本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站安全案例式仿真培訓(xùn)方法。

背景技術(shù)：

變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)近年來廣泛用于變電站運(yùn)行人員的培訓(xùn)，主要采用桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)模擬一次設(shè)備操作、二維接線圖模擬電網(wǎng)操作，人機(jī)交互主要采用鼠標(biāo)鍵盤等交互方式。

在面向變電站安全的仿真培訓(xùn)方面，電力培訓(xùn)機(jī)構(gòu)主要采用理論培訓(xùn)、師傅帶徒弟和桌面式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)等方式開展技術(shù)技能培訓(xùn)工作，這種方式存在生產(chǎn)培訓(xùn)理論與實(shí)操分離，理論學(xué)習(xí)抽象、單調(diào)、枯燥，不便學(xué)員理解，在實(shí)操過程中，學(xué)員對(duì)操作規(guī)程和要點(diǎn)生疏，容易誤操作的問題。

現(xiàn)有技術(shù)對(duì)變電站安全事故的培訓(xùn)一方面采用桌面式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，系統(tǒng)的真實(shí)感和交互體驗(yàn)感與實(shí)際操作存在較大差異；另一方面對(duì)安全事故案例的培訓(xùn)多常用固定的課件形式進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)案例需要開發(fā)廠家進(jìn)行定制，教員無法根據(jù)教學(xué)的需要自主定義安全事故案例。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站安全案例式仿真培訓(xùn)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站安全案例式仿真培訓(xùn)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1.收集案例素材；

2.選取典型的安全事故案例；

3.形成典型案例表；

所述典型案例表是對(duì)所選擇的安全事故案例的完整過程描述；

4.案例梳理，梳理出關(guān)鍵事件和關(guān)鍵步驟；

5.形成案例腳本；

6.利用案例制作工具生成案例數(shù)據(jù)文件；

7.變電站安全事故案例的沉浸式應(yīng)用交互。

進(jìn)一步地，在步驟1中，所述案例素材包括事故快報(bào)、事故事件通報(bào)、事件調(diào)查報(bào)告書、事故視頻和動(dòng)畫和事故調(diào)研報(bào)告。

進(jìn)一步地，在步驟2中，所述案例選取的原則如下：

(1)優(yōu)先選擇具有普遍性的常規(guī)典型案例；

(2)優(yōu)先選擇專業(yè)崗位的重特大典型案例；

(3)優(yōu)先選擇本地區(qū)本部門本單位發(fā)生的真實(shí)性典型案例；

(4)典型案例應(yīng)具備針對(duì)性和代表性；

(5)典型案例應(yīng)具備時(shí)效性和生動(dòng)性。

進(jìn)一步地，在步驟3中，所述完整過程描述內(nèi)容包括事故經(jīng)過、事故原因和事故分步驟。

進(jìn)一步地，在步驟4中，所述關(guān)鍵步驟包括：

(1)電網(wǎng)規(guī)定的變電操作規(guī)范；

(2)操作票、工作票上規(guī)定的行為動(dòng)作；

(3)負(fù)責(zé)人、監(jiān)護(hù)人、操作人之間的對(duì)話；

(4)操作人的安全工器具選取；

(5)到達(dá)指定地點(diǎn)。

進(jìn)一步地，在步驟4中，所述關(guān)鍵事件包括：

(1)電網(wǎng)操作和設(shè)備操作的動(dòng)作效果；

(2)電網(wǎng)變電站設(shè)備的狀態(tài)變位事件；

(3)事故觸發(fā)效果展示。

進(jìn)一步地，在步驟5中，所述案例腳本采取表格形式，將整個(gè)案例過程分解為過程對(duì)象和事件對(duì)象；

所述事件對(duì)象包括場景和事件現(xiàn)象；

所述過程對(duì)象包括場景、行為主體、行為類型、行為客體和行為內(nèi)容。

進(jìn)一步地，在步驟6中，所述案例制作工具通過可視化的形式編輯工具生成案例流程圖；

所述編輯工具通過鼠標(biāo)鍵盤操作，實(shí)現(xiàn)案例圖元的新建、屬性編輯、流程圖布局編輯、圖元連接、圖元?jiǎng)h除和流程圖文件的加載保存功能。

