输电线路运检三维仿真培训系统设计和开发探析

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1、输电线路运检三维仿真培训系统设计和开发探析　　摘要：在保证人员安全的前提下，为进一步提升培训效果，提出了一种应用于输电线路运行与检修的三维仿真培训系统。该系统基于虚拟现实技术开发，利用三维建模技术以及线路元件参数还原了输电线路的虚拟场景，采用可视化交互技术使培训人员与虚拟场景进行交互，使用Quest3D搭建平台实现了培训系统的各功能模块。主要介绍系统的特征、功能以及系统开发与实现过程中的关键技术。该系统电力企业培训带来了一种有效的方式，弥补了传统培训的不足，提升了培训效果。关键词：输电线路；运行与检修；虚拟现实；仿真培训输电线路运检工作的业务

2、范围涵盖了超特高压交、直流所有电网的运行维护和检修，具有高智力、高技能、高风险等特点，对工作人员的理论素质和操作技能都有很高的要求，但是目前针对运检工作的各种培训方式都存在一定的缺陷，极大地限制了培训效果。为弥补传统培训的不足，本文提出了基于虚拟现实技术的输电线路运检的三维仿真培训系统。7近年来，虚拟现实技术逐步应用在电力培训中，如文献[1]提出了一种变电站仿真培训系统，文献[2]设计开发了有关电力安全的仿真培训系统，但是这些系统仅限于仿真软件的开发，交互性不强且培训模式单一，使得培训效果没有得到较大的提升。本文提出的培训系统既具有虚拟现实技

3、术的全部特点，又提出了完整的培训模式。在实际培训中由理论知识到实际操作，由学习到考核，建立了完整的培训体系。培训人员可在循序渐进的学习过程中全面提升自身的理论素质和技能水平，大大增强了培训的效果。一、系统特征及功能1.系统特征虚拟现实的应用范围非常广泛，包括科学可视化、设计与规划、教育与培训、遥感操作、艺术与娱乐等领域。[3]在输电线路运行与检修的培训中采用虚拟现实技术能为培训人员提供的视觉、听觉和触觉反馈，得到几近真实的感受，与现实教育培训基地或设施相比，输电线路运检三维仿真培训系统具有仿真性、可操作性、对应性的特征，能够在保证培训人员安全

4、的前提下提升培训效果。具体特征如下：7（1）仿真性。仿真性是指培训系统实现了对输电线路运检的工作现场、工作流程及操作动作的全仿真。受训者在构造的输电线路虚拟场景中，通过自由变换虚拟场景的视角，可以浏览到输电线路的所有元件以及虚拟人物的动作细节，仿真了整个作业现场；通过体感设备，培训者可以做出动作与虚拟设备发生交互，从而仿真了作业中的实际操作。系统的培训效果与仿真性有直接关系，只有在如同真实的环境中进行实际操作才会使培训人员尽可能学习到作业的关键技术、危险点等。（2）可操作性。可操作性是指仿真培训系统采用与实际工作中相对应的操作设备，这些设备为

5、培训人员提供了接近真实的操作方式。[4]如受训者在培训系统中正在进行某项停电检修作业，作业中需要工器具时培训人员能够抓取虚拟的工器具，并使用工器具对虚拟设备进行操作。可操作性是虚拟培训系统实际运用的必备特性，培训人员可以主动地在虚拟的输电线路工作环境中进行作业，通过对感受到的信息进行思考和分析，形成自己想要的动作或策略，通过操作设备反馈给系统，实现与系统的交互和控制。[5]（3）对应性。对应性是指培训系统是有针对性的培训：一是培训方式对应实际工作，现在输电线路运检三维仿真培训系统中按照不同的电压等级、不同的作业项目进行输电线路运检工作的讲解，

6、具体作业项目如运行工作中的线路定期巡视、测量工作中接地电阻测量、停电检修工作中500kV停电清扫污秽绝缘子、带电作业中500kV带电更换单片绝缘子。二是培训对象对应不同人员的自身状况，对不同基础、能力和培训状况的学员开展针对性的培训。2.系统功能7输电线路运行与检修三维仿真培训系统的主要功能模块的划分如图1所示。主要包括基础分析、仿真训练、考核评价、培训管理。培训是一种由理论知识到实际操作、从学习到考核的循序渐进的过程。（1）基础分析。基础分析借助输电线路的三维仿真场景，将典型500kV线路的组成包括导地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、接地装置

7、等进行一一展现及介绍，让学员在进实操培训前，学习掌握到输电线路基础知识。（2）仿真训练。仿真训练主要帮助培训人员提升操作技能，是通过具体的作业项目进行培训的，如测量工作中接地电阻测量。培训人员通过控制设备与虚拟场景进行交互，掌握作业流程、作业关键点以及危险点等。此时可进行单人操作练习，也可以利用网络技术进行多人的协同作业，在仿真作业的同时，培训人员可以随时进行资料查询，包含作业指导书、各项规程标准等资料。（3）考核评价。考核评价的目的是在阶段性培训后对学员的学习情况进行评定，包括理论考试和实操考试。理论考试主要包含作业指导书、电力安全作业规程

8、、工器具使用等基本内容；实操考试是在仿真训练的基础上开发的考试模式，对学员的各项操作进行考核，评估学员的实操水平。7（4）培训管理。培训管理的目的是保证仿真培训工作