虚拟现实技术在电力安全培训的应用

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摘要：针对电力系统现场培训危险系数高、实训场地较少等问题，利用虚拟现实技术在电力安全培训中的优点，介绍了电力安全培训虚拟现实技术路线和主要技术方案。应用实践证明，虚拟现实技术在电力安全培训中取得了较好效果。

关键词：虚拟现实技术；电力安全；培训

随着电网结构日益复杂、电力设备技术水平持续提升，对电力员工的安全生产意识、安全操作技能、安全应急能力提出了越来越高的要求。为提高一线员工岗位安全操作技能，电力企业每年组织开展大规模安全培训与技术比武，但目前电力设备的操作培训大部分基于实物开展，人力和物力损耗大，且带电操作过程中存在一定的安全风险。本文探索在安全培训中运用虚拟现实技术模拟各种工作现场和事故场景，从而有效提升安全培训效果。

1电力安全培训现状

1.1电力作业人员安全素质参差不齐

电力企业员工数量较多，人员构成复杂。部分年龄较大的员工学历不高，接受新知识、新事物能力较差。电力企业新员工安全意识不强，现场实操经验不足，安全风险较大。随着电力技术发展，新知识、新技术不断涌现，员工安全素质需不断提高，可通过开展直观、实用、有效的安全培训，降低现场作业人员安全风险。

1.2现场实际作业培训较少

由于电力行业的特殊性，设备常年处于运行工作状态，现场实际作业培训具有较高的触电风险。目前，电力企业安全理论知识培训较多，安全实操培训较少，常用的安全培训方式多为学习和考核电力安全工作规程、学习电力行业的事故通报与事故案例等，培训内容较枯燥，形式较单一。

1.3实训场地较少

电力企业供培训使用的实训场地较少，且实训场地建设投资大、周期长。现有实训场地不能包括全部工种、全部作业流程，导致某些作业项目无法进行实操培训，只能采取项目讲解、观看作业视频等培训方式。

2电力安全培训应用虚拟现实技术的优点

虚拟现实技术利用计算机模拟产生带有视觉、听觉、触觉等感知的三维空间虚拟世界，通过人机交互让用户身临其境，沉浸在虚拟世界中进行体验［1］。虚拟现实技术突破了场地、设备、师资等时间和空间因素的限制，理论上虚拟现实技术可模拟电力实际工作中的任何场景，为电力企业员工提供不同专业、不同场景的安全培训。

2.1模拟现场作业场景

虚拟现实通过实时三维计算机图形等技术［2］，能较真实地模拟电力作业现场环境和作业流程，学员在虚拟环境中的感官体验与现实环境中的真实感受区别不大，具有很强的沉浸感。同时，虚拟现实技术具有较好的交互性［3］，参培人员通过肢体动作或语言，可以在虚拟世界中进行操作并得到反馈，例如能够实现倒闸操作、设备巡检、消除缺陷等实际操作。

2.2模拟风险事故场景

虚拟现实技术可模拟人体触电、跨步电压、高处坠落、高空坠物等电力现场作业常见的伤害场景［4］，以及输电线路巡检、高空行走、带电作业等高风险作业项目的安全事故，使参培人员真实体验各类安全风险的后果。此外，可通过现场互动考核参培人员发生事故时采取的应急处置方法与措施的正确性，提高其现场应急处置能力。

2.3提高培训效果

培训师可通过虚拟现实技术，在虚拟作业环境中模拟违章行为、设置设备隐患等，让参培人员在虚拟现场中查找不正确的作业行为和现场存在的不安全因素。虚拟现实硬件设备一次性投入，可多次重复使用，能针对变电、配电、电力营销等不同专业，开展不同场景下的培训，以提高培训效果。

3虚拟现实技术在电力安全培训中的应用

某培训机构主要承担新入职员工培训。新入职员工是在互联网时代成长起来的年轻人，相比单纯的理论讲授，更加偏好体验式、探求式的学习方法。该机构按照“正向实训、逆向体验、虚实结合”的原则，探索应用虚拟现实技术，建设安全体感实训中心，并应用于员工培训中，取得了较好的培训效果。

