摘要：安全是电力生产的重大研究课题，但由于电网具有高危险和不可轻易停电的特殊性，传统的培训方式在电力安全生产培训中的效果并不是很理想。本文提出了通过建立基于虚拟现实（VR）的电力安全生产教育馆进行电力安全生产培训的方式，结合电力安全生产实际，阐述了基于VR的电力安全生产教育馆的设计方案与实现。应用结果表明系统具有较高的实用性。
关键词：电力行业；安全生产；培训；虚拟现实
1 前言
电力行业是高危行业，安全生产是保障社会正常运转的前提。目前电力安全教育培训、作业培训中普遍采用的“安全教育活动室”、平面纸质培训模式，由于场地、空间以及展现形式限制，展示的内容枯燥、形式单一，导致参训人员积极性不高、兴趣不大，使得安全教育经常难以达到预期效果，与电力行业日益提高的安全教育培训要求差距逐步增大。近年来，随着智能电网建设逐步深入，针对配电作业标准化的生产管理需求，配电员工操作技能培训存在培训模式和培训手段创新的迫切要求。针对目前安全生产教育培训中存在的培训周期长、培训效果差、培训手段不足的问题，本文基于虚拟现实技术（VR）安全生产教育培训研究及110kV变电站模型的基础上，构建虚拟体素材库及虚拟场景，并以玉溪电网管辖范围内110kV和220kv变电站为蓝本，打造完整的“110kV/220kv变电站”虚拟训练场景，完成搭建、优化电力设备及周边环境虚拟体场景，为安全培训提供贴近真实环境的电力设备运行状态和发生事故时的状态描述，加速学员对安全生产知的掌握，直观学习，提高从业人员的实际操作能力，同时降低企业的教学、培训成本，改善培训环境，为初步形成基于VR的安全生产教育培训模式进行积极探索。
2基于VR的电力安全生产教育馆
VR普及应用的最大瓶颈是内容资源贫乏。因此要建设一个基于VR培训室或者培训基地，只有极少的培训内容和资源，难以达到建设目的。内容贫乏的主要原因不是人才也不是创意和创作，而是受制于过高的成本。如何降低成本，解决VR资源短板，构建一个区域性的VR电力行业应用资源库成了亟需解决的问题。玉溪供电局结合自身的条件，以及现已积累的基于虚拟现实技术（VR）在安全教育方面的应用经验，定位以虚拟现实、增强虚拟为主要研究和实现方向，进行电力安全生产教育馆的设计及实现。内容包括两大部分：一是虚拟体资源库构建；二是VR平台建设。
2.1虚拟体资源库构建
资源库是基于互联网+虚拟现实技术研发及服务平台实现资源共享，统筹规划，合理建设的培训资源。包括培训基础资源、设备虚拟资源和虚拟场景资源。其中，培训基础资源包括绝缘安全工器具、一般防护安全工器具、安全围栏（网）和标示牌三大类的结构解析和使用演示，以及以110kv和220kv变电站为实例的变电、输电、配电及调度等虚拟场景和支持培训需要的安全生产培训所需的全景照片和全景视频及其它特定场景全景。
2.2 VR平台
VR平台是玉溪电网安全生产虚拟现实实训基地，是VR子场景的统一入口及管理区，包括宣传区、警示区、训练区、实景区。其中，宣传区以安全生产教育展馆为主要内容；警示区包括开关柜停电检修触电、高空坠物、高空坠落等；训练区包括工具识别、高空栈道、道闸操作等；实景区包括110KV和220kv变电站、配电网杆塔作业区等。
（1）宣传区
宣传区，以安全生产教育展馆为主要内容，配以展板、视频等的形式展现电力安全的基础知识，建设成果等内容，主题场馆包括安全知识区、安全警示区、安全荣誉区、实操训练区和全工具器识别督察推演区，展馆配套中心花园、安全动漫长廊、玻璃穹顶展厅等辅助场景。
（2）警示区
警示区针对电力事故进行场景模拟重现，主要针对110KV、220kv变电站开关柜停电检修触电、高空坠物、高空坠落以及安全距离识别（高压）训练和安全警示科目等进行实现。
（3）训练区
训练区针对电力作业任务，进行工具介绍、作业区域性场景模拟，实现作业训练，在现阶段主要针对工具识别、操作和佩戴、高空栈道、110kv和220kv变电站中倒闸操作和10KV开关柜停电检修操作。提供多人互动操作演练，实现相对规范的多人配合式模拟操作互动场景。
（4）实景区
实景区针对电力变电、配电、输电三大业务，进行相关实景模拟，在现阶段主要针对110KV变电站、配电网杆塔作业区进行实景模拟。实景采集照片信息时，分辨率在7360*4912以上，并实现变电站720°全景展示。实景位置、距离与实际误差不超过10厘米。
3 关键技术
VR显示硬件采用HTC Vive序列设备。软件采用3ds Max进行原始模型构建，采用最为流行的次世代游戏引擎Unreal Engine 4（虚幻4）进行应用开发，并通过图像获取、鱼眼图像矫正和图片匹配实现图片拼接，建立模型中的全景图。VR技术将采用SteamVR通用技术，HTC Vive由SteamVR 提供支持，通过Steam VR追踪技术和陪护人引导系统，提供出色的就座、站立和房间规模VR虚拟现实体验，实现自由探索并与虚拟世界进行前所未有的互动。另外，针对现有虚拟现实设备空间定位存在的不能满足大范围应用的问题，提出了虚拟场景的无限移动系统设计方法，通过构建虚拟现实技术外部设备模拟人的自然行走，将行走动作传输到VR系统中进行量化，实现模拟移动来达到空间拓展的目的。在本项目中，采用Vive的定位基站，结合KAT无限跑步机，通过多路光学跟踪器信息采集，实现虚拟场景的无限移动系统，达到定位基站空间的无限拓展，在很大程度上提升使用者的体验感、参与感。
4 结论
安全意识是电力安全的重要课题，专业人员触电时有发生，可能不是因为他们专业技能不够，而是因为安全意识淡薄。通过建立VR安全生产教育馆，构建维修场景，将一些常用的安全器具做成模型，置放于安全工具器识别馆，将典型的作业环境变压室、变电站主控室等做成场景，学员可以进入幻境中对这些工器具进行识别、操作和训练，同时选择具有安全教育意义和典型性的触电事故/事件，利用虚拟现实技术重现当时场景，这对于提高员工的安全生产技能和意识有重要的意义。系统已在玉溪供电局安全生产部门以及本局下属单位安监部门进行部署，并组织了包含云南南方电网公司在内的省内多家同行业企业进行观摩指导。同时系统在本行业省内外电力单位中得到了较为广泛的宣传。
参考文献：
[1]庄春华，王普.虚拟现实技术及其应用[M].电力工业大学出版社，2010，82-98.
[2]马雁.电气设备作业指导及危险点预控.北京：中国中国水利水电出版社，2010，2-16
论文作者:张志荣,杭斌,刘博
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
标签：安全生产论文; 虚拟现实论文; 场景论文; 变电站论文; 电力论文; 玉溪论文; 实景论文; 《电力设备》2019年第9期论文;