CN109243241A - 基于vr技术的配电网作业仿真培训系统及方法 - Google Patents

基于vr技术的配电网作业仿真培训系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于VR技术的配电网作业仿真培训系统及方法；所述配电网作业仿真培训系统，包括VR眼镜端(100)以及服务器端(200)；服务器端(200)包括：设备认知模块(210)，用于通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；作业实践模块(220)，与VR眼镜端(100)通讯连接，用于基于VR眼镜端(100)的操作命令，对应操作虚拟化设备；VR眼镜端(100)还用于将作业实践模块(220)对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。本发明的配电网作业仿真培训系统及方法设计科学，实用性强。

Description

基于VR技术的配电网作业仿真培训系统及方法
技术领域
本发明涉及配电网作业培训技术领域，尤其涉及一种基于VR技术的配电网作业仿真培训系统及方法，其有效承接一体化系统信息的应用成果，通过VR技术在配电网作业中的应用研究，使得工作人员可以在模拟现实环境下进行设备的认知、业务场景的学习方面做到安全、高效、低风险的业务培训。因此，基于虚拟现实(VR)技术的配电网作业仿真研究与应用具有重要应用价值。
背景技术
电力行业属于传统行业；传统行业在培训业务上仍旧采用比较传统的做法，如会议室讲解培训和现场实物操作培训等。在培训业务上，针对内部员工的培训，需要反复进行操练，在实际业务的培训当中危险系数较大，实际操作次数很少，效果不佳。针对外部群体(如社会大众群体)的参观学习型的培训，更是少之又少，其主要原因在于电力设备是高危险型设备，设备比较笨重，在培训的过程中很难精细化指导。因此，需要一种能够使得被培训人员反复操练，同时操练过程的危险性低的培训系统及方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种基于VR技术的配电网作业仿真培训系统及方法。
本发明所提出的技术方案如下：
本发明提出了一种基于VR技术的配电网作业仿真培训系统，包括VR眼镜端以及服务器端；
服务器端包括：
设备认知模块，用于通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；
作业实践模块，与VR眼镜端通讯连接，用于基于VR眼镜端的操作命令，对应操作虚拟化设备；
VR眼镜端还用于将作业实践模块对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
本发明上述的配电网作业仿真培训系统中，作业实践模块还用于针对业务设计相应的操作情景；并在操作情景下给出相应的风险提示以及智能指引。
本发明上述的配电网作业仿真培训系统中，服务器端还包括：
风险交底模块，用于提供操作情景下对应风险提示的交底内容；
扩展模块，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评估。
本发明上述的配电网作业仿真培训系统中，扩展模块包括：
培训评分子模块，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评分；
培训大数据统计子模块，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果中所产生的数据进行统计。
本发明上述的配电网作业仿真培训系统中，服务器端还包括：
角色权限管理模块，用于设置操作人员权限限制；
外部实践模块，用于基于操作人员权限，限制对虚拟化设备的操作种类；
外部参观模块，用于部分地展示虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果。
本发明上述的配电网作业仿真培训系统中，服务器端还包括：
模块管理模块，用于增减和管理操作情景；
参数管理模块，用于调整虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果的参数。
本发明上述的配电网作业仿真培训系统中，VR眼镜端包括：
操控手柄模块，用于输入操作虚拟化设备的操作命令；
定位器模块，用于对操控手柄模块进行定位，以对应调整操作虚拟化设备的操作命令中的定位参数；
头戴式设备模块，用于将对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
本发明还提出了一种基于上述的配电网作业仿真培训系统的配电网作业仿真培训方法，包括以下步骤：
采用设备认知模块通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；
采用作业实践模块基于VR眼镜端的操作命令，对应操作虚拟化设备；
采用VR眼镜端将作业实践模块对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
本发明上述的配电网作业仿真培训方法中，配电网作业仿真培训方法还包括：
采用作业实践模块在操作情景下给出相应的风险提示以及智能指引。
本发明上述的配电网作业仿真培训方法中，配电网作业仿真培训方法还包括：
采用培训评分子模块对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评分；
采用培训大数据统计子模块对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果中所产生的数据进行统计。
