CN111223373A - 基于vr的输电线路检修培训系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于VR的输电线路检修培训系统，包括主控装置、VR头盔、VR手柄和定位装置，主控装置包括控制模块、建模模块、培训模块、警示模块、案例展示模块、总结模块和评分模块，VR头盔、VR手柄、定位装置、建模模块和培训模块均与控制模块连接，培训模块包括线路巡视模块、更换绝缘子模块、更换防震锤模块、更换间隔棒模块和拉线制作模块。本发明还提供基于VR的输电线路检修培训方法。本发明能够降低培训成本，提高培训质量，加快培训效率，激发被培训者的学习动力，增强学习体验，实现情境学习和知识迁移，促进电力技能培训现代化的实现。

Description

基于VR的输电线路检修培训系统及方法

技术领域

本发明涉及基于VR的输电线路检修培训系统及方法。

背景技术

随着我国电网的建设和发展，输电线路已经大面积覆盖各省市、城乡，输电线路的正常运行已经是确保国民经济发展的重要条件，而相应而来的则是输电线路运维与检修工作压力的日益增大。输电线路运维与检修属于高危作业，其培训较为困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于VR的输电线路检修培训系统及方法，降低培训成本，提高培训质量，加快培训效率，激发被培训者的学习动力，增强学习体验，实现情境学习和知识迁移，促进电力技能培训现代化的实现。

本发明通过以下技术方案实现：

基于VR的输电线路检修培训系统，包括主控装置、VR头盔、VR手柄和定位装置，主控装置包括控制模块、建模模块、培训模块、警示模块、案例展示模块、总结模块和评分模块，VR头盔、VR手柄、定位装置、建模模块、培训模块、警示模块、案例展示模块、总结模块和评分模块均与控制模块连接，培训模块包括线路巡视模块、更换绝缘子模块、更换防震锤模块、更换间隔棒模块和拉线制作模块，建模模块用于构建等比例还原输电线路及构建其所处环境的虚拟空间，被培训者通过VR手柄选择进入的培训模块，控制模块通过VR头盔向被培训者展示该培训模块所对应的虚拟空间，案例展示模块用于向被培训者展示该培训模块所对应的典型案例，被培训者通过VR手柄进行操作，定位装置用于获取被培训者在虚拟空间中的操作动作，警示模块用于当被培训者出现错误操作时发出警示信号，总结模块用于在被培训者出现错误操作时进行截图，并在操作结束后将截图向被培训者进行展示，评分模块用于根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分。

进一步的，所述线路巡视模块包括在所述虚拟空间的输电线路上随机模拟异常和缺陷。

进一步的，所述更换绝缘子模块包括在所述虚拟空间模拟停电更换整串直线绝缘子；所述更换防震锤模块包括在所述虚拟空间模拟防震锤的拆卸、拾取和安装过程；所述更换间隔棒模块包括在所述虚拟空间模拟间隔棒的拆卸和安装过程。

进一步的，所述拉线制作模块包括模拟制作带中把及绝缘子的拉线和制作不带中把及绝缘子的拉线。

进一步的，所述建模模块包括基础环境建模、输电线路建模和运检设备建模，基础环境建模包括对输电线路所处的地形地貌以及草木山石进行建模；输电线路建模包括等比例还原输电线路各部件的结构、空间尺寸以及与基础环境之间的关系；运检设备建模包括对运检设备进行建模并建立设备信息数据库。

进一步的，所述警示信号包括声音警戒、模型高亮、屏幕文字或者颜色的报警。

进一步的，所述案例展示模块设置有分别与所述线路巡视模块、更换绝缘子模块、更换防震锤模块、更换间隔棒模块和拉线制作模块对应的典型案例，所述案例均为真实的线路检修案例。

