CN111882942A - 一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统及方法，涉及电力系统仿真培训技术领域，通过VR设备与数据服务器内的多个虚拟工器具配合让培训者学习并实际操作来掌握安全工器具的使用要点，打破了传统的培训方式，采用动画和虚拟仿真体验的模式让培训者学习并更好的掌握安全工器具的使用要点，且作业操作过程中设置有对安全工器具使用不当导致的触电事故的体验，增强了安全技能及安全意识，整个培训学习过程操作简单，不受场地和天气的限制，一次培训课学习并使用多样的安全工器具，减少了人力、物力的投入，在没有培训师以及安全工器具的情况下，且模拟了真实作业过程，确保了培训过程的安全性并提升了培训效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统仿真培训技术领域，具体涉及一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统及方法。
背景技术
随着国家经济的快速发展，电力需求日渐旺盛，对电网运行的安全稳定提出较高的要求，开展带电作业是提高电网可靠性和电网稳定安全的重要手段和方法。带电作业是一项专业性强、技术含量高、安全措施严格、作业工况复杂的工作，从业人员必须经过系统、全面、有效的培训，才能胜任该项工作任务。
电网现有的仿真培训作业，通过相应的软件来显示测试和考核操作。然而在现场需要实际操作生产现场作业中的安全工器实现，在操作、维护、检修、试验和施工等作业中，需要熟悉操作安全工具的使用方式，用于防止触电、灼伤、坠落、摔跌等事故或职业健康危害，有效避免安全事故的发生，保障作业人员人身安全。
目前，对于安全工器具的培训主要采用理论培训的方式，培训者无法较好的体验操作安全工器具，培训者无法体验安全工器具在事故过程中的作用，由安全工器具使用不当引起的安全事故时有发生，存在培训效果不佳的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统及方法，解决传统培训方式投入人力、物力大，易受天气、场地条件限制，培训效果不佳，无法较好体验工器具在实际操作过程等，且不能体验操作不当来体验事故达到警示的问题，本发明采用动画和虚拟仿真体验的模式，让用户通过动画演示掌握安全工器具的使用要点，通过虚拟环境体验安全工器具使用不当导致的安全事故，增强其安全技能及安全意识，提高了培训效率和培训效果。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，包括：数据服务器和VR设备，所述数据服务器设有服务器管理系统，所述服务器管理系统用于创建安全工器具作业的三维虚拟场景，以及三维虚拟场景中工器具和人物的三维模型，并通过VR设备让培训人员在三维虚拟场景中使用相应的虚拟工器具，来实现虚拟体验带电作业培训流程；
所述服务器管理系统包括：用户信息管理模块、虚拟人物模型模块、工器具及作业管理模块、任务及作业模块；
所述用户信息管理模块，其用于设置登录界面并记录培训人员的相关信息，具体包括：培训者的账号，密码等用于登录的信息；
所述虚拟人物模型模块，其用于生成与不同培训人员匹配的虚拟三维人物模型，具体包括：培训者的身高、体型和工种；
所述工器具及作业管理模块，其用于生成不同的三维虚拟工器具，并添加或删除不同类别工器具和操作项目资料，工具模型分为四类：电气绝缘工器具、安全防护工器具、安全围栏(网)和标示牌、其他类别工器具的相应安全工器具；
所述任务及作业模块，其用于加载不同的三维虚拟场景、生成工器具的操作流程、判定工器具的考核操作和提供培训者操作选择的主界面；
一种基于虚拟技术的安全工器具培训方法包括以下步骤：
在用户信息管理模块中建立教学模式程序和虚拟仿真体验模式程序；
判断培训者是否通过主界面选择进入教学模式；
在选择进入教学模式后，培训者选择在所述服务器管理系统生成的安全工器具，基于操作项目资料观看相应的安全工器具使用教程；
在培训者完成教学模式或选择不进入教学模式后，培训者进入虚拟仿真体验模式；
在虚拟人物模型模块中，输入人体基本数据，基于任务及作业管理模块中选择事故体验场景，并在工器具及资料管理模块中选择相应的虚拟工器具，通过任务及作业管理模块考核工器具的操作。
VR设备感知培训者的动作并与相应的虚拟工器具结合，用于让用户在虚拟3D场景中操作工器具，让培训者能更好的体验并学习，一次培训即可学习多种多样的安全工器具，模拟了真实作业的场景，针对作业任务来使用安全工器具，提升培训效果，同时确保了整个培训过程的安全性。