本发明的配电网作业仿真培训系统及方法相对于传统的做法，避免了传统培训的危险性并反复模拟演练熟悉、安全施工、绿色无害避免电力施工操作培训中各种安全意外事故的发生；实现操作过程身临其境的现场即视感、沉浸式、空间感、直观性、互动学习性；提供无限次无情绪免费教导员，知识学习，视频观看，安全考核等基础培训；同时，还使得体验者能以事故当事人的身份和视角在VR虚拟环境中亲身体验安全事故的惨痛教训；此外，还激发了施工人员的浓厚兴趣和大大提升了企业的安全培训质量，形成了完整的、系统的安全培训模式，实现了技术员、现场管理人员、企业管理者和社会等多方共赢。本发明的配电网作业仿真培训系统及方法设计科学，实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明优选实施例的基于VR技术的配电网作业仿真培训系统的功能模块示意图；
图2示出了图1所示的配电网作业仿真培训系统的扩展模块的功能模块示意图；
图3示出了图1所示的配电网作业仿真培训系统的应用实施示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：需要一种能够使得被培训人员反复操练，同时操练过程的危险性低的培训系统及方法。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：构造一种基于VR技术的配电网作业仿真培训系统及方法，通过电力设备的三维建模，加上特定工作环境的建模，认识学习基本的电力设备会变得更加有趣，更加的易于接受；对于较为复杂的工作流的学习培训，也可以化繁为简，基于虚拟化的实验，直接动手能力会大大提高，学习培训过程更加的易于操作，平易近人。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，图1示出了本发明优选实施例的基于VR技术的配电网作业仿真培训系统的功能模块示意图。该配电网作业仿真培训系统包括VR眼镜端100以及服务器端200；
服务器端200包括：
设备认知模块210，用于通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；
作业实践模块220，与VR眼镜端100通讯连接，用于基于VR眼镜端100的操作命令，对应操作虚拟化设备；
VR眼镜端100还用于将作业实践模块220对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
在上述技术方案中，配电网硬件设备包括架空线路、杆塔、电缆、配电变压器、开关设备、无功补偿电容等配电设备及附属设施。
配电网试验设备包括绕组直流电阻试验设备、交流耐压实验设备和绕组电压比试验设备。
虚拟化设备虽然无实体，但是在实际应用中具有对应真实设备的所有功能，其操作过程和对应真实设备也没有任何差别。并且，虚拟化设备可以进行虚拟业务模拟，能够反复操作，不具有操作对应真实设备的危险。
进一步地，在本实施例中，作业实践模块220针对电力行业工作人员实际操作中流程长、操作繁杂的业务设计相应的操作情景；并在操作情景下给出相应的风险提示以及智能指引。通过作业实践模块220的这些功能，能够把繁杂的事物进行简单化处理，易于人们理解，便于实践人员进行真实操作。
进一步地，服务器端200还包括：
风险交底模块230，用于提供操作情景下对应风险提示的交底内容；
这样，通过风险交底模块230提前做好风险提示的交底内容，针对不同的业务，在对应的操作情景下，可以直接调用风险提示的交底内容。风险提示的交底内容作为参数，可以实时地添加到各种业务当中去，从而实现模块化管理。
进一步地，服务器端200还包括：
扩展模块240，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评估。
具体地，在本实施例中，如图2所示，图2示出了图1所示的配电网作业仿真培训系统的扩展模块的功能模块示意图。该扩展模块240包括：
培训评分子模块241，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评分；
培训大数据统计子模块242，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果中所产生的数据进行统计。
在这里，通过培训评分子模块241，可以实时地反映虚拟化设备的操作过程和/或操作结果是否符合指导内容和要求；实时地反映操作人员掌握的知识程度，有利于激发操作人员对待培训的认真态度。而通过培训大数据统计子模块242，能够统计大量操作人员实际操作的数据，便于操作人员做出正确的决定，便于后台维护人员进行数据的维护，比如参数的调整等。
进一步地，在本实施例中，服务器端200还包括：
角色权限管理模块270，用于设置操作人员权限限制；
外部实践模块250，用于基于操作人员权限，限制对虚拟化设备的操作种类；
在这里，通过角色权限管理模块270，给不同类型的操作人员分配对应的角色，以及对应的权限。优选地，基于不同的权限，可以有不同种类的操作动作；这样，通过角色权限管理模块270可以实现操作人员权限的批量化管理。
外部实践模块250针对外部从来没有接触过电力行业的社会大众群体，使其进行简单的实践操作，具有一定的社会教育意义。
进一步地，服务器端200还包括：
外部参观模块260，用于部分地展示虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果；
在这里，外部参观模块260针对外部从来没有接触过电力行业的社会大众群体，进行虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果的部分展示，并且，其展示内容较为浅显易懂。
在这里，设备认知模块210、作业实践模块220、风险交底模块230、扩展模块240、外部实践模块250以及外部参观模块260组成系统模块管理中心。
