基于虛擬現實技術的觸電急救培訓系統的研究與應用

申康麗 申寶麗

摘要：隨著經濟和各行各業的快速發展，電力行業發展也十分快速。觸電急救是電力從業人員必須掌握的一項基本技能，《國家電網公司電力安全工作規程》中規定，作業人員“具備必要的安全生產知識，學會緊急救護法，特別要學會觸電急救。”在電氣設備檢修作業過程中，發生觸電后心臟跳動和呼吸驟停的概率較高，觸電者能否生還往往取決于能否得到及時、正確有效的急救。

關鍵詞：觸電急救;虛擬現實;安全培訓

引言

隨著經濟和科技水平的快速發展，電力行業發展也十分快速。安全是發展的紅線，安全培訓是企業發展之本。觸電急救是電力從業人員必須掌握的一項基本技能，救護者的技能水平和心理素質是能否救治成功的重要決定因素。虛擬現實觸電急救培訓系統的開發和應用是安全培訓在培訓技術、方式和方法上的創新，為培訓學員提供視覺、聽覺等多感官體驗，提高培訓的體驗效果。在以往的知識與技能培訓外，融入情感和態度培訓，增強學習體驗和促進知識遷移，提高觸電急救的培訓效果，提升電力企業員工的互救能力和事故處置能力。

1系統介紹

系統是基于虛擬現實技術的觸電急救培訓系統，是包括電力行業常見場景（輸電、配電、變電、繼電保護、營銷、通信等專業作業環境）事故案例虛擬現實仿真還原、脫離電源、心肺復蘇、操作評分等功能的虛擬現實觸電急救培訓系統。系統采用C++語言編寫，使用UE4開發軟件進行開發，綜合了計算機圖形學、仿真技術、人機接口技術、傳感器技術等多種技術手段，結合HTCVIVE虛擬現實頭盔、心肺復蘇模擬人的培訓系統。首次將虛擬現實與心肺復蘇模擬人實物進行連接，實現了操作者——虛擬現實系統——心肺模擬人三方數據的交互。系統完成了電力作業及觸電急救場景建模、動畫設定、虛擬現實第一、第三人稱視角、觸電場景再現，是集教學模式、訓練模式、考核模式于一體的觸電急救虛擬現實培訓系統。系統通過對觸電場景再現，為培訓學員提供視覺、聽覺等多感官體驗，讓其身臨其境，使學員沉浸在虛擬現實中，提高培訓的體驗效果。通過虛擬現實技術與傳感器進行人機數據交互，可以提供最真實的高處墜落、壓力反饋等感官體驗，提高培訓的交互性。通過不同電力專業場景的選擇，有針對性的開展不同專業的觸電急救培訓，提高現場體驗感和培訓的針對性。通過情景式的學習，更好的幫助學員培訓學員從理論知識的獲得到技能的遷移，提高培訓效果。

2觸電事故的種類

1）電擊。電流直接通過人體的傷害稱為電擊。當電流通過人體內部后，可對人體器官造成損傷，破壞人體內細胞的正常工作。主要表現為，引起麻感、針刺感、壓迫感、打擊感、痙攣、疼痛、呼吸困難、血壓異常、昏迷、心律不齊、窒息、心室顫動等癥狀。2）電傷。電流作用于人體表面的傷害稱為電傷。通常所說的，電傷主要是指當人體觸電后，電流通過人體時，使電能轉換成熱能而對人體表面產生的電流灼傷。電傷主要有以下幾種。①電弧灼傷。由于電氣設備的操作原因或設備缺陷在分斷開關電路時，產生大量的電弧對人體的傷害，這種傷害通常有2種形式，一種是直接電弧燒傷，也就是帶電體與人體間發生的電弧;另一種是間接燒傷，包括電弧發生在人體附近對人體的燒傷或金屬受熱熔化產生的飛濺物對人體的傷害。②電熔印。電熔印是指人體與帶電體接觸的部位留下永久性斑痕，而所產生的斑痕處皮膚失去彈性，表皮壞死，失去知覺。③皮膚金屬化。由于電流的作用，其能量使得金屬融化而產生的微粒滲入人體的皮膚，使皮膚堅硬和粗糙而呈現特殊的顏色，皮膚金屬化大多是在弧光放電時發生和形成的，在一般情況下，此種傷害是局部性的。④機械性損傷。當電流作用于人體時，由于人體的中樞神經反射和肌肉強烈收縮等作用，導致人體機體組織斷裂、骨折等傷害。⑤電光眼。當發生電弧時，由于電弧光所產生的紅外線、可見光、紫外線對人眼睛的傷害，主要表現特征為角膜炎、結膜炎等。