进一步的，所述定位装置包括重力感应器、陀螺仪和激光位置传感器。

本发明还通过以下技术方案实现：

基于VR的输电线路检修培训方法，包括如下步骤：

A、被培训者通过操作VR手柄选择进入的培训模块；

B、控制模块通过VR头盔向被培训者展示该培训模块所对应的虚拟空间；

C、案例展示模块向培训者展示该培训模块所对应的典型案例；

D、被培训者学习典型案例后，操作VR手柄进行该培训模块的操作，当出现错误操作时，警示模块发出警示信号，总结模块将错误操作进行截图，并发送至控制模块；

E、操作结束后，评分模块根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分，总结模块将截图向培训者展示。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的建模模块构建了等比例还原输电线路及其所处环境的虚拟空间，培训模块包括了线路巡视模块、更换绝缘子模块、更换防震锤模块、更换间隔棒模块和拉线制作模块，可模拟五种不同类型的培训，被培训者可选择需要培训进行操作，即能够完成培训，如此能够降低培训成本，案例展示模块可根据被培训者选择的培训向其展示对应的案例，警示模块在被培训者出现错误操作时发出警示信号，总结模块则在出现错误操作时进行截图，并在操作结束后将截图向培训者进行展示，使其对错误印象更加深刻，评分模块则根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分，从而提高培训质量，加快培训效率，激发被培训者的学习动力，增强学习体验，实现情境学习和知识迁移，促进电力技能培训现代化的实现。

2、本发明的拉线制作模块包括模拟制作带中把及绝缘子的拉线和制作不带中把及绝缘子的拉线，制作带中把及绝缘子的拉线较繁琐也较难，不带中把及绝缘子的拉线制作量较少，被培训者可根据自身水平选择制作的拉线，使培训者能够循序渐进地掌握拉线制作。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的原理框图。

其中，11、控制模块；12、建模模块；13、培训模块；131、线路巡视模块；132、更换绝缘子模块；133、更换防震锤模块；134、更换间隔棒模块；135、拉线制作模块；14、警示模块；15、案例展示模块；16、总结模块；17、评分模块；2、VR头盔；3、VR手柄；4、定位装置。

具体实施方式

基于VR的输电线路检修培训系统包括主控装置、VR头盔2、VR手柄3和定位装置4，主控装置包括主控装置、VR头盔2、VR手柄3和定位装置4，主控装置包括控制模块11、建模模块12、培训模块13、警示模块14、案例展示模块15、总结模块16和评分模块17，VR头盔2、VR手柄3、定位装置4、建模模块12、培训模块13、警示模块14、案例展示模块15、总结模块16和评分模块17均与控制模块11连接，培训模块13包括线路巡视模块131、更换绝缘子模块132、更换防震锤模块133、更换间隔棒模块134和拉线制作模块135，建模模块12用于构建等比例还原输电线路及构建其所处环境的虚拟空间，被培训者通过VR手柄3选择进入的培训模块13，控制模块11通过VR头盔2向被培训者展示该培训模块13所对应的虚拟空间，案例展示模块15用于向被培训者展示该培训模块13所对应的典型案例，被培训者通过VR手柄3进行操作，定位装置4用于获取被培训者在虚拟空间中的操作动作，警示模块14用于当被培训者出现错误操作时发出警示信号，总结模块16用于在被培训者出现错误操作时进行截图，并在操作结束后将截图向被培训者进行展示，评分模块17用于根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分。

建模模块12包括基础环境建模、输电线路建模和运检设备建模，基础环境建模包括对输电线路所处的地形地貌以及草木山石进行建模，在本实施例中，选择搭建山区的地形地貌，包括山区所拥有的花草树木、线路鸟害、通行铁路等；输电线路建模包括等比例还原输电线路各部件的结构、空间尺寸以及与基础环境之间的关系，输电线路各部件包括导线、杆塔、绝缘子、金具、杆塔基础、拉线和接地装置等；运检设备建模包括对运检设备进行建模并建立设备信息数据库，运检设备包括望远镜、测距仪、红外测温仪和紫外仪等。