进一步地，服务器端200还包括：
模块管理模块280，用于增减和管理操作情景；
在这里，通过模块管理模块280，使得配电网作业仿真培训系统具有扩展性，对于未来可能出现的业务具有增加业务场景和项目的作用，具有发展意义。
进一步地，服务器端200还包括：
参数管理模块290，用于调整虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果的参数。
在这里，现实实践中，不同时期里，虚拟化设备及其业务的参数具有变化性，所以，参数管理具有重要意义。
进一步地，VR眼镜端100包括：
操控手柄模块110，用于输入操作虚拟化设备的操作命令；
定位器模块120，用于对操控手柄模块110进行定位，以对应调整操作虚拟化设备的操作命令中的定位参数；
头戴式设备模块130，用于将对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
进一步地，如图3所示，图3示出了图1所示的配电网作业仿真培训系统的应用实施示意图。在这里，优选采用云端部署的方法来组建IT架构，主要原因在于VR虚拟化设备的运行要求较高的高速存储单元，较高的内存空间，仿真环境的运行要求较高，类似于超高清反应灵敏的多人同服游戏，对于服务器配置较高，可扩展性高。VR运行对于计算力需求较大，存储驱动的计算机架构研究。加速器的使用有利于快速初始化VR场景，提高体验满意度。根据目前的情况，即VR体验馆的同时访问量不大，业务不繁杂，所以认为采用图3中的架构可以满足应用系统对用户访问量、培训业务处理能力和数据存储的要求。
通过本系统的部署，应用单位可以通过通信网路，对电力培训有一个全新的认识，让员工培训积极性加大，可以无限制的使用，随时访问学习重点设备，提高全员技术能力，提升工作效率。
具体实施如下：
依图1的结构建设配电网作业仿真培训系统，按照图3的网络部署方式，搭建VR体验馆系统，保证网络安全的前提下，提高网速，让配电网作业仿真培训系统运行良好。与其他电力设备可以进行联调测试，比如ERP系统等。将VR眼镜和服务器部署好，小规模测试，时长测试和吞吐量测试等，然后联调测试。
进一步地，本发明提出了一种基于上述配电网作业仿真培训系统的配电网作业仿真培训方法，包括以下步骤：
采用设备认知模块210通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；
采用作业实践模块220基于VR眼镜端100的操作命令，对应操作虚拟化设备；
采用VR眼镜端100将作业实践模块220对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
在上述技术方案中，配电网硬件设备包括架空线路、杆塔、电缆、配电变压器、开关设备、无功补偿电容等配电设备及附属设施。
配电网试验设备包括绕组直流电阻试验设备、交流耐压实验设备和绕组电压比试验设备。
虚拟化设备虽然无实体，但是在实际应用中具有对应真实设备的所有功能，其操作过程和对应真实设备也没有任何差别。并且，虚拟化设备可以进行虚拟业务模拟，能够反复操作，不具有操作对应真实设备的危险。
进一步地，在本实施例中，作业实践模块220用于针对电力行业工作人员实际操作中流程长、操作繁杂的业务设计相应的操作情景；
配电网作业仿真培训方法还包括：
采用作业实践模块220在操作情景下给出相应的风险提示以及智能指引。通过作业实践模块220的这些功能，能够把繁杂的事物进行简单化处理，易于人们理解，便于实践人员进行真实操作。
配电网作业仿真培训方法还包括：
采用培训评分子模块241对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评分；
采用培训大数据统计子模块242对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果中所产生的数据进行统计。
在这里，通过培训评分子模块241，可以实时地反映虚拟化设备的操作过程和/或操作结果是否符合指导内容和要求；实时地反映操作人员掌握的知识程度，有利于激发操作人员对待培训的认真态度。而通过培训大数据统计子模块242，能够统计大量操作人员实际操作的数据，便于操作人员做出正确的决定，便于后台维护人员进行数据的维护，比如参数的调整等。
进一步地，在本实施例中，配电网作业仿真培训方法还包括：
采用角色权限管理模块270设置操作人员权限限制；
采用外部实践模块250基于操作人员权限，限制对虚拟化设备的操作种类；
在这里，通过角色权限管理模块270，给不同类型的操作人员分配对应的角色，以及对应的权限。优选地，基于不同的权限，可以有不同种类的操作动作；这样，通过角色权限管理模块270可以实现操作人员权限的批量化管理。
外部实践模块250针对外部从来没有接触过电力行业的社会大众群体，使其进行简单的实践操作，具有一定的社会教育意义。
进一步地，配电网作业仿真培训方法还包括：
采用外部参观模块260部分地展示虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果；
在这里，外部参观模块260针对外部从来没有接触过电力行业的社会大众群体，进行虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果的部分展示，并且，其展示内容较为浅显易懂。
本发明的配电网作业仿真培训系统及方法解决了电力培训的以下问题：
1)参观团队无法近距离接触电力行业的重点设备，无法考察电网实验室，无法深入了解操作流程和细节，比如环网柜、变压器、电缆、低压开关柜等重点设备。
2)配电网规模越来越大，运行操作越来越复杂，对工作人员的技术水平、业务熟练程度提出了越来越高的要求，但是培训的新员工或者参观人员的时候，很难简单易懂地讲解，体验效果不佳。