3.1安全体感实训中心的主要特点

1）突出互动性。在安全体感实训中心，由培训师指导，学员进行自主学习。培训方法突出交互式、体验式。2）突出系统性。在安全体感实训中心，可进行安全意识、事故警示、应急救援技能等方面的培训，并侧重对安全事故事先预防、事中控制、事后应急的全过程技能培训。3）突出实操性。基于虚拟现实技术的电力安全培训，将知识灌输转变为各种形式的主动学习，通过虚实结合、实操和仿真结合等方式，提高学员的参与度。4）突出共享性。综合考虑各专业安全培训需求，安全体感实训突出共性和基础需求，统筹建设体感实训专区和虚拟仿真实训专区，多专业共享一套设备，提高实训设施的使用效率。

3.2安全体感实训中心构建思路

安全体感实训中心构建的技术路线如图1所示。图1技术路线图采用3D建模技术，对电力企业各作业场景进行建模，模拟现场实操环境，形成3D模型库。为获得更好的感观体验，采用虚实结合方式，在现实环境中搭建操作时用到的安全帽、安全工器具等设备。虚拟现实系统中的控制模块可通过检测模块和反馈模块与参培人员进行交互，配合声、光、电等方式，通过视觉、听觉、触觉等作用于人体，使其身临其境。

3.3安全体感实训中心技术方案

安全体感实训中心设置安全文化区、警示教育区、安全体感区、安全虚拟仿真实训专区四部分。3.3.1安全文化区采用讲解、视频、全息展示等方式，展示公司安全文化，主要包括国家和电力行业的安全要求、行业的安全特色做法等。通过安全文化区，使受训员工加深对安全文化内涵的理解，自觉践行安全文化。3.3.2警示教育区该区包括人身安全和电网安全2个警示模块，通过软硬件相结合方式，选取电力系统内典型的安全事故案例，实现人机交互。人身安全警示模块，以电网重大反事故措施为重点，再现停电作业不按规定验电、擅自解锁进行倒闸操作、高空作业不正确使用安全带等造成的人身事故案例。电网安全警示模块包括输电线路警示、变电警示、配网警示等子模块，通过模拟电网事故场景，展示电网事故带来的巨大损失。3.3.3安全体感区将实体设备与AR（AugmentedReality，简称AR）眼镜相结合，全面展示工作场景。安全体感区能体验跨步电压、触电体感、电弧灼伤、开关柜误操作体感、高空坠落体感、物体打击体感、带电挂（合）接地线体感、高空线路行走体感等。3.3.4安全虚拟仿真实训专区安全虚拟仿真实训专区包括公共安全、事故还原、安全应急3个模块，可完成13个虚拟现实实训项目，主要采用虚拟现实技术眼镜及3D仿真等方式进行培训。公共安全类包括火灾体验、地震体验、现场隐患排查、高空感知4个项目。事故还原类可模拟因安全距离、高压感应电等造成的安全事故。安全应急类包括营地搭建、应急救援、应急搜救、应急破拆、消防专项应急、保供电6个项目。

3.4培训效果

安全体感实训中心建成后，该培训机构组织新入职员工开展了安全体感式培训。通过电力生产事故、电力安全工作规程和标准化作业、现场急救等场景的展示，达到了警示教育的目的；通过音频和视频、图像和虚拟现实技术再现重大生产事故的过程，让学员从事故中吸取教训，达到了按章操作、杜绝违章的培训目的。

4结语

基于虚拟现实技术的电力安全培训能够模拟电力作业现场，将抽象复杂、晦涩难懂的安全技术技能知识以更直观、生动、全面的方式呈现出来，降低了电力安全事故发生的风险，为电力企业安全培训提供了有效解决方案。

参考文献

［1］王贤坤.虚拟现实技术与应用［M］.北京：清华大学出版社，2018.

［2］潘缘，邓国平，吴秋菊.虚拟现实技术在电力系统中的应用及发展［J］.武汉大学学报（工学版），2003，36（3）：146-147.

［3］吕浩.VR虚拟现实技术在教育领域的应用前景研究［J］.计算机产品与流通，2020（10）：6.

［4］周泽伟，冯毅萍，吴玉成，等.基于虚拟现实的流程工业过程模拟仿真系统［J］.计算机工程与应用，2011，47（10）：204-208，216.

作者：王超 李功克 单位：国家电网有限公司技术学院分公司