高空线路行走 VR实训系统

高空线路行走 VR实训系统

张晓龙

郑州万特电气股份有限公司

摘要：高空巡线工堪比阿迪力，他们的任务是为线路通道清除树障。巡线员登上高压线后，脚下的电缆离地面最近距离为12米，最高则达800米。巡检工作是记录下高压线上和线下所有的安全隐患。电力部门每年招收巡线工，都必须经过严格的专业岗前培训及考试。由于高压线跨越江河，还有的翻山越岭，离地距离最高的达到800米，下面不是深山峡谷就是滔滔江河，因此心理素质和体能要绝对过硬。

关键词：高空巡线；巡检工作；VR

1、项目依据

1.1意义

高空巡线工堪比阿迪力，他们的任务是为线路通道清除树障。巡线员登上高压线后，脚下的电缆离地面最近距离为12米，最高则达800米。巡检工作是记录下高压线上和线下所有的安全隐患。电力部门每年招收巡线工，都必须经过严格的专业岗前培训及考试。由于高压线跨越江河，还有的翻山越岭，离地距离最高的达到800米，下面不是深山峡谷就是滔滔江河，因此心理素质和体能要绝对过硬。

本项目旨在构建一个高空线路行走VR虚拟现实仿真系统，将高空线路巡视的各种环境通过虚拟现实技术模拟呈现，通过在室内架设一段500kV四分裂线路，借助VR虚拟现实技术，营造高压线路走线虚拟场景，让学员真实在分裂导线上行走，让学员掌握分裂导线行走的技能与安全要领，认识做好防止高空坠落措施的重要性，掌握走线时如何正确采取安全防护措施，体验输电线路杆塔间导线上行走技巧，一旦发生坠落后的风险体验。同时让学员在虚拟世界中从视觉、听觉与触觉感受高空线路场景，锻炼学员的高空心理素质。教师也可以通过服务端对某一段线路、螺栓等设置故障，增强了培训效果，解决了现实实物培训无法对巡视线路故障设置的问题，亦可用于电力培训中心线路专业和配网专业的教学与科研平台。

高空线路行走VR实训系统是用最新科技虚拟现实技术在电力安全培训教学领域的开创性应用，该项目通过虚拟现实体验的方式将实训操作的内容进行场景化的体验，让每一个体验者以第一视角体验高空线路巡线的实训操作流程。学员通过VR体验系统亲身体会学习内容，既能够提高实训安全性，也能提高自身技能水平。该项目很大程度上推动了教育培训的现代化、标准化、科技化，真正实现智慧教学。

1.2国内外现状、水平和发展趋势

在过去十年间，VR技术取得了突破性发展，使其在工作培训场景中的应用成为现实可能。UPS使用VR来训练新手驾驶员以避免事故；肯德基利用VR培训员工炸鸡，效率提升60%；美国零售商沃尔玛今年将在200所员工培训学院推行VR培训……

作为专业度较高电力行业也积极拥抱VR技术，借助VR沉浸性、交互性和构想性三大特性，有效解决传统电力培训的痛点，高空线路行走VR实训系统开启以虚拟现实技术助推电力人才培养的创新教育模式。

随着时代的变迁，电力培训从以往的课堂教学、到计算机仿真，再演变到如今的沉浸式虚拟现实，VR技术不仅突破了场地、设备、师资、时间、空间的局限，让电力培训更真实、更安全、更规范、更有效，而且VR资源可以重复利用、在线共享，大大降低了培训成本，提高了培训效益。

1.3项目研究开发对本企业、行业的推动（带动）作用

　高空线路行走VR实训系统，是利用计算机设备模拟产生一个三维的高空巡线场景，提供用户关于视觉、听觉等感官的模拟，有十足的“沉浸感”与“临场感”，具有沉浸性、交互性和构想性三种特性。高空线路行走VR实训系统的出现，给电力安全培训带来无限的可能性和想象空间。

首先，是教学场景的创设。有了高空线路行走VR实训系统，我们可以在虚拟环境中模拟分裂导线高空线路培训场景。结合实际四分裂导线线路，将VR虚拟环境与实物线路进行有效结合，为电力线路专业、配网专业、新进员工的培训提供了可能性、安全性。

