新型電力安全培訓(xùn)中網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)連接技術(shù)研究

楊利 張哲 段君軒 詩領(lǐng) 張思遠 謝營

摘 要：電力安全培訓(xùn)在保證電力行業(yè)安全方面的作用愈來愈重要，將新型電力安全培訓(xùn)方式與教考培訓(xùn)相結(jié)合可以有效改善傳統(tǒng)電力教考方式的缺陷。該文提出了一種基于安全事例的虛實結(jié)合體驗和移動終端電力知識汲取相結(jié)合的新型電力安全培訓(xùn)手段。首先，對移動終端培訓(xùn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信和虛擬現(xiàn)實仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的交互技術(shù)進行分析。之后分別對兩種培訓(xùn)方法的數(shù)據(jù)連接技術(shù)進行闡述。這兩種培訓(xùn)方法相結(jié)合的新型電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)可以更好地提高學(xué)員的安全意識和作業(yè)技能，對傳統(tǒng)的電力安全培訓(xùn)模式具有一定的示范意義。

關(guān)鍵詞：電力安全培訓(xùn) 虛擬現(xiàn)實 網(wǎng)絡(luò)通信 數(shù)據(jù)連接

中圖分類號：TP315 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0061-02

隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，違規(guī)操作導(dǎo)致電力安全事故發(fā)生的概率越來越大。違規(guī)操作不僅會損傷設(shè)備和發(fā)生人身事故，還會威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。為保障電力系統(tǒng)的安全可靠，在完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)同時，還需提高電力工作者的安全意識和職業(yè)技能。所以，電力安全培訓(xùn)作用日益趨重。目前，在我國電力安全培訓(xùn)方面，大部分單位仍然采用考教結(jié)合方式進行，但該培訓(xùn)方式存在一定的限制性，因此有必要開拓更加安全有效的培訓(xùn)模式。

當(dāng)下現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展日新月異，移動終端設(shè)備和虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的應(yīng)用日益成熟，在兩種新型技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展一套基于安全事例的虛實結(jié)合體驗式和隨時隨地進行移動終端電力知識汲取相結(jié)合的新型電力安全培訓(xùn)可以極大改善傳統(tǒng)培訓(xùn)形式的缺陷。新型電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)中學(xué)員與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信方式和數(shù)據(jù)訪問是兩個關(guān)鍵技術(shù)問題，有必要進行詳細研究。

1 網(wǎng)絡(luò)通信與交互技術(shù)

1.1 網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是移動終端設(shè)備與后臺培訓(xùn)教學(xué)服務(wù)器管理系統(tǒng)之間進行通信和交互的中間接口。可以完成信息初始化、培訓(xùn)任務(wù)下載、培訓(xùn)成果上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信功能。目前流行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信主要有以下兩種方式。

（1）局域網(wǎng)。遠程數(shù)據(jù)訪問不僅可以與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫進行通訊，而且可將這些數(shù)據(jù)存儲在移動端數(shù)據(jù)庫中。可以直接讀取移動終端中數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)的操作。另外，移動終端還能通過URL指定一個方法名并發(fā)出請求，站點接收到請求之后根傳輸參數(shù)進行相應(yīng)處理，并將結(jié)果返回移動終端。

（2）無線通信技術(shù)。GPRS是一種基于移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，主要功能是為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)。其特點有：頻譜效率高、傳輸速率高、接入時間短、支持IP協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)安全性高等。還可以選擇使用USB技術(shù)，即具有快速、雙向同步傳輸、廉價并可以進行即插即用等特點的串行接口，有穩(wěn)定性高、速度快和可靠性好的優(yōu)點。而綜合應(yīng)用GPRS、USB和Wi-Fi等多種傳輸方法，并與聯(lián)合檢測相結(jié)合可大大提高傳輸容量。

參與培訓(xùn)學(xué)員通過移動終端導(dǎo)航功能快速進行相關(guān)項目的學(xué)習(xí)，提高培訓(xùn)學(xué)習(xí)的響應(yīng)速度，便于合理安排自主學(xué)習(xí)時間；當(dāng)遇到技術(shù)難題時，還可以通過移動終端與相關(guān)專家進行遠程交互。綜上所述，將平板電腦、手機等移動終端應(yīng)用于電力安全培訓(xùn)業(yè)務(wù)，可以提升電網(wǎng)安全培訓(xùn)水平。其中，教學(xué)服務(wù)器位于電力內(nèi)網(wǎng)，移動終端位于移動通信公司與電力公司的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，移動終端和培訓(xùn)教學(xué)服務(wù)器通過安全接入平臺進行信息交互，移動終端與非移動終端相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信方式如圖1所示。

1.2 虛擬現(xiàn)實仿真中交互技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)交互就是指人與虛擬世界的信息交換，體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的人性化和智能化。目前，虛擬現(xiàn)實仿真多采用多通道交互手段，它是基于人體自身的多通道特點，通過學(xué)員使用手勢、聲音、甚至面部動作等作為輸入信號，輸出人體的感官感受包括視覺、聽覺、味覺、感觸等使學(xué)員獲得逼真的體驗。人機交互技術(shù)實現(xiàn)主要通過三維交互設(shè)備，以自然的方式在虛擬世界中直接進行交互操作，這種交互方式需要硬件的支持，對用戶的操作要求較高。主要的幾種三維人機交互設(shè)備如下。

（1）風(fēng)險觸發(fā)體驗裝置。該裝置對培訓(xùn)人員在虛擬作業(yè)過程中的風(fēng)險觸發(fā)的事故后果進行模擬，在保證培訓(xùn)人員人身安全的前提下，以某些的物理反應(yīng)刺激培訓(xùn)人員進行事故后果的體驗。可以采用市面上4D影院中廣泛采用的動感座椅，進行定制加工，實現(xiàn)系統(tǒng)對事故現(xiàn)象的模擬。

