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基于VR+的变电运维培训系统设计研究

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谭泊++王玲++林峰++马艺闻?+任韵洁+?张一哲

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.019

摘要：变电站智能化的深入、新能源设备的不断接入，对变电运维人员的综合素质提出了更高的要求。虚拟现实作为前沿技术，为培训方式的变革带来了新的契机。本文将VR技术、大数据技术引入培训工作，设计并建立一个基于VR、大数据平台的变电运维培训系统。该系统可可提供培训者的“诊断书”，为公司人资部、地市公司以及培训者个人提供培训规划，建设一支高水平变电运维人才队伍。

关键词：虚拟现实技术变电运维培训系统

：TP391：A：1672-3791（2017）09（a）-0019-02

1项目背景

1.1变电运维实际培训需要

调研发现，陕西系统变电运维岗位人员数量较多，达到近2300余人，其中330kv及以上运行人员1100余人，110kv及以下1200余人，培训需求人员基数大。同时，目前的变电运维培训多以平面仿真系统培训为主，操作人员只能通过软件对一二次设备进行感官认识，无法体会实物操作过程，与工作现场有着明显的差异。

1.2虚拟现实（VR）技术发展

VR技术以构造虚拟现实环境为基础，大大提高了变电站场景的真实感、沉浸感和可交互性，可以让学员身临其境地置身于各种真实、复杂、难度不一的电力生产虚拟现实环境之中。在这种环境中，学员不仅可以大胆尝试各种实际操作，更为重要的是，当学员因误操作而导致事故时，VR技术也可相应给出视觉、听觉、体感上的“小刺激”。

1.3构建大数据培训平台的普遍要求

当前的培训模式下，无法依据培训数据对培训者进行全方位分析。本培训系统具有培训大数据分析功能，使用数据挖掘等方法，实现信息的有效提取、分析。同时，该系统还可参考变电运维岗位评价标准对培训者进行综合素质测评，为公司人资部编制培训计划，地市公司岗位人员安排以及培训人员安排给出建议。

2项目概述

VR技术是融合众多的视、听、触信息，以3D模拟的形式展现给使用者。将VR技术引入变电运维岗位培训中来，通过人机交互技术以及触觉反馈技术，受训者在虚拟空间中进行模拟操作，以安全的、有良好视觉效果的和人机互动的方式身临其境，使得培训效果大大提高。

2.1引用虚拟现实技术

将虚拟现实技术应用到变电运维岗位培训过程中，还原生产现场工作场景，提升了展示效果，实现了变电运维人员沉浸式培训体验。同时打破了传统培训的时间、空间限制，培训者使用设备可在任意地点、任意时刻进行培训，缩短培训周期，有效地解放了培训师以及培训者时间，提升了培训效率，节约了培训成本。

2.2共享资源素材

构建出变电运维岗位人员岗位胜任能力模型，充分考虑学员创新精神和动手能力。统一VR编辑器，建立云端海量共享資源素材库，为培训师、学员提供自由发挥的空间，激发培训者兴趣，努力把学习者转变为创造者。

2.3构建培训大数据中心

运用大数据管理技术，构建培训大数据中心，为培训管理提供统一权威数据源，实现培训数据信息共享。系统相关数据通过统一规则存储在培训大数据中心，保证了数据的独立性、可靠性、安全性和完整性，减少了数据冗余，有效提高了数据获取效率及共享水平，并可对这些数据进行充分挖掘和应用，为培训效果分析、培训计划安排以及变电运维岗位人员胜任能力评价奠定了坚实基础。

3培训系统设计

根据变电运维岗位典型工作任务，构建VR技术的变电运维培训系统，主要包括VR环境下的模拟操作系统、培训考核系统以及基于大数据的数据分析系统三部分，以期对变电运维人员的综合能力进行培训、考核、分析。系统操作涵盖变电运维专业的设备巡检、倒闸操作、异常及故障处理等标准化培训教学流程。

3.1设计理念

基于VR+的变电运维培训系统具备可视化管理界面，设计人员可以通过“所见即所得”的方式对虚拟场景进行设计和调整。引擎系统能够管理系统中所有资源的接口，允许设计人员能够针对特定需求设计和添加功能模块。同时，模拟操作环境还可以通过设置，将设备的安全操作规范、注意事项等以文字、图像的方式呈现在学员眼前，说明并引导学员进行操作。除此之外，充分考虑培养学员创新精神和动手能力，统一VR编辑器，建立云端海量资源素材库，为培训师、学员提供自由发挥的空间，把学习者转变为创造者，具有一定的前瞻性。

3.2系统环境

软件环境。包括培训平台、VR编辑器、VR资源库、数据库系统等。

硬件环境。包括VR头戴显示设备、振动手套、主机、网络设备等。

3.3系统构成

模拟操作系统。主要建立了一个包含3D动画、声音以及振动的虚拟环境系统，可通过视觉、听觉、触觉等形式反馈给操作人员。支持操作人员进行交互式的模拟操作训练，将操作过程和结果通过仿真动画的形式可视化地呈现出来。培训者进