進(jìn)一步地，在步驟7中，所述沉浸式應(yīng)用交互采用硬件設(shè)備為htcvive套裝，包括虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和動(dòng)作捕捉操作手柄；

所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔實(shí)現(xiàn)三維虛擬設(shè)備場景的顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔中顯示的三維視景隨著使用人員的頭部姿態(tài)的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)沉浸感；

所述操作手柄上裝配有位置感應(yīng)點(diǎn)，可通過空間位置追蹤器以光學(xué)位置追蹤方式獲取操作手柄的空間位置并傳遞給仿真主機(jī)。

進(jìn)一步地，所述操作手柄上安裝有多個(gè)操作按鈕，當(dāng)對(duì)操作按鈕進(jìn)行操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)定義的交互操作，定義如下：

左手手柄上包括第一觸控板、第一菜單按鈕、第一系統(tǒng)按鈕、第一狀態(tài)指示燈、第一扳機(jī)和第一手柄按鈕；

所述第一觸控板實(shí)現(xiàn)拋物線快速定位；

按下第一菜單按鈕后會(huì)出現(xiàn)場景導(dǎo)航圖，在該模式下，左手手柄會(huì)出現(xiàn)選擇射線，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)要定位的熱點(diǎn)時(shí)，按下第一扳機(jī)即可快速定位；

右手手柄上包括第二觸控板、第二菜單按鈕、第二系統(tǒng)按鈕、第二狀態(tài)指示燈、第二扳機(jī)和第二手柄按鈕；

按下第二觸控板，右手射出一條光線，對(duì)準(zhǔn)場景中的設(shè)備對(duì)象會(huì)在視野中浮現(xiàn)出對(duì)象的提示信息；光線對(duì)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)象時(shí)按下第二扳機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)象狀態(tài)的檢查確認(rèn)功能；

按下第二菜單按鈕后出現(xiàn)可選的三維工具，右手觸碰工具后握下第二手柄按鈕，工具會(huì)自動(dòng)被握在手中。

按下第二手柄按鈕表示抓握，可實(shí)現(xiàn)抓握工具、門把手實(shí)現(xiàn)開門、搖動(dòng)搖把功能；

第二扳機(jī)用于操作變電站控件，當(dāng)?shù)诙直|碰操作對(duì)象時(shí)，按下第二扳機(jī)按鈕即可完成操作。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提出一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站安全案例制作方法，利用該方法，用戶可以自行構(gòu)建出變電站典型安全生產(chǎn)案例，用戶可以不斷彌補(bǔ)和豐富沉浸式變電站仿真安全培訓(xùn)案例，對(duì)電網(wǎng)安全生產(chǎn)中的典型的人身傷亡事故、典型生產(chǎn)事故進(jìn)行分析，分析操作過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作，存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，編輯制作適合培訓(xùn)的正確規(guī)范的操作和錯(cuò)誤操作相比對(duì)的雙重模擬案例，讓學(xué)員體會(huì)不同的操作所產(chǎn)生的不同后果，加深學(xué)習(xí)印象感受各種作業(yè)環(huán)境中存在的危險(xiǎn)因素和不規(guī)范操作帶來的后果，用于提高學(xué)員的培訓(xùn)效果。

本發(fā)明提出一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站安全案例訓(xùn)練的交互方法，利用該方法，使培訓(xùn)者可以很直接地使用肢體動(dòng)作，與虛擬成像出來的裝置或環(huán)境進(jìn)行有效互動(dòng)和任務(wù)操作，讓學(xué)員能親身體驗(yàn)實(shí)際發(fā)生的生產(chǎn)事故，感觸各種作業(yè)環(huán)境中存在的危險(xiǎn)因素和不規(guī)范操作帶來的后果，提高事故分析和處理能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的技術(shù)方案主要步驟示意圖。

