VR經緯儀在線路測量中的應用及推廣＊

陳曉蕓，王文武

VR經緯儀在線路測量中的應用及推廣＊

陳曉蕓，王文武

（鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州 450004）

針對光學經緯儀在使用中受到光線和空間限制、精密儀器操作不當容易受損且儀器更新換代緩慢等的問題，開發了VR經緯儀，預制最先進的儀器設備和典型的工程案例實景，通過模擬建模某一新建線路的設計、施工和驗收等實際工作環境場景，對線路進行各個階段中的測量工作，同時開發基于工作過程的技能訓練項目，讓學生提前體驗未來真實的工作環境，增強學習的真實感受。此項目符合校企合作的條件，可服務于在校學生和現場企業員工，實現校企“雙元”育人，讓學生能更好地適應企業崗位的需求，具備一定的推廣和實用價值。

VR經緯儀；基于工作過程；技能訓練；校企合作

1 引言

隨著經濟的發展，電網投資增加，輸配電線路作為電網重要的組成部分，很大一部分投資用在了建設輸配電線路上。目前，中國擁有全球最大的特高壓輸電網絡，而線路測量是指在線路在規劃、設計、施工、驗收和運行維護等過程中所進行的測量工作，對輸配電線路的建設、運行和維護起著重要的作用。而光學經緯儀是測量中使用最廣泛、最常用的一種儀器。

1.1 經緯儀在線路建設方面的應用

線路的規劃、設計、施工和驗收等階段都離不開測量。規劃階段，地形圖標定出線路的路徑；設計階段，選擇和確定線路路徑方案；施工階段，對桿塔位復測和定位，精確測量弧垂；驗收階段，進行基礎、桿塔、弧垂質量的檢測等。

1.2 經緯儀在線路運行和維護方面的應用

測量弧垂是否符合運行要求，桿塔是否傾斜等都要用經緯儀進行測量。

1.3 經緯儀在教學中的應用

經緯儀是高壓輸配電線路施工運行與維護專業必備的教學儀器。由于大多數實際的施工測量現場環境比較復雜，學校如果要建立實際場地投入大，且場地有限，可行性不高。讓學生去企業現場實踐，又無法給學生提供絕對安全的實習場所，而且學生實踐能力有限，在工程現場不能立即進行實踐操作，即使讓操作也不可能長時間操作高級儀器設備，更不可能觀摩和學習到工程項目各個環節的流程和方法，這些因素都極大地限制了學生職業崗位能力的提升。另外，隨著科技的不斷發展，GPS、全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位技術、無人機測繪技術、三維激光掃描技術[1]等逐漸用于各種工程測量現場，企業現場往往使用的是最先進的儀器設備和測量技術手段，高校的儀器設備和測量方法與實際現場脫節嚴重，不利于學生創新能力和工程實踐能力的培養。

2 經緯儀的應用

根據輸配電線路的規劃、設計、施工和驗收等幾個階段開展的線路測量工作。以某一條新建線路為例，模擬這條線路的設計、施工和驗收工作的測量場景，完成以下內容。

設計階段，選擇和確定線路路徑方案，選定線測量、平斷面測量、交叉跨越測量等；施工階段，對桿塔位的復測，桿塔基礎分坑測量，精確測量弧垂；驗收階段，進行基礎、桿塔、弧垂質量的檢測等。除此之外，道路、橋梁、建筑等行業的工程建設中經緯儀也是最基本測量工具。設計、施工人員需掌握儀器最基本的使用方法。

目前，國內外的測量儀器主要有經緯儀、全站儀和GPS等，但是在測量精度上光學經緯儀占絕對的優勢，雖然GPS可大大縮短測量工期，提高工作效率，但在一些特殊的工作場景中它并不能替代經緯的作用，所以，經緯儀仍使用廣泛。

3 VR經緯儀

VR是在三維模型的基礎上提供虛擬現實環境，它是一種集成了計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、傳感器、網絡技術的計算機模擬系統。通過建立一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界，使計算機產生一種人為虛擬的環境，進而使用戶在視覺上產生虛擬環境沉浸感[2]。學生可以通過視覺、觸覺、聽覺等多維感官通道收集信息，主動交互、思考、實踐[3]。

將VR系統應用到工程測量實訓中可具備以下特點： ①通過數字建模技術，結合輸電線路建設規劃、勘測、設計、施工、質量驗收等各個環節中的測量項目，將應用場景、經緯儀、輔助工具、任務等進行對比還原建模，開發基于工作過程的技能訓練項目，在虛擬環境下呈現逼真的效果。②根據任務需要，編寫開發程序，包括交互流程、UI文字畫面、動畫設計展示、語音、環境音等，讓學習更流暢、更實用、更符合需求。③傳統的經緯儀受場地和資金的限制，先進的實訓設備和環境往往難以保障。VR技術的加入，通過二維平面測圖到三維實景掃描等，有效解決了這一難題，在虛擬系統中，可以預制最先進的儀器設備和典型的工程案例實景，而且一套實訓設備可以多人多次重復利用，實現了低成本培養高素質人才的培養目標，在保障儀器設備先進性的同時又節約了大量的場地和資金投入。