线路巡视模块131包括在虚拟空间的输电线路上随机模拟异常和缺陷，具体操作流程包括：1)召开班前会：本环节系统将以合适交互形式交代工作任务、危险点、安全措施；2)现场巡视：说明检查流程；3)缺陷发现及记录：系统将在线路的一个档距内随机模拟三至四个铁塔及线路福建的异常和缺陷，异常和缺陷包括线树距离不足、防振锤滑移、导地线断股、线路标识牌模糊不清等，需要被培训者自行发现缺陷并填写报表及拍照记录；4)召开班后会：进行工作总结。

更换绝缘子模块132包括在所述虚拟空间模拟停电更换整串直线绝缘子，具体操作流程包括：1)工作前准备：系统中提供开票、编写作业卡、工具其材料准备的功能，学员需要根据相关知识来完成这一操作流程；2)召开班前会：模拟办理工作许可手续、宣读工作票、交代工作任务、危险点、安全措施等流程，此过程在功能设计中并不由一个人完成，将会在虚拟场景模拟其他相关人员并中组成一个；3)现场更换110kV直线瓷绝缘子串：在VR场景中模拟停电更换整串直线绝缘子，实现绝缘子更换过程的完整模拟，学员需通过交互操作按照流程一步步执行操作流程完成实训，具体过程为：检查线路双重名称、确认接地线已挂好、人员携带传递绳上塔、挂好个人双控安全带、挂传递绳后起吊工器具、安装工器具、更换绝缘子、拆除工器具、人员下塔，上述操作皆需要被培训者在虚拟场景中完成，系统中的交互设计也会高度还原真实中的操作，例如上塔：需要学员一步步进行爬塔操作，直至到达指定位置；4)清理现场；5)召开班后会：确认接地线拆除、工作总结；6)终结工作票。

更换防震锤模块133包括在所述虚拟空间模拟防震锤的拆卸、拾取和安装过程，具体操作流程包括：1)工作前准备：包括开票、编写作业卡、工具及材料准备；2)召开班前会：办理工作许可手续、宣读工作票、交代工作任务、危险点、安全措施；3)直线塔单导线八字法出线更换防振锤：操作流程包括检查线路双重名称、确认接地线已挂好、人员携带传递绳上塔、挂好个人双控安全带后检查绝缘子连接状况、沿绝缘子串下导线、八字法缠绕导线、出线更换防振锤、更换完毕返回横担、人员下塔；4)清理现场；5)召开班后会：确认接地线拆除、工作总结；6)终结工作票。

更换间隔棒模块134包括在所述虚拟空间模拟间隔棒的拆卸和安装过程，具体操作流程包括：1)工作前准备：包括开票、编写作业卡、工具及材料准备；2)召开班前：办理工作许可手续、宣读工作票、交代工作任务、危险点、安全措施；3)走线或出导线更换防振锤：通过VR交互设备完成间隔棒的拆卸和安装等过程，实现间隔棒更换过程的VR虚拟操练，包括检查线路双重名称、确认接地线已挂好、人员携带传递绳上塔、挂好个人双控安全带后检查绝缘子连接状况、沿绝缘子串出导线、根据导线形式出导线、出线更换间隔棒、更换完毕返回横担、人员下塔；4)清理现场；5)召开班后会：确认接地线拆除、工作总结；6)终结工作票。

拉线制作模块135包括模拟制作带中把及绝缘子的拉线和制作不带中把及绝缘子的拉线，具体操作流程包括：1)工作前准备：包括开票、编写作业卡、工具及材料准备；2)召开班前会：办理工作许可手续、宣读工作票、交代工作任务、危险点、安全措施；3)现场拉线：检查线路双重名称、拉线上把制作、人员携带传递绳上塔、起吊及安装上把、人员下塔、拉线下把制作；4)清理现场；5)召开班后会：工作总结；6)终结工作票。

警示模块14针对每一个培训模块13的实训操作流程，设置有针对要点以及危险点的警示性教学，被培训者在实训过程中，警示模块14会自动根据当前培训项目提示相应的要点及危险点，并在被培训者出现错误操作时发出警示信号，警示信号包括声音警戒、模型高亮、屏幕文字或者颜色的报警。如此能够更好地突出实训过程中的要点以及危险点，加深被培训者的印象，为之后的实际操作打下基础。