圖2是左手手柄或者右手手柄的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是左手手柄或者右手手柄的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案作詳細(xì)的闡述。這些具體實(shí)施方式僅供敘述而并非用來限定本發(fā)明的范圍或?qū)嵤┰瓌t，本發(fā)明的保護(hù)范圍仍以權(quán)利要求為準(zhǔn)，包括在此基礎(chǔ)上所作出的顯而易見的變化或變動(dòng)等。

圖1是本發(fā)明的技術(shù)方案主要步驟示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1：案例素材的收集

案例素材為安全事故的信息載體，本發(fā)明收集事故快報(bào)、事故事件通報(bào)、事件調(diào)查報(bào)告書、事故視頻和動(dòng)畫和事故調(diào)研報(bào)告等。

步驟2：案例選取

電力安全生產(chǎn)中存在大量可供培訓(xùn)人員學(xué)習(xí)和參考的事故，不同的事故案例對(duì)培訓(xùn)人員產(chǎn)生不同的引導(dǎo)和啟發(fā)?？紤]到制作成本，需要從大量安全生產(chǎn)案例從選擇最具培訓(xùn)價(jià)值的部分典型案例，因此需要挑選出典型事故用于制作可供培訓(xùn)的案例。本發(fā)明選擇進(jìn)行制作的案例的選取原則如下：

(1)優(yōu)先選擇具有普遍性的常規(guī)典型案例

導(dǎo)致發(fā)生這類事故的原因大都是由于作業(yè)人員在電氣操作中安全意識(shí)淡薄、習(xí)慣性違章或誤操作所造成的危害事故，例如，錯(cuò)接電源線，誤拉、合閘等。這類事故發(fā)生率很高，占事故的大多數(shù)，所以應(yīng)優(yōu)先先選擇此類案例。

(2)優(yōu)先選擇專業(yè)崗位的重特大典型案例

在各種電氣裝置、設(shè)備的運(yùn)行操作中，由于作業(yè)人員技術(shù)不熟練，工作能力差，操作不規(guī)范等都是造成這類事故的原因。例如，倒閘操作中的斷路器、隔離開關(guān)的不規(guī)范操作及變、配電裝置維護(hù)不當(dāng)?shù)?。這類事故的發(fā)生率雖然不高，可一旦發(fā)生則危害性較大，造成的人員和財(cái)產(chǎn)損失都特別巨大，對(duì)社會(huì)影響較大，應(yīng)引起特別重視，并充分利用這類案例對(duì)安全培訓(xùn)者起到轟動(dòng)和震撼作用。

(3)優(yōu)先選擇本地區(qū)本部門本單位發(fā)生的真實(shí)性典型案例

這類案例具有更直接、更現(xiàn)實(shí)的教育意義，是培訓(xùn)者在現(xiàn)場操作中親身經(jīng)歷或耳聞目睹的實(shí)例，選擇這些案例，對(duì)于安全培訓(xùn)能起到事半功倍的作用，講本地典型案例，用真人真事，用血的教訓(xùn)提高培訓(xùn)人員的安全意識(shí)，起到警鐘常鳴。

(4)典型案例應(yīng)具備針對(duì)性和代表性。

針對(duì)性是指所選案例應(yīng)根據(jù)培訓(xùn)對(duì)象和培訓(xùn)行業(yè)的不同有所區(qū)別。如所選用的案例不具代表性，培訓(xùn)者就會(huì)認(rèn)為與已無關(guān)，漠不關(guān)心，就達(dá)不到受教育的效果。針對(duì)性就是實(shí)用性；代表性就是典型性，都是能對(duì)每一個(gè)培訓(xùn)者都有啟發(fā)教育意義。

