徐州市供電分公司輸電運檢中心 孫 鋒

1 引文

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路帶電作業(yè)的安全和高效性越來越受到關注。而跨二短三進入等電位是帶電作業(yè)中的常規(guī)操作，然而這些操作存在一定的風險和挑戰(zhàn)。為了提高帶電作業(yè)人員的技能水平和作業(yè)效率，降低事故發(fā)生的概率，研究開發(fā)了跨二短三進入等電位VR實訓裝置。本文旨在詳細介紹該裝置的工作原理、組成部分和關鍵技術，分析其應用價值和功能應用，以期為輸電線路帶電作業(yè)提供一種安全、真實的訓練環(huán)境。

2 跨二短三進入等電位VR實訓裝置概述

2.1 工作原理

跨二短三進入等電位VR實訓裝置的工作原理基于虛擬現實技術，結合實體絕緣子串模擬裝置、VR無線版頭戴式顯示裝置、定位器和追蹤器等組成[1]。

體驗人員穿戴安全防護措施和VR無線版頭戴式顯示裝置，完成裝置的配置。進入虛擬現實世界后，體驗人員可以看到和操作虛擬手和腳。在該虛擬環(huán)境中，體驗者可以根據系統(tǒng)指引，學習和練習跨二短三進入等電位操作方法和注意事項。該裝置提供了一個真實且安全的訓練環(huán)境，使帶電作業(yè)人員可以不斷練習和學習，提高操作技能和注意事項的清晰度。

2.2 跨二短三進入等電位VR實訓裝置的組成部分

本VR實訓裝置為虛擬現實單人體驗裝置，由實體絕緣子串模擬裝置、VR無線版頭戴式顯示裝置、定位器、追蹤器組成，如圖1～圖4所示。進行培訓前需要穿戴相關裝備。

圖1 實體絕緣子串模擬裝置

圖2 VR無線版頭戴式顯示裝置

圖3 定位器

圖4 追蹤器

2.3 關鍵技術

跨二短三進入等電位VR實訓裝置的關鍵技術包括光學定位及6DOF技術、模型與動畫技術、語音交互技術以及精準追蹤技術。光學定位及6DOF技術使用光學傳感器等設備記錄帶電作業(yè)人員在現實環(huán)境中的位置和動作，并將其輸入虛擬現實系統(tǒng)中，實現絕緣子串模型在虛擬環(huán)境中的定位和對應。同時，6DOF技術精確追蹤帶電人員的頭部和手部位置和姿態(tài)，使得體驗者能夠在虛擬環(huán)境中準確觀察和操作絕緣子串模型[2]。

模型與動畫技術通過三維建模技術將真實的帶電作業(yè)場景和設備模型轉化為虛擬現實場景中的模型。利用動畫技術和場景編排，精細地模擬帶電作業(yè)過程中的各個步驟和動作，使體驗者在虛擬環(huán)境中逼真地感受和學習跨二短三法進入等電位的操作過程。

精準追蹤技術通過追蹤器固定在手腕和腳踝處，精準捕捉帶電作業(yè)人員的雙手和雙腳位置和姿態(tài)，在虛擬環(huán)境中實時與實體耐張雙聯絕緣子串進行交互。

3 跨二短三進入等電位VR實訓裝置的應用價值

3.1 提供真實性訓練環(huán)境

跨二短三進入等電位VR實訓裝置為用戶提供了一個高度真實的訓練環(huán)境。傳統(tǒng)的訓練方法可能存在許多限制，如現場訓練的空間限制、設備和場景的限制等。而使用VR實訓裝置，學員可以在一個模擬的虛擬環(huán)境中進行訓練，模擬真實的操作場景和工作情況。這將使學員能夠更好地理解和掌握復雜的操作流程和技能，提高學員在實際工作中的適應能力。