案例展示模块15设置有分别与所述线路巡视模块131、更换绝缘子模块132、更换防震锤模块133、更换间隔棒模块134和拉线制作模块135对应的典型案例，所述案例均为真实的线路检修案例。

定位装置4包括重力感应器、陀螺仪和激光位置传感器。

基于VR的输电线路检修培训方法，包括如下步骤：

A、被培训者通过操作VR手柄3选择进入的培训模块13；

B、控制模块11通过VR头盔2向被培训者展示该培训模块13所对应的虚拟空间；

C、案例展示模块15向培训者展示该培训模块13所对应的典型案例；

D、被培训者学习典型案例后，操作VR手柄3进行该培训模块13的操作，当出现错误操作时，警示模块14发出警示信号，总结模块16将错误操作进行截图，并发送至控制模块11；

E、操作结束后，评分模块17根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分，总结模块16将截图向培训者展示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：包括主控装置、VR头盔、VR手柄和定位装置，主控装置包括控制模块、建模模块、培训模块、警示模块、案例展示模块、总结模块和评分模块，VR头盔、VR手柄、定位装置、建模模块、培训模块、警示模块、案例展示模块、总结模块和评分模块均与控制模块连接，培训模块包括线路巡视模块、更换绝缘子模块、更换防震锤模块、更换间隔棒模块和拉线制作模块，建模模块用于构建等比例还原输电线路及构建其所处环境的虚拟空间，被培训者通过VR手柄选择进入的培训模块，控制模块通过VR头盔向被培训者展示该培训模块所对应的虚拟空间，案例展示模块用于向被培训者展示该培训模块所对应的典型案例，被培训者通过VR手柄进行操作，定位装置用于获取被培训者在虚拟空间中的操作动作，警示模块用于当被培训者出现错误操作时发出警示信号，总结模块用于在被培训者出现错误操作时进行截图，并在操作结束后将截图向被培训者进行展示，评分模块用于根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分。

2.根据权利要求1所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述线路巡视模块包括在所述虚拟空间的输电线路上随机模拟异常和缺陷。

3.根据权利要求1所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述更换绝缘子模块包括在所述虚拟空间模拟停电更换整串直线绝缘子；所述更换防震锤模块包括在所述虚拟空间模拟防震锤的拆卸、拾取和安装过程；所述更换间隔棒模块包括在所述虚拟空间模拟间隔棒的拆卸和安装过程。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述拉线制作模块包括模拟制作带中把及绝缘子的拉线和制作不带中把及绝缘子的拉线。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述建模模块包括基础环境建模、输电线路建模和运检设备建模，基础环境建模包括对输电线路所处的地形地貌以及草木山石进行建模；输电线路建模包括等比例还原输电线路各部件的结构、空间尺寸以及与基础环境之间的关系；运检设备建模包括对运检设备进行建模并建立设备信息数据库。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述警示信号包括声音警戒、模型高亮、屏幕文字或者颜色的报警。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述案例展示模块设置有分别与所述线路巡视模块、更换绝缘子模块、更换防震锤模块、更换间隔棒模块和拉线制作模块对应的典型案例，所述案例均为真实的线路检修案例。

8.根据权利要求1或2或3所述的基于VR的输电线路检修培训系统，其特征在于：所述定位装置包括重力感应器、陀螺仪和激光位置传感器。

9.基于VR的输电线路检修培训方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、被培训者通过操作VR手柄选择进入的培训模块；

B、控制模块通过VR头盔向被培训者展示该培训模块所对应的虚拟空间；

C、案例展示模块向培训者展示该培训模块所对应的典型案例；

D、被培训者学习典型案例后，操作VR手柄进行该培训模块的操作，当出现错误操作时，警示模块发出警示信号，总结模块将错误操作进行截图，并发送至控制模块；

E、操作结束后，评分模块根据操作时间长短对被培训者的操作进行评分，总结模块将截图向培训者展示。

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