(5)典型案例應(yīng)具備時(shí)效性和生動(dòng)性

時(shí)效性指所選用的案例應(yīng)充分考慮事故發(fā)生的時(shí)間段，不要距今太久遠(yuǎn)。因?yàn)殡姎庠O(shè)備發(fā)展迅速，七八十年代的電氣設(shè)備與現(xiàn)在大不相同，操作方法與要求也有較大區(qū)別。同時(shí)要考慮案例的生動(dòng)具體，扣人心弦，這樣才能引起培訓(xùn)者的濃厚興趣，寓教于樂，起到警示、引以為戒的培訓(xùn)和警示作用。

步驟3：形成典型案例表

典型案例表是根據(jù)案例素材根據(jù)案例選擇原則所選擇的安全事故案例的完整過程描述，內(nèi)容包括事故經(jīng)過、事故原因和事故分步驟描述，具體格式如下：

步驟4：案例梳理

一個(gè)典型案例中包括大量的事件和操作步驟，將所有事件和步驟都進(jìn)行制作會(huì)導(dǎo)致案例用于培訓(xùn)是過于繁瑣，為了提高培訓(xùn)效率，在案例制作中梳理出關(guān)鍵事件和步驟加以重點(diǎn)制作。

本發(fā)明中關(guān)鍵步驟包括以下步驟：

(1)電網(wǎng)規(guī)定的變電操作規(guī)范

(2)操作票、工作票上規(guī)定的行為動(dòng)作

(3)負(fù)責(zé)人、監(jiān)護(hù)人、操作人之間的對(duì)話

(4)操作人的安全工器具選取

(5)到達(dá)指定地點(diǎn)

關(guān)鍵事件包括如下幾點(diǎn)：

(1)電網(wǎng)操作和設(shè)備操作的動(dòng)作效果

(2)電網(wǎng)變電站設(shè)備的狀態(tài)變位事件

(3)事故觸發(fā)效果展示

步驟5：形成案例腳本

案例腳本為根據(jù)案例典型變電站的實(shí)際設(shè)備結(jié)構(gòu)，對(duì)典型案例進(jìn)行過程改編以適應(yīng)典型變電場景結(jié)構(gòu)。案例腳本采取表格形式，將整個(gè)案例過程分解為若干條過程和事件對(duì)象。事件記錄包括場景和事件現(xiàn)象兩個(gè)字段信息，而過程對(duì)象包括場景、行為主體、行為類型、行為客體和行為內(nèi)容等字段信息。具體腳本格式如下：

步驟6：利用案例制作工具生成案例數(shù)據(jù)文件。

6.1.案例制作工具的編輯功能設(shè)計(jì)

案例制作工具實(shí)現(xiàn)可視化的形式編輯生成案例流程圖，該編輯工具通過鼠標(biāo)鍵盤操作可實(shí)現(xiàn)案例圖元的新建、屬性編輯、流程圖布局編輯、圖元連接、圖元?jiǎng)h除和流程圖文件的加載保存等功能。

新建案例流程圖

加載案例流程圖

繪制流程圖元

繪制事件圖元

生成連接弧

選中圖元

編輯圖元屬性

刪除圖元

移動(dòng)圖元

6.2案例流程圖的圖元類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

案例流程圖類：

圖元基類：

組圖元類‐圖元基類的子類,用于分組容納多個(gè)子圖元：

行為圖元類‐圖元基類的子類，描述角色的行為：

事件圖元類‐‐圖元基類的子類，描述場景中發(fā)生的事件：

連接弧圖元類‐‐圖元基類的子類，用于描述圖元之間的連接關(guān)系：

6.3案例流程圖的數(shù)據(jù)文件格式

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</case>

步驟7：變電站安全事故案例的沉浸式應(yīng)用交互。

7.1典型案例庫應(yīng)用模式設(shè)計(jì)

