基于沉浸式虛擬現實的電力安全事故案例體驗系統的研究

宋宏雷 丁新勇

前言

以沉浸式體驗培訓為目標，通過建設平臺，用VR虛擬現實技術模擬電力行業日常運行操作，并通過對典型案例剖析，加入事故全過程的三維動畫及聲光特效，從而做到“重現事故現場、剖析事故原因，聲畫同步起到讓人員更清晰的學習，深入人心的警示”，是集事故案例體驗、安全教育展覽、培訓為一體的綜合性展廳，讓受訓學員盡可能真實的體驗各種類型安全事故案例，對電力安全事故更真實的感受，從感性上觸動對安全重要性的認識。從而能夠有效的強化風險管控，增強安全意識，預防安全事故發生。

一、緒論

近年來，為全面優化電力在生產、輸送、消費這一全過程，進一步降低能源資源的消耗損耗，加快現代化建設，我國很早就提出了建設“智能電網”，更提出到2020年全面建成“堅強智能電網”，便于進一步改善資源配置能力，提高電網安全穩定運行水平，加強電網、電源、用戶之間互動，使電網在服務全民中發揮更加重要的作用。電力工業作為國民經濟的第一基礎產業，關系著國計民生，是世界各國經濟發展戰略優先發展中的重點。據國家能源局公布的數據顯示，2017年全社會用電量63077億千瓦時，同比增長6.6%，同時中國電力企業聯合會發文預計2018年全社會用電量將增長5.5%左右。為保證變電站安全可靠經濟運行，必須保證運行操作相關人員專業知識水平、操作水平、應變能力等能力足夠高，提高相關技術人員的業務水平對電力系統安全穩定運行有著非常重要的意義。

隨著計算機硬件的發展、性能的提升，計算機對于三維圖像處理能力日益增強，使得原本成本較高的虛擬現實技術得以推廣發展，許多高校、科研機構以及培訓機構更是將虛擬現實技術應用到各個領域，如軍事、采礦安全、教學培訓等多個方面。在虛擬現實世界中試驗測試，能模擬實現現實應用中大量試驗成本較高的任務或者不便于進行大量試驗的工作。虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向，是一門多學科多種技術交叉性的前沿研究領域，是一種高級的人機交互系統。其中，沉浸式體驗，對視覺質量、音頻質量、交互界面提出了更高的要求。但由于當前硬件設施尚未完全成熟，軟件內容極度缺失。在未來規劃中，軟件、硬件結合發展，形成產業鏈，才是虛擬現實的出路所在。利用虛擬現實技術處理電力培訓，既可以提高仿真培訓的沉浸度，又避免了電力培訓在高壓高危環境所帶來的安全隱患。將其應用在電力安全培訓上，既可保證電網安全運行的穩定性和經濟性，還能提升培訓效果。

二、項目實施計劃

目前，沉浸式虛擬現實仿真技術發展迅速，相關設備價格也在不斷下降，如美國SGI公司的Reality Center、HP公司的Visualize Center和University of Illinois at Chicago的CAVE;微軟公司于2010年推出了Kinect體感設備，被譽為繼鼠標和多點觸控技術之后的“第三次人機交互革命”。沉浸式虛擬現實仿真技術主要是通過各種硬件，如立體投影、頭盔顯示器等設備，把視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，提供一個新的、虛擬的感覺空間，利用空間位置跟蹤器、運動捕捉或數據手套等輸入設備，使得參與者完全投入一個更為逼真、可交互的虛擬環境并沉浸于其中。

本項目擬對全數字化電力安全仿真培訓系統進行深入研發，以虛擬現實技術為基礎，配合Kinect體感技術、立體投影和3D眼鏡等交互設備，從視覺、聽覺和交互方式等方面為電力安全培訓人員構建更加逼真的沉浸式虛擬環境。

三、項目擬達到效果

該項目擬實現兩方面的效果：一是事故案例體驗，包括經典事故體驗與一般事故體驗;二是模擬仿真作業。受訓學員與整個系統的關系，圖中受訓學員可與虛擬現實環境從視覺、聽覺和語言等方面進行充分的交互，并從中學習知識，吸取教訓，以達到提升培訓效果的目的。

“只有親身體驗，才會刻骨銘心”。將基于沉浸式虛擬現實的體驗式安全培訓導入安全教育課程，實現了“體驗安全，避免傷害;來自現場、高于現場”的目標，促進了認知教育和警示教育取得實效，使學員通過視覺、聽覺、觸覺，真實感受和體驗真實作業中潛在的危險及可能導致傷害之情景，進而增強學員作業安全防范意識，心生警惕，愿意主動落實防護措施，確保工作安全與身體健康。

四、總結、分析與展望

安全生產是電力企業發展建設工作的重中之重。一起人身傷亡事故所帶來的后果不僅影響著電力企業的命運，更牽系到一個甚至多個家庭的存亡，所以只有做到安全事故的有效預防才能更好的降低災難發生的幾率。

然而，傳統電力安全事故的教育及培訓多以書面形式開展，其內容乏味枯燥很難得到認真學習，學習人員很難真實的感受到安全事故所帶來的危害，并無法詳細了解到事故發生的原因，以及該如何預防及應對。

該報告提出了建立一套基于沉浸式虛擬現實的電力安全事故案例體驗系統，首先通過介紹該系統的軟件系統與硬件系統以及關鍵技術的實現方法，說明了該系統建立的可行性;然后對系統擬實現的功能進行了論述。建立事故體驗系統，可以通過對典型案例剖析，以工程案例的仿真模型和圖文注解為參照，同時，加入根據事故發生過程制作的三維動畫及配音解讀，給培訓人員以身臨其境的感覺，從而更好的了解事故發生的機理，明確違規操作可能帶來的危害，從意識層面認識到安全的重要性，規范自己的行為，避免再次出現此類事故。

作為傳統的電力生產企業，行業間各企業在資金實力、技術力量等方面不分伯仲，只有將管理工作的不斷創新才是樹立企業品牌、不斷贏得市場的必備條件。

能源監管部門、安監部門及國網集團每年都會圍繞安全管理、創新管理等工作開展相關評審、評比工作，只有在實踐中不斷的探索，在方式、方法及模式上不斷的創新完善，才是企業立足行業、脫穎而出的有效辦法。

該系統的建立對于企業來說本身就是一種創新，此外其還能為企業在其他方面創作收益，如：

樹立企業品牌——讓“以安全生產為紅線、以人身及財產安全為責任”的企業經營理念更為突顯，可信賴成為企業的符號。

提升安全管理——加強企業員工培訓實效性，對提高全員安全意識有著更系統的培訓，進一步完善企業安全管理工作。

完善交流平臺——監管部門、主管單位安全工作匯報的依據，向社會各界宣傳的途徑，同行業間交流的平臺。

除了該報告中提到的初始功能外，考慮到目前大數據技術愈發成熟，以及電力企業管理的復雜性，該系統還可以拓展以下功能：運用CAVE與GIS技術，將實時處理過的大數據進行可視化操作，該技術可以為公司領導層和管理層提供一種功能強大的決策工具;為公司執行層提供一種準確、及時的指揮工具;為公司操作層提供一個高效智能的作業工具;強化了公司在安全生產管理上的深度、廣度、準確度;提升了安全風險的管控能力。

隨著計算機科學技術的飛速發展，傳統的培訓、管理手段已逐漸跟不上時代的步伐，作為傳統的電力生產企業，我們更應當與時俱進，在管理工作中不斷嘗試，在同行之中做好榜樣作用。