优选地，所述任务及作业管理模块设有记录操作的操作日志，所述VR设备添加有触电事故体感装置，所述触电事故体感装置包括：电压发生装置和振动装置；所述触电事故体感装置还设有控制单元和蓝牙通信单元，所述控制单元用于控制电压发生装置和振动装置启动并控制其作用时间，在体验触电事故时，所述蓝牙通信单元接收错误的操作日志，并将信息传递给控制单元信息，控制单元通过对命令的解析，启动电压发生装置、振动装置，并控制其作用时间，从而使培训者体验到违章作业导致的触电事故，实现对其安全的警示教育，提高其安全的意思，所述蓝牙通信单元与控制单元信息交互。
所述VR设备包括VR眼镜与VR手套，所述VR眼镜用于观测三维虚拟场景和工器具三维模型，所述VR手套用于操控虚拟工器具完成作业，且所述VR手套还连接有振动装置与电压发生装置，所述VR眼镜和VR手套配合使用，VR手套感应培训者的动作并与相应的虚拟工器具结合，用于让用户在虚拟3D场景中操作工器具，让培训者能更好的体验作业场景。
进一步地，所述项目资料中设有相应动画，所述动画包含该安全工器具的介绍、安全工器具的检验方法、不合格安全工器具模型或照片、安全工器具的正确佩戴及使用方法、错误佩戴及使用的事故案例，设置播放循环并通过播放循环来重复播放相应案例视频；设置选择界面来选择各类安全工器具。
于上述方案中，培训人员可多次观看培训动画视频来学习各类安全工器具的使用方法来达到较好培训效果。
优选地，所述任务及作业模块内还包括多人协同模块，所述多人协同模块用于将多个培训人员分配至同一三维虚拟场景中，协同完成作业考核。
于上述方案中，在实际作业过程中，协同作业是十分常见的，通过协同模块让多个人员一同参与项目作业，使培训更真实并贴合实际场景应用。
一种基于虚拟技术的安全工器具培训方法，还包括以下方法；
所述任务及作业管理模块中设置事故体验场景，用户选择事故体验场景后，用户按照事故体验要求动作；
所述任务及作业管理模块检测用户的操作，并判定工器具的错误操作，并将错误操作记录于所述操作日志；
所述操作日志将错误信息传递于所述蓝牙通信单元，所述蓝牙通信单元将信息传递于控制单元，激活与控制单元连接的电压发生装置和振动装置，所述电压发生装置和所述振动装置作用于用户。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，通过VR设备和数据服务器来培训打破了传统的培训方式，采用动画和虚拟仿真体验的模式让培训者学习并实际操作来掌握安全工器具的使用要点，且作业操作过程中设置有对安全工器具使用不当导致的触电事故的体验，并通过电压发生装置和振动装置传递给培训者，增强了安全技能及安全意识，具有警示作用，提高了培训效率和培训效果；
2、本发明一种基于虚拟技术的安全工器具培训方法，整个培训学习过程操作简单，不受场地和天气的限制，一次培训课学习并使用多样的安全工器具，减少了人力、物力的投入，在没有培训师以及安全工器具的情况下，一个人也能学习，且模拟了真实作业过程，确保了培训过程的安全性并提升了培训效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明安全工具培训方法实施例流程图；
图2为本发明VR设备信息交互图；
图3为本发明服务器管理系统内模块示意图；
图4为本发明触电事故体感装置原理图。
附图标记及对应的名称：
11-VR眼镜，12-VR手套，121-控制单元，122-电压发生装置，123-振动装置，13-数据服务器，20-服务器管理系统，21-用户信息管理模块，22-虚拟人物模型模块，23-工器具及资料管理模块，24-任务及作业管理模块，3-蓝牙通信单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
如图1、图2与图3所示，一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，包括数据服务器13和VR设备，数据服务器13设有服务器管理系统20，服务器管理系统20包括：用户信息管理模块21、虚拟人物模型模块22、工器具及资料管理模块23、任务及作业管理模块24。
VR设备包括：VR眼镜11和VR手套12。
用户信息管理模块21，用于管理用户的基本信息包括：培训者的账号，密码等用于登录的信息。
虚拟人物模型模块22，用于管理各工种人物模型包括：培训者的身高、体型和工种。