4 擬解決問題

4.1 解決經緯儀常規使用中出現的問題

光學經緯儀用于高壓輸配電線路施工運行與維護專業“線路工程測量”課程的日常教學和實訓。因為是光學成像原理制成的精密儀器，學生在使用的過程中因為操作不當、操作不正確，加之儀器的使用周期頻繁，導致儀器損壞率很高。另外，光學經緯儀還受到天氣和空間的制約，如果是陰雨天，光線不好，會給測量工作帶來很大的不便且測量成果的精度也會受到很大的影響。

4.2 有利于教學改革

“線路工程測量”課程傳統的理實一體化教學中，實操部分因為是在室內進行，受到空間和光線的限制，實施起來并不理想，這就給理論聯系實際的授課方法在執行上帶來了阻礙，給正常的教學帶來了不便。近幾年VR技術的發展，為經緯儀的操作和使用受限帶來了新的希望，VR經緯儀的開發可以避免精密儀器使用過程的受損問題，解決天氣和空間限制問題，更有利于開展理實一體教學。

4.3 便于現場企業人員的培訓

在輸配電線路設計、施工，道路、橋梁、建筑、水利工程等的建設中，測量技術是施工人員必備的技能之一，經緯儀作為測量最基本的儀器，是其他儀器使用的基礎，VR經緯儀可為企業現場人員提供技能培訓，可模擬工作場景，給培訓人員帶來真實施工現場的體驗，掌握測量的基本技能，盡快融入到崗位中。

4.4 促進產教融合校企“雙元”育人

高職院校作為為企業提供技能型人才的主要單位，人才方案的培養要適應企業的實時要求，相關課程與實踐生產要緊密聯系，技能操作和職業能力要跟的上時代的需求。及時將新技術、新工藝、新規范納入教學標準和教學內容，強化學生實習實訓，促進產教融合校企“雙元”育人。

4.5 可進行綜合實訓練習

虛擬現實教學系統作為計算機終端設備，其操作流程非常簡單，用戶只需穿戴好虛擬設備，通過點擊、觸摸等方式，即可進入實體三維場景進行模式實訓操作，突破傳統測量實訓課程易受場地、設備、時間等因素的制約，進行“多設備、多場景、多項目”的綜合實訓練習。在免去儀器設備損壞的顧慮和思想負擔的同時，輕松地完成設備的拆解、組裝、工程項目的策劃組織及實施等操作。

4.6 可模擬各種真實的職業環境

學生在實訓過程中，學到和掌握本專業領域先進的技術、施工流程和技術實際應用的本領，為學生實現“零距離”上崗打好夯實的基礎。VR經緯儀的開發可以模擬各種真實的職業環境，開展的項目符合現場實際情況，讓學生提前體驗職業生涯，學生按照未來專業崗位群對基本技術技能的要求，進行實際操作訓練和綜合素質培養。

5 成果推廣

可開展高壓輸配電線路施工運行與維護專業相關課程“線路工程測量”“輸配電線路設計”“桿塔結構與基礎”等相關的實驗實訓項目，提高學生學習主動性，增強畢業生就業時的競爭力，提高學校的知名度。

可服務于職業資格證書的的培訓和鑒定工作。面向學校和學生的職業資格證書的培訓和鑒定可促進職業教育“1+X”制度建設。面向電力生產相關企業的培訓和鑒定可提高企業人員的職業能力同時為學校帶來一定的經濟收益。

可展開校企合作，為企業訂單培養技能人才，為學校創收，并服務于社會。

6 結論

本文針對傳統工程測量實訓受條件和時間的限制，提出VR技術結合測量儀器的方法，讓學生在絕對安全的環境中，沉浸式體驗各種工程項目的各個環節與流程，同時還可以進行實時考核與技能短板的反復練習，從而強化職業技能，并有效地降低損壞儀器的風險。同時，還可以解決工程測量實訓器材更新換代緩慢的弊端，減少器材投資。VR技術與測量的結合，把真實環境和虛擬現實的景象疊加起來，利用虛擬的物體對真實的環境進行逼真的補充，虛實結合，增強學習的真實感受，以此來提高認知能力。其借著人機交互技術，豐富了教學資源、優化了教學過程，并著力于個性化的培養，為在校學生和企業培訓人員提供在線實驗及課程教學資源一體化的泛在學習體驗。

［1］］黃志劍.虛擬仿真技術在工程測量中的應用［J］.科技風，2018（9）：6.

［2］王愛民，韓月嬌.虛擬現實技術在工程測量實驗課程中的應用［J］.中外企業家，2018（29）：187.

［3］左小翠，張學亮.VR技術在測量學實訓課程教學中的應用研究［J］.無線互聯科技，2019，10（19）：136-137.

2095－6835（2020）20－0154－02

TH761.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.067

陳曉蕓（1982—），女，講師，碩士研究生，研究方向為信息技術。

鄭州電力高等專科學校校級科研項目“VR經緯儀”（編號：ZEPCKY2020-26）

〔編輯：嚴麗琴〕