（2）光纖數(shù)據(jù)手套。參與培訓(xùn)學(xué)員采用數(shù)據(jù)手套及傳感器通過虛擬現(xiàn)實支撐平臺信息傳遞，對作業(yè)過程及風(fēng)險作業(yè)項目進行處理。該手套采用光纖傳感器，保證手指與傳感器之間的信息有效傳遞，不僅需要具有較高的精確性，還需具備佩戴舒適、簡單易用、超高的數(shù)據(jù)質(zhì)量、較低的交叉關(guān)聯(lián)以及完美的驅(qū)動程序等特點。

（3）三維空間位置追蹤器。位置追蹤器將交互控制系統(tǒng)與虛擬作業(yè)場景進行實時交互。應(yīng)用位置追蹤系統(tǒng)可以通過對數(shù)據(jù)手套的空間坐標(biāo)采集，控制虛擬作業(yè)人員在虛擬場景下的手部位置。每個位置追蹤接收器可方便對作業(yè)人員頭部、關(guān)節(jié)動作進行方位跟蹤，不應(yīng)產(chǎn)生延遲現(xiàn)象，所有動作需要被快速、可靠地記錄下來。

（4）頭盔式立體顯示器。采用包圍式的立體顯示技術(shù)設(shè)備，可以讓學(xué)員很好的將自己投射到虛擬空間中。主要分主動與被動立體顯示技術(shù)，這兩種技術(shù)主要的產(chǎn)品代表分別是頭盔式立體顯示器與偏振式立體投影系統(tǒng)。目前頭盔式立體顯示器廣泛采用LOCS或OLED顯示技術(shù)，完全滿足電力安全培訓(xùn)的要求，綜合考慮成像效果和成本等因素，建議采用便攜頭盔式顯示器。

2 數(shù)據(jù)連接技術(shù)

2.1 移動終端的數(shù)據(jù)連接技術(shù)

基于移動終端的電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2005 Mobile。該數(shù)據(jù)庫適用于快速開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，具有緊湊型的特點，支持在移動設(shè)備上管理大量數(shù)據(jù)。通過支持SQL語法，確保能夠?qū)QL Server 2005 Mobile輕松的集成到現(xiàn)有培訓(xùn)系統(tǒng)中。遠程數(shù)據(jù)訪問功能確保SQLServer數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可靠地傳送，而所需內(nèi)存及系統(tǒng)資源很少，這在移動設(shè)備上的應(yīng)用非常有利。

針對電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)的移動終端建議采用MicrosoftVisualStudio 2010開發(fā)。開發(fā)工具VisualStudio 2010完善了數(shù)據(jù)訪問模型、改進了ADO.NET技術(shù)等，并且增加了多種新的數(shù)據(jù)訪問控件。尤其是數(shù)據(jù)訪問控件中的數(shù)據(jù)源控件，結(jié)合了連接到數(shù)據(jù)源、使用SQL語句、獲取和管理數(shù)據(jù)等功能，可從不同數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)。因此，利用數(shù)據(jù)訪問控件強大的功能及設(shè)計時支持，幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)不編寫代碼就完成檢索和綁定數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)綁定控件則主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、顯示、編輯、分頁和將數(shù)據(jù)層化顯示為菜單結(jié)構(gòu)等功能。

2.2 虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接

虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)采用三維游戲引擎Torque，該引擎并不支持SQL Server 數(shù)據(jù)庫連接。可以將該引擎向虛擬現(xiàn)實方面改造來使其適用于開發(fā)三維電力虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)。把連接數(shù)據(jù)庫的功能加進引擎源代碼后對引擎進行再次編譯，達到通過腳本文件，指定數(shù)據(jù)庫類型、連接地址、帳號、用戶名、密碼等，就可以連接數(shù)據(jù)庫，對SQL Server數(shù)據(jù)庫進行讀取、修改、添加、刪除等操作。

教師通過虛實結(jié)合交互系統(tǒng)與學(xué)員進行溝通，根據(jù)培訓(xùn)學(xué)員的需求，最后確定培訓(xùn)目標(biāo)和培訓(xùn)計劃。參與培訓(xùn)學(xué)員通過培訓(xùn)中心的基礎(chǔ)知識、法律法規(guī)模塊、安全操作流程、工具演示和架線與線路維護3D效果虛擬環(huán)境操作演示來達到培訓(xùn)效果。在培訓(xùn)過程中，學(xué)員可通過交互系統(tǒng)與教師、專家進行交流，咨詢疑難問題，教師通過學(xué)員的操作記錄進行跟蹤以及參照實際操作評分標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫對試題和實際操作進行評定，形成學(xué)員培訓(xùn)的最后成績，具體的數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接結(jié)構(gòu)圖如2所示。

3 結(jié)語

該文主要研究一種虛實結(jié)合和隨時隨地進行移動終端電力知識汲取相結(jié)合的新型電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)。基于移動終端的電力安全培訓(xùn)系統(tǒng)，采用局域網(wǎng)和無線通信技術(shù)，配合非移動終端手段完成與教學(xué)服務(wù)器的通信。為保證移動終端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)有效連接，采用Microsoft Visual Studio 2010進行客戶端開發(fā)，充分考慮使用數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)綁定控件兩大控件。虛擬現(xiàn)實技術(shù)交互采用多種手段，通過人性和智能化的三維交互設(shè)備實現(xiàn)。而其所使用引擎Torque需向虛擬現(xiàn)實方面改造以適用于三維電力虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)。

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