其次，是电力设备的虚拟仿真。通过三维建模技术，可以对电力高空行走环境充分的模拟还原，如高山、峡谷、河流等，并配合声效、摆动等，让学员在沉浸的环境中感受高空线路行走的各种环境，锻炼学员的高空作业心理素质，提高其作业能力。

1.4项目达到的技术水平及市场前景

1.4.1技术水平

本项目与同类产品相比具有较强的竞争优势，无论从技术先进性、应用范围还是对应用模式支持都优于同类产品。如：采用多层体系架构和可重用构件技术，系统功能可实现灵活配置管理，支持增值应用快速二次开发；采用数据仓库技术和逻辑计算引擎技术，实现关系型数据、矢量图形数据、文本数据等多种复合数据大容量存储、分析、聚合与利用等技术方面具有独特性。

1.4.2市场前景

目前，公司正在不断延伸VR技术在电力培训中的应用，致力打造电力行业专属的“VR学堂”。在这里，你可以进入传统课堂无法呈现的虚拟场景，自主参观、浏览、学习、体验、训练。公司表示可以预见，VR技术在电力培训上的大规模应用时代即将到来，电力安全培训、远程设备维护、故障诊断、智慧营销、调度运行等电力行业的应用场景将不断涌现。

VR技术的应用门槛较高，公司成立了一支以中青年技术专家为主的VR教学研发团队，致力于研发高效、安全、可靠的虚拟现实电力教学平台，并在该平台基础上开发了生物感知模块，能在未来电力培训中创造更丰富的培训模式和更安全高效的培训效果。

眼下，公司正设想实现足不出户的培训，让老师和学员都待在家里，拿出手机，利用终端进入培训网络，在虚拟现实里设置环境和工作任务，约好时间就能隔空操作培训。届时，新技术的有效利用将产生更巨大的价值。

2、项目主要内容

本项目将建立一套高空线路行走VR实训系统，采用虚拟结合的方式，通过模拟真实四分裂线方式，营造高空作业现场环境，让学员在虚拟场景中进行高空线路行走体验，并跨越间隔棒等障 碍物，配合场景的变换、晃动等模拟在高空的情景。以亲身体验输电线 路上行走的方式，使学员掌握在杆塔间带弧度的输电线路上行走技能，并能依据相关故障，进行排査并处理，并增强防止高空坠落措施的重要性，同时让学员在虚拟世界中从视觉、听觉与触觉感受高空线路场景，锻炼学员的高空心理素质。

系统以VR软件与VR设备结合的形式进行展示，主要由以下部分组成：VR头显、定位追踪器、大屏显示系统、计算机、VR体验系统软件、四分裂导线线路组成。

本项目主要实现以下内容：

（1）VR虚拟与现实体验功能；

学员通过带上VR头显设备，设备内显示真实的操作环境，学员通过体验手柄，在定位区域内进行活动与操作。

（2）区域空间定位功能；

区域定位功能使用两个红外激光定位器，呈对角线放置，形成一个正方形体验区域，在该区域内实现定位区域网，供软件分

析手柄和头显的动作，实现精准定位，增强体验效果，减少眩晕。

（3）LED大屏显示功能；

LED大屏同步显示VR体验者的操作流程和体验场景，供其他学员观看或老师分析。

（4）高空线路情景体验

体验者佩戴VR眼镜，通过VR眼镜内的虚拟场景，体验高空线路在山间峡谷的场景，锻炼体验者高空心理素质。

（5）高空线路行走体验

系统配置有1:1的四分裂导线线路，体验者佩戴VR眼镜，眼镜内场景与分裂导线线路相结合，体验者在真实线路上行走，使体验者犹如身临其境。

（6）虚拟坠落体验

当体验者在行走过程中，由于操作不当，发生坠落风险时，场景内自动切换为坠落过程场景，使体验者从视觉、听觉感受坠落风险。

（7）肢体动作采集

系统配置有区间定位及肢体动作采集系统，能够将体验者手、脚的移动同步到VR场景内，提升体验的真实感。

（8）安全防护

体验区域地面设置有防护软垫，分裂线路离软垫高度20厘米，放置体验过程中，体验者可能踩空放生的跌落，充分保证体验者的安全。