3)配电网设备投资大、维护费用高，基于安全的考虑,不可能全部采用实物来对操作人员进行培训，造成理论大于实践，缺乏动手实践能力。
4)传统基于文字与图片展现的培训手段，学员现场感差，容易枯燥、乏味，效果往往不理想，也容易忘记关键的知识和操作。
本发明的配电网作业仿真培训系统及方法相对于传统的做法，避免了传统培训的危险性并反复模拟演练熟悉、安全施工、绿色无害避免电力施工操作培训中各种安全意外事故的发生；实现操作过程身临其境的现场即视感、沉浸式、空间感、直观性、互动学习性；提供无限次无情绪免费教导员，知识学习，视频观看，安全考核等基础培训；同时，还使得体验者能以事故当事人的身份和视角在VR虚拟环境中亲身体验安全事故的惨痛教训；此外，还激发了施工人员的浓厚兴趣和大大提升了企业的安全培训质量，形成了完整的、系统的安全培训模式，实现了技术员、现场管理人员、企业管理者和社会等多方共赢。本发明的配电网作业仿真培训系统及方法设计科学，实用性强。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于VR技术的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，包括VR眼镜端(100)以及服务器端(200)；
服务器端(200)包括：
设备认知模块(210)，用于通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；
作业实践模块(220)，与VR眼镜端(100)通讯连接，用于基于VR眼镜端(100)的操作命令，对应操作虚拟化设备；
VR眼镜端(100)还用于将作业实践模块(220)对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
2.根据权利要求1所述的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，作业实践模块(220)还用于针对业务设计相应的操作情景；并在操作情景下给出相应的风险提示以及智能指引。
3.根据权利要求2所述的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，服务器端(200)还包括：
风险交底模块(230)，用于提供操作情景下对应风险提示的交底内容；
扩展模块(240)，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评估。
4.根据权利要求3所述的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，扩展模块(240)包括：
培训评分子模块(241)，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评分；
培训大数据统计子模块(242)，用于对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果中所产生的数据进行统计。
5.根据权利要求3所述的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，服务器端(200)还包括：
角色权限管理模块(270)，用于设置操作人员权限限制；
外部实践模块(250)，用于基于操作人员权限，限制对虚拟化设备的操作种类；
外部参观模块(260)，用于部分地展示虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果。
6.根据权利要求5所述的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，服务器端(200)还包括：
模块管理模块(280)，用于增减和管理操作情景；
参数管理模块(290)，用于调整虚拟化设备及其操作过程和/或操作结果的参数。
7.根据权利要求1所述的配电网作业仿真培训系统，其特征在于，VR眼镜端(100)包括：
操控手柄模块(110)，用于输入操作虚拟化设备的操作命令；
定位器模块(120)，用于对操控手柄模块(110)进行定位，以对应调整操作虚拟化设备的操作命令中的定位参数；
头戴式设备模块(130)，用于将对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
8.一种基于权利要求4所述的配电网作业仿真培训系统的配电网作业仿真培训方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用设备认知模块(210)通过三维建模把配电网硬件设备和/或配电网试验设备进行虚拟化建模，以得到虚拟化设备；
采用作业实践模块(220)基于VR眼镜端(100)的操作命令，对应操作虚拟化设备；
采用VR眼镜端(100)将作业实践模块(220)对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果显示出来。
9.根据权利要求8所述的配电网作业仿真培训方法，其特征在于，配电网作业仿真培训方法还包括：
采用作业实践模块(220)在操作情景下给出相应的风险提示以及智能指引。
10.根据权利要求9所述的配电网作业仿真培训方法，其特征在于，配电网作业仿真培训方法还包括：
采用培训评分子模块(241)对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果进行评分；
采用培训大数据统计子模块(242)对虚拟化设备的操作过程和/或操作结果中所产生的数据进行统计。
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