典型案例庫完整記錄了一個(gè)完整的事故案例所發(fā)生的三維變電站事件和電網(wǎng)事件，可用于正確的變電站操作，也可用于錯(cuò)誤的操作，可用于變電站安全事故的學(xué)習(xí)、練習(xí)和考核等階段。本發(fā)明中應(yīng)用的方式如下

(1)典型案例的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)功能。

典型案例可提供案例的可控制播放功能，學(xué)員可通過培訓(xùn)客戶端完整的交互式瀏覽整個(gè)案例的全過程；學(xué)員也可以沉浸式體驗(yàn)的方式，以跟隨視點(diǎn)的方式觀察整個(gè)典型案例的過程，通過體驗(yàn)事故的震撼效果提高對(duì)安全教育的理解。

(2)典型案例的練習(xí)功能。

學(xué)員可通過扮演案例中某個(gè)角色的方式，以單人模式或多人模式進(jìn)行案例對(duì)應(yīng)的培訓(xùn)任務(wù)的練習(xí)，系統(tǒng)可根據(jù)案例中的流程信息對(duì)學(xué)員進(jìn)行操作指導(dǎo)和提示。

(3)典型案例的考核功能。

教員可對(duì)學(xué)員指定某個(gè)典型案例進(jìn)行考核，學(xué)員在操作中，如果違反了安全規(guī)程或正確的操作流程，則扣除對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)，最終根據(jù)學(xué)員的整體操作流程對(duì)學(xué)員進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)。

7.2沉浸式交互設(shè)計(jì)

本發(fā)明采用硬件設(shè)備為htcvive套裝，包括虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和動(dòng)作捕捉操作手柄。虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔可實(shí)現(xiàn)三維虛擬設(shè)備場景的顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔中顯示的三維視景隨著使用人員的頭部姿態(tài)的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)沉浸感。操作手柄用于捕捉使用者的雙手空間位置和操作控制信息，操作手柄上裝配有位置感應(yīng)點(diǎn)，可通過空間位置追蹤器以光學(xué)位置追蹤方式獲取操作手柄的空間位置并傳遞給仿真主機(jī)；如圖2和圖3所示，操作手柄上安裝有多個(gè)操作按鈕，當(dāng)對(duì)操作按鈕進(jìn)行操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)定義的交互操作，定義如下：

1)左手手柄的功能設(shè)計(jì)

觸控板實(shí)現(xiàn)拋物線快速定位

菜單按鈕按下后會(huì)出現(xiàn)場景導(dǎo)航圖，在該模式下，左手手柄會(huì)出現(xiàn)選擇射線，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)要定位的熱點(diǎn)時(shí)，按下扳機(jī)即可快速定位。

2)右手手柄的功能設(shè)計(jì)

觸控板：按下實(shí)現(xiàn)右手射出一條光線，對(duì)準(zhǔn)場景中的設(shè)備對(duì)象會(huì)在視野中浮現(xiàn)出對(duì)象的提示信息；光線對(duì)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)象時(shí)按下扳機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)象狀態(tài)的檢查確認(rèn)功能。

菜單按鈕：按下后在眼前出現(xiàn)可選的三維工具，右手觸碰工具后握下手柄按鈕，工具會(huì)自動(dòng)被握在手中。

手柄按鈕：按下表示抓握，可實(shí)現(xiàn)抓握工具、門把手實(shí)現(xiàn)開門、搖動(dòng)搖把等功能。

扳機(jī)：用于操作變電站控件，當(dāng)手柄觸碰操作對(duì)象時(shí)，按下扳機(jī)按鈕即可完成操作。其中操作復(fù)位按鈕時(shí)按下扳機(jī)按鈕立刻完成；而操作左右擰的操作把手時(shí)，按下扳機(jī)后保持按下狀態(tài)，然后向左右旋轉(zhuǎn)一定角度實(shí)現(xiàn)向左至位或向右至位；操作上下退的空開時(shí)，按下扳機(jī)后保持按下狀態(tài)，然后手柄向上下方向運(yùn)動(dòng)一定距離實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換。