3.2 減少帶電作業(yè)事故風險

帶電作業(yè)事故是一個非常嚴重的問題，可能導致人身傷害和設備損壞。使用跨二短三進入等電位VR實訓裝置，可以有效地減少帶電作業(yè)事故的風險。在虛擬環(huán)境中進行訓練，學員可以學習正確的操作技巧和安全規(guī)范，而不必面臨實際的電流和電壓。這樣可以提供一個安全的訓練環(huán)境，讓學員能夠在沉浸式場景中學習，從而更好地掌握帶電作業(yè)的技能[3]。

3.3 提高操作技能和效率

跨二短三進入等電位VR實訓裝置可以幫助學員提高操作技能和效率。在虛擬環(huán)境中，學員可以反復練習和試驗，不受時間和空間的限制?？梢酝ㄟ^模擬操作來熟悉設備和流程，并在沒有真實風險的情況下進行自我優(yōu)化。

3.4 降低培訓成本和時間

傳統(tǒng)的帶電作業(yè)培訓需要大量的設備、場地和人工成本。而跨二短三進入等電位VR實訓裝置可以幫助降低這些成本。虛擬環(huán)境中的設備和場景可以通過模擬替代真實設備和場景，降低了實際設備的購買和維護成本。虛擬實訓可以隨時隨地進行，不受時間和空間的限制，節(jié)省了學員和培訓師的時間成本。由于虛擬實訓可以根據學員的進度和需求進行個性化調整，因此可以更有效地利用培訓資源，增強培訓效果。

4 輸電線路帶電作業(yè)跨二短三進入等電位VR實訓裝置的功能應用

4.1 VR虛擬場景的設計和模擬

4.1.1 輸電線路模擬和場景設置

在跨二短三進入等電位VR實訓裝置中，輸電線路模擬和場景設置是關鍵的功能應用之一。通過精確的3D建模和模擬技術，可以在虛擬環(huán)境中模擬復雜的輸電線路情景，并進行場景設置。

輸電線路模擬是通過準確的尺寸、形狀和材質參數來建立輸電線路模型。這些模型包括輸電塔、絕緣子、導線等要素，以準確地再現真實的輸電線路。通過細致的線路模擬，學員可以在虛擬環(huán)境中操作和練習，以更好地理解和掌握真實輸電線路的特性和工作流程。

場景設置是根據不同的訓練需求來建立不同的工作場景。在輸電線路帶電作業(yè)中，會有不同的工作條件和環(huán)境，如線路高度、安全間距、氣候條件等。通過VR技術，可以設計和模擬不同的場景，以使學員能夠在虛擬環(huán)境中適應各種情況，并作出正確的決策和操作。

4.1.2 支撐結構和設備模型的建立

在跨二短三進入等電位VR實訓裝置中，支撐結構和設備模型的建立是另一個重要的功能應用。支撐結構包括輸電塔、絕緣子串、橫擔等，而設備模型包括絕緣抱箍、導線夾等。

支撐結構的建立涉及建模技術和材質參數的設置。通過精確的建模，可以準確地再現真實的支撐結構，包括其形狀、尺寸和材質特性。這樣的模型可以用于虛擬場景中的操作和練習，讓學員熟悉不同的支撐結構，掌握正確的操作方法。

設備模型的建立包括絕緣抱箍、導線夾等各種設備元素的建模。這些設備模型也需要根據實際參數進行準確地建模，以確保其外觀和運動模擬的真實性。在虛擬環(huán)境中，學員可以與這些設備進行交互，學習正確的安裝和使用方法。

4.2 動態(tài)行為模擬和交互設計

一是安全操作培訓。安全操作培訓是確保高空作業(yè)人員安全工作的關鍵，為了提高作業(yè)人員的安全意識和技能水平，虛擬訓練裝置被廣泛應用于培訓過程中，此實訓裝置能夠模擬各種跨越絕緣子的情況，包括不同高度、不同距離和不同角度。在虛擬環(huán)境中進行訓練，作業(yè)人員可以學習正確的姿勢、操作技巧和安全規(guī)范，從而避免意外事故的發(fā)生。通過這種模擬訓練，作業(yè)人員可以獲得真實的實戰(zhàn)體驗，提高他們在實際作業(yè)中的表現和應對突發(fā)事件的能力。

