压等运行参数以及变压器和母线负荷状态、刀闸开关状态也会在三维场景中得到直观的体现（例如当变压器油温过高时，变压器三维模型会 变为红 色）。电力培训系统可以让培训人员大胆的尝试各种操作，而不用担心因误操作引起停电跳闸，从而影响航班的出港以及旅客的安全出行。此外，利用虚拟现实的视觉技术，可以非常清晰地了解到培训人员的实时视角，如果他们没有根据培训的内容看正确的方位，或者进行正确 的操作，培训老师会第一时间知道，从而可以在培训过程中及时的对受训人员进行指导和纠正。
更为重要的是，当培训人员因误操作而导致触电等事故时，虚拟现实技术也可以相应的给予培训人员视觉、听觉以及体感上的反馈。这相当于在确保培训人员人身安全的前提下，让其体会到忽视安全生产可能带来的严重后果，从而起到警示作用，大大降低试错成本，有助于加强培 训人员对事故后果的认知，进而提高自身安全意识，加强安全生产责任心。 通过虚拟现实技术，我们还可以逼真的模拟出如雾天、下雨、下雪等恶劣天气情况，从而再现出机场航站楼大面积停电的部分事故场景，对此类重大事故进行针对性的应急演练，有效提升员工处理意外事故的应变能力。
四、结论
虚拟现实系统能够真实再现客观环境，使人充分沉浸在所创造的虚拟环境中，因而对于各类培训具有重要意义。将虚拟现实技术与机场航站楼电力培训相结合，不仅能够提供安全、经济、不受气候条件和场地空间限制的应急演练手段，解决外界因素对实地培训产生的干扰，而且还能有效避免在实地培训操作过程中产生的各种问题，从而降低一线设备运维人员在实际电力操作中的失误率，使其尽快掌握工作所需的核心技术，提升航站楼电力设备维护的工作效率，为旅客的出行以及航班的正常起降提供强有力的后勤保障。
参考文献
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论文作者:蒲刘学
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/16
标签：虚拟现实论文; 人员论文; 系统论文; 电力论文; 技术论文; 设备论文; 操作论文; 《中国电业》2019年第12期论文;