3預防觸電措施

3.1虛擬現實與觸電急救培訓相結合

將心肺復蘇模擬人程序重新編輯，與虛擬現實場景相結合，開發一套數據互傳的插件，保證所有產生的數據能準確的傳送給虛擬現實場景當中并轉換成事件，通過事件進行判斷和下一步的動畫以及其他互動環節，實現虛擬現實技術與觸電急救培訓相結合。主程序通過虛擬現實將影像與聲音數據傳輸給操作者，操作者通過對手柄和模擬人的操作，將動作信息轉換為數據傳輸給主程序，主程序通過運行和判斷再將信息反饋給操作者，形成操作閉環，同時培訓教師可通過第三人稱視角（影音輸出）指導操作者操作，觀摩者也可對其操作進行觀摩。觸電急救中參與救助者往往不只受救治的技能水平所限，同時還存在救治時難以克服的心理障礙。系統創造的高沉浸性、交互性環境可以讓培訓學員體驗在更加真實的事故場景中，第一視角下的虛擬世界最大限度的挑戰培訓學員的心理極限，使其克服心理障礙，在以往的知識與技能培訓外，融入情感和態度培訓，達到增強學習體驗和促進知識遷移的目的。

3.2預防直接觸電措施

1）用絕緣材料將帶電體與可能的觸電體隔斷。例如，電工在帶電操作時穿絕緣鞋、戴絕緣手套、使用絕緣鉗。2）在帶電體周圍加裝屏護裝置。例如，在變壓器四周建立柵欄;家用電器帶有絕緣外殼。3）帶電體與其它物體之間保持一定的間距。例如，高壓輸電線與建筑物之間應有最小垂直距離和水平距離。4）在易觸電之處，設立“高壓危險”、“止步”等安全警示牌。

3.3迅速脫離電源

對于低壓觸電者，當發生觸電事故后，現場的作業人員應就近及時采取果斷的處理措施，若開關電源在附近可立即拉斷開關。如果導線搭在觸電者身上可采用木桿、木板等絕緣材料將帶電導線挑開;若觸電者倒在帶電體上可采用木板等絕緣材料將其撬開;如果沒有麻電感，可用手拽拉觸電者的雙肩，將其從帶電體部位拉開，但是不可拖拉觸電者的鞋。

3.4基于學員操作行為糾正的反饋式教學及綜合評價

系統針對虛擬現場環境的學員操作行為進行記錄和監控，并與正確操作比對，對操作過程進行評估，幫助培訓師了解培訓學員的行為過程，在授課和指導過程中提供精準的數據支持。系統對每個學員在心肺復蘇過程中按壓深度、頻率、次數進行記錄，每5-10名學員操作后，培訓師調取統計數據，及時了解學員操作情況，并有針對性的進行個體輔導和集體糾正，提高培訓的針對性和有效性。

結語

電能的應用給人類的生產、生活帶來了極大的便利，但是如果發生人身觸電，電流可能直接流過人體的內部器官，安全是發展的紅線，安全培訓是企業發展之本。虛擬現實觸電急救培訓系統的開發和應用是安全培訓在培訓技術、方式和方法上的創新，有效的提高了觸電急救的培訓效果，提升了電力企業員工和全民的互救能力、事故處置能力。

參考文獻

[1]柳瑞雪，任友群.沉浸式虛擬環境中的心流體驗與移情效果研究.課程與教學[J]，2019（4）99-100

[2]劉敦文，賈昊燃，翦英驊，邱豐愷，顏輝.基于虛擬現實技術的隧道火災應急培訓系統構建和研究.中國安全生產科學技術[J]，2019（2）131-137

[3]劉德建，劉曉琳，張琰，陸奧帆，黃榮懷.虛擬現實技術教育應用的潛力、進展與挑戰.開放教育研究[J]，2016（8）