工器具及资料管理模块23，用于添加和删除不同类别的工器具模型和项目资料，工具模型分为四类：电气绝缘工器具、安全防护工器具、安全围栏(网)和标示牌、其他类别工器具的相应安全工器具。
任务及作业管理模块24，用于加载工器具和不同项目工器具的使用3D场景、生成工器具的操作流程、判定工器具的考核操作，任务及作业管理模块24设有记录操作的操作日志。
VR眼镜11和VR手套12配合使用，VR手套12感应培训者的动作并与相应的虚拟工器具结合，用于让用户在虚拟3D场景中操作工器具，让培训者能更好的体验并学习，一次培训即可学习多种多样的安全工器具，模拟了真实作业的场景，针对作业任务来使用安全工器具，提升培训效果，同时确保了整个培训过程的安全性。
如图1所示，一种基于虚拟技术的安全工器具培训方法，首先在服务管理系统中建立教学模式程序和虚拟仿真体验模式程序并设置主界面，用户输入登录信息于主界面并录入程序中，包括以下步骤：
(S1)判断培训者是否通过主界面选择进入教学模式；
(S11)选择并进入教学模式；
(S12)用户根据培训需求选择需要学习的相应安全工器具；
(S13)观看安全工器具使用教程的动画；
待观看结束后用户可返回(S12)可选择尚未学习的安全工器具学习；
结束教学模式或不选择进入教学模式则进入如下环节；
(S2)判断培训者是否通过主界面选择进入虚拟仿真体验模式；
(S21)选择并进入虚拟仿真体验模式，培训者需穿戴好VR眼镜11与VR手套12；
(S22)用户输入相应的人体基本数据并选择相应工种，虚拟人物模型模块22建立相应工种的虚拟人物模型；
(S23)用户通过任务及作业管理模块24选择事故的类型，任务及作业管理模块24加载虚拟工器具室和相应事故的场景；
(S24)任务及作业管理模块24，用户进入虚拟工器具室，拿取相应的安全工器具并进行相应的规范操作，任务及作业管理模块24判定操作规范，设置操作日志并将操作行为记录于操作日志中；
(S25)按照事故体验要求动作体验因安全工器具使用不当导致的安全事故来达到警示的效果。
待仿真体验结束时，培训者可根据使用需求返回(S23)可重新选择不同的体验事故或结束整个培训流程。
于步骤(S12)中，还包括以下内容；
动画包含该安全工器具的介绍、安全工器具的检验方法、不合格安全工器具模型或照片、安全工器具的正确佩戴及使用方法、错误佩戴及使用的事故案例；设置播放循环并通过播放循环可重复播放相应案例视频；
于步骤(S23)中，还包括以下内容；
任务及作业管理模块24中设置事故体验场景，用户选择事故体验场景后，用户按照事故体验要求动作；
任务及作业管理模块24检测用户的操作，并判定工器具的错误操作，并将错误操作记录于操作日志；
操作日志将错误信息传递于蓝牙通信单元3，蓝牙通信单元3将信息传递于控制单元121，激活与控制单元121连接的电压发生装置和振动装置123，电压发生装置122和振动装置123作用于用户，让用户能较好的通过安全工器具使用不当导致的触电事故的体验，增强了安全技能及安全意识，具有警示作用，提高了培训效率和培训效果。
如图4所示，VR手套12添加有触电事故体感装置，除了VR手套12模拟手部动作外，触电事故体感装置包括：电压发生装置122和振动装置123；触电事故体感装置还设有控制单元121和蓝牙通信单元3，控制单元121用于控制电压发生装置122和振动装置123启动并控制其作用时间，在体验触电事故时，蓝牙通信单元3接收错误的操作日志，并将信息传递给控制单元121信息，控制单元121通过对命令的解析，启动电压发生装置122、振动装置123，并控制其作用时间，从而使培训者体验到违章作业导致的触电事故，实现对其安全的警示教育，提高其安全的意思，蓝牙通信单元3与控制单元121信息交互。
使用过程：用户选择培训模式，培训模式分为：教学模式、虚拟仿真体验模式。培训者根据需求选择是否进入教学模式，进入教学模式后，选择需要学习的安全工器具。安全工器具分为四类：电气绝缘工器具、安全防护工器具、安全围栏(网)和标示牌、其他类别工器具。每一大类下均设有相应类别的安全工器具，通过动画展示来学习该安全工器具，动画包含该安全工器具的介绍、安全工器具的检验方法、不合格安全工器具模型或照片、安全工器具的正确佩戴及使用方法、错误佩戴及使用的事故案例。动画可反复播放查看，也可只选择其中的一个模块进行学习。学习完该安全工器具后可重新选择其他安全工器具，培训者不选择培训模式或结束培训模式后，可根据需求进入虚拟仿真体验模式，开启虚拟仿真体验模式。培训者进入虚拟仿真体验模式后。在提示下用户穿戴虚拟仿真体验设备包括VR手套12和VR眼镜11。用户通过虚拟仿真系统选择安全工器具事故类型。