二是實戰(zhàn)模擬訓練。在虛擬環(huán)境中，作業(yè)人員可以進行實戰(zhàn)模擬訓練，包括選擇正確的工具和設備，并正確地使用這些設備進行跨越操作；在實戰(zhàn)模擬訓練過程中，作業(yè)人員可以面對各種實際場景的模擬。例如，不同高度、不同角度的跨越絕緣子操作，其可以根據特定情況選擇最合適的工具和設備，并在虛擬環(huán)境中進行操作訓練。虛擬環(huán)境提供了反饋和評估機制，作業(yè)人員可以通過觀察自己的操作表現和結果來改進和調整自己的技巧。

三是高風險情景模擬。通過高風險情景模擬訓練，作業(yè)人員可以學習如何在極端條件下保持冷靜，并采取正確的措施來處理突發(fā)情況，其可以學會判斷情況的緊急程度，選擇適當的行動方案，以確保自身和他人的安全。例如，在強風情況下，作業(yè)人員需要學習如何正確固定自己和工具，以避免被風吹走或產生危險。在不穩(wěn)定的支撐桿情況下，作業(yè)人員需要學習如何判斷支撐桿的穩(wěn)定性，并采取相應的安全措施，高風險情景模擬訓練不僅提高了作業(yè)人員的技能水平，還增強了他們的應變能力和決策能力。

4.3 安全措施和錯誤反饋機制

4.3.1 安全警示和預警設計

一是警示標識和標志。實訓裝置可以在虛擬環(huán)境中設置警示標識和標志，如高壓警示標志、禁止通行標志等，提醒作業(yè)人員注意潛在的危險和風險區(qū)域。

二是聲光警示。裝置可以模擬各種聲音和光線效果，如警報聲、閃光燈等，用于提醒作業(yè)人員注意特定的安全情況和緊急事件。

三是虛擬警示線。實訓裝置可以在虛擬環(huán)境中繪制虛擬的警示線，用于標識高壓線路的范圍和危險區(qū)域，以提醒作業(yè)人員保持安全距離。

4.3.2 錯誤行為的反饋和提示

在輸電線路帶電作業(yè)中，錯誤行為可能導致嚴重的后果。為了糾正錯誤行為并提高作業(yè)人員的操作水平，等電位VR實訓裝置應該具備錯誤行為的反饋和提示的功能應用。以下是該功能在實訓裝置中的應用。

一是實時行為監(jiān)測。實訓裝置通過傳感器和攝像頭等設備，實時監(jiān)測作業(yè)人員的行為和動作。一旦發(fā)現錯誤的操作或不安全的行為，裝置可以立即捕捉并記錄下來。

二是反饋和提示。裝置可以根據監(jiān)測的錯誤行為，提供即時的反饋和提示。例如，通過可視化界面或語音指導，指出錯誤之處，并給出正確的操作建議。

三是模擬事故場景。實訓裝置可以模擬不同的事故場景，展示錯誤行為的后果和潛在危險。這樣可以讓作業(yè)人員更好地理解錯誤的影響，并增強作業(yè)人員對正確操作的重要性的認識。

5 結語

跨二短三進入等電位VR實訓裝置是一種具有重要應用價值的技術裝置，對于提高輸電線路帶電作業(yè)的安全性和效率具有重要意義。通過提供真實性訓練環(huán)境，減少事故風險以及提高操作技能和效率，該裝置能夠幫助帶電作業(yè)人員全面提升其技能水平。在未來的研究中，可以進一步優(yōu)化裝置的設計和功能應用，增加更多的場景模擬和交互設計，提高裝置的逼真度和實用性。