根据不同安全工器具的事故，选择相应的事故进行体验。由于VR手套12连接有电压发生装置122、振动装置123，在操作错误时，实际情况为触电时，电压发生装置122与振动装置123带来一定的低压电流和振动感知来警示培训者错误操作，进而更好的体验安全工器具使用不当导致的事故，提高培训者的安全防范意识。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，其特征在于，包括：数据服务器(13)和VR设备，所述数据服务器(13)设有服务器管理系统(20)，所述服务器管理系统(20)用于创建安全工器具作业的三维虚拟场景，以及三维虚拟场景中工器具和人物的三维模型，并通过VR设备让培训人员在三维虚拟场景中使用相应的虚拟工器具，来实现虚拟体验带电作业培训流程；
所述服务器管理系统(20)包括：用户信息管理模块(21)、虚拟人物模型模块(22)、工器具及作业管理模块(23)、任务及作业模块(24)；
所述用户信息管理模块(21)，其用于设置登录界面并记录培训人员的相关信息；
所述虚拟人物模型模块(22)，其用于生成与不同培训人员匹配的虚拟三维人物模型；
所述工器具及作业管理模块(23)，其用于生成不同的三维虚拟工器具，并添加或删除不同类别工器具和操作项目资料；
所述任务及作业模块(24)，其用于加载不同的三维虚拟场景、生成工器具的操作流程、判定工器具的考核操作和提供培训者操作选择的主界面。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，其特征在于，所述任务及作业管理模块(24)设有记录操作的操作日志，所述VR设备包括VR眼镜(11)与VR手套(12)，所述VR眼镜(11)用于观测三维虚拟场景和工器具三维模型，所述VR手套(12)用于操控虚拟工器具完成作业，所述VR设备添加有触电事故体感装置，所述触电事故体感装置包括：电压发生装置(122)和振动装置(123)，且所述VR手套还连接振动装置(123)与电压发生装置(122)；所述触电事故体感装置还设有控制单元(121)和蓝牙通信单元(3)，所述控制单元(121)用于控制电压发生装置(122)和振动装置(123)启动并控制其作用时间，所述蓝牙通信单元(3)接收错误的操作日志，并将信息传递给控制单元(121)，所述蓝牙通信单元(3)与控制单元(121)信息交互。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，其特征在于，所述项目资料中设有相应动画，所述动画包含该安全工器具的介绍、安全工器具的检验方法、不合格安全工器具模型或照片、安全工器具的正确佩戴及使用方法、错误佩戴及使用的事故案例。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟技术的安全工器具培训系统，其特征在于，所述任务及作业模块内还包括多人协同模块，所述多人协同模块用于将多个培训人员分配至同一三维虚拟场景中，协同完成作业考核。
5.一种基于虚拟技术的安全工器具培训方法，其特征在于，包括以下步骤；
在所述服务器管理系统(20)中建立教学模式程序和虚拟仿真体验模式程序；
判断培训者是否通过主界面选择进入教学模式；
在选择进入教学模式后，培训者选择服务器管理系统(20)生成的安全工器具，基于操作项目资料观看相应的安全工器具使用教程；
若培训者完成教学模式或选择不进入教学模式后，则培训者进入虚拟仿真体验模式；
在虚拟人物模型模块(22)中，输入人体基本数据，基于任务及作业管理模块(24)中选择事故体验场景，并在工器具及资料管理模块(23)中选择相应的虚拟工器具，通过任务及作业管理模块(24)考核工器具的操作。
6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟技术的安全工器具培训方法，其特征在于，还包括以下步骤；
所述任务及作业管理模块(24)中设置事故体验场景，用户选择事故体验场景后，用户按照事故体验要求动作；
所述任务及作业管理模块(24)检测用户的操作，并判定工器具的错误操作，并将错误操作记录于所述操作日志；
所述操作日志将错误信息传递于所述蓝牙通信单元(3)，所述蓝牙通信单元(3)将信息传递于控制单元，激活与控制单元(121)连接的电压发生装置(122)和振动装置(123)，所述电压发生装置(122)和所述振动装置(123)作用于用户。
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