电力安全三维仿真培训平台的设计与开发

电力安全三维仿真培训平台的设计与开发

赵晶玲张宗包

（深圳供电局有限公司广东深圳518000）

摘要：在网络技术高速发展的今天，如何利用计算机虚拟现实技术，为电力企业员工搭建一个兼具趣味性与实用性的电力安全培训平台，使电力安全培训工作得以更有效的开展，已成为当前电力企业的一项重要任务。本文特针对电力企业的实际需求，对电力安全三维仿真培训平台的设计与开发工作进行了剖析与探究，仅供参考。

关键词：电力安全；三维仿真培训平台；设计；开发

前言

近年来，随着电网规模的不断扩大、电网作业任务的日渐繁多，电力安全问题已成为各类电力工作中不可忽视的重中之重。因此，如何提升员工的电力安全知识培训效果、加强员工对电力安全规程的掌握水平，也成为电力企业在不断探索的课题。在传统的学习培训工作中，由于客观条件的局限性，员工往往停留于对书本条例的死记硬背，既枯燥乏味也沦于纸上谈兵，学习效果不尽如人意。

为此，电力安全三维仿真培训平台的构想便应运而生，该平台主要通过构设多个虚拟的三维场景，让员工进行直观的仿真操作及情景辨识，以促进操作体验与学习效果的全面提升[1-2]。但电力安全三维仿真培训平台的设计与开发不仅对系统的逻辑控制及操作属性有着较高要求，同时也需要对大规模三维场景作出展现，本文现对具体设计开发程序进行了分析研究，总结如下。

1.三维仿真培训平台的主要功能

1.1听课场

听课场作为一个多元化平台，不同专业、不同级别的员工可选择不同的课件进行观看。完成课件学习后，可通过配套的课后习题巩固理论知识。此外，课件播放过程中，还可穿插员工互动等环节，以加深员工的记忆与认知。

1.2练习场

通过动画形式展现各类电力工作场景，并辅以轻松的背景音乐，为员工提供丰富生动的情景氛围，优化学习体验，以获得学习效果的根本提升[3-4]。练习场采用积分制度，员工可自行选择题型与题量进行练习，直至达到积分门槛，方可获得晋级资格。

1.3测验场

测验场主要用于检验员工的学习成果，它将以标准化试卷方式出具考题，限制60分钟答题时间，并对不同的分数等级结果设计不同的奖惩措施。员工进入测验场的时段为每日一次，且划分为四个不同级别，每一级别所对应的题量为5套。

1.4综合统计

综合统计主要划分为个人积分查询、登录时间查询、在线情况查询、成绩分析四个板块。其中，个人积分查询主要用于查询积分情况或申请积分兑换，积分可通过上述几个不同场地获得；登录时间查询主要记录了员工的系统登录历史，同时还可查阅停留时间等详细情况；在线情况查询主要用于管理员查看在线人数及登录IP；成绩分析一方面可对员工个人的考试成绩进行数据分析，另一方面也可对所有员工用户的整体测试情况进行数据分析。

1.5试题管理

试题管理主要由管理员对考卷题型、题量进行设置，以满足不同专业、不同级别员工的考试要求。试卷生成方式支持题库随机抽取生成及模板导入两种方，并可根据专业类型、题型、难易程度等多个维度进行分类管理。

1.6培训管理

平台培训内容可实现发、输、供、配、用等各环节安全规程的全覆盖，不同环节的场景发开均通过三维技术的利用，并结合丰富的多媒体表现手法，以实现培训教育工作趣味性、实效性的根本提升。

2.电力安全三维仿真平台设计方案

2.1网络架构

仿真平台采用两台服务器，分别为应用服务器与数据库服务器。其中，应用服务器主要用于Tomcat应用服务的部署，并为多媒体课件的存放提供便利条件；数据库服务器则是通过对Oracle数据库的应用，为各项相关数据的安全性、实效性及可靠性提供重要保障。

2.2技术架构

平台内所采用的技术标准为JavaEE企业级软件技术实现标准，采用多层次架构，分别为信息服务层、数据层、表示层、逻辑层等，充分为系统的安全稳定运行提供技术保障（见图1）。

2.3情景设计环节

情景设计环节包含以下三个方向：（1）基础场景：基于发、输、变、配、用各环节，设计标准化变电站（包括室内高压室、低压室及室外场地等）、输电线路杆塔、配电房、电缆沟、二次设备机房等典型电力作业场景，并通过3D技术，完成各个模型的搭建后逐一导入3D引擎中，形成全面的、完整的电力生产环境及用电环境。此外，还可在各类场景中设置相关的互动平台（如工器具选择购买、在线求助、在线对话等），以增强学习过程的趣味性；（2）事件假设：设计各类由于违反安全规程导致的事故事件，通过flash形式进行全过程模拟展示，由员工对其中的发生原因、事件/事故等级、违规点等进行辨识。同时可加入“超级拯救”环节，让员工依次修正作业过程中的违规点，以达到规避事故、实现安全生产的最终目的，从中也可增强员工的成就感；（3）角色设计：每位用户角色将从新入职员工身份开始，通过不断的学习提升、完成各类任务、解决不同困难，一层层进阶，直至基本掌握各项安全规程，完成角色由新员工到优秀骨干的成长蜕变。在这个过程中，员工将以一种更直观、有趣方式来进行电力安全知识的学习，可到达事半功倍之效。

图1平台架构图

2.4关键三维技术

（1）场景图形管理。这一板块主要分为视锥体剔除技术与遮挡剔除技术，其中，视锥体剔除技术主要通过动态加载视野内的物体，同时将离开视锥体模型的显存资源剔除，来将内存控制在相对富足的范围内，使客户端电脑的配置要求更容易得到满足。遮挡剔除技术则是将不在可视范围内或被遮挡的物体排除渲染范围，以此规避渲染过程中的无效部分。

（2）多线程加载与卸载。这一板块主要通过三维应用程序，实现各场景文件的多线程下载，并通过模型序列化进行多线程并行处理，使员工可对每个场景进行观看与操作。同时后台程序可实现应用场景的自动加载与卸载，使模型可在视野范围内顺次载入。

（3）网络数据的压缩与处理。这一板块主要通过应用特殊算法，完成数据压缩工作（如贴图数据、场景模型、通信数据等），使其与各类网络应用环境相适应。其一，以特殊映射算法扁平化处理XML三维数据文件；其二，可自动清除与三维数据无关联的文件内容，以实现文件体积的大幅压缩。通过上述措施，文件体积可缩减至原体积的几十分之一，更便于网络传输及下载应用。

（4）LOD地形管理技术。LOD（LevelsofDetail，多细节层次）地形由系统自动生成，以相机与三角面之间的距离为基准，对三角面显示级别进行确认。距离较近时，地面三角面的密度较大，距离较远时，地面三角面的密度较小。通过该技术的应用，可实现在缩减资源开销的同时，不对画面渲染成效产生影响。该技术为大规模场景提供了极佳的技术支持。

（5）粒子系统。粒子系统主要用于不规则物体建模，如烟、火、云、雾等生活中常见的自然现象，可使场景呈现更为丰富、逼真的视觉效果，提升用户体验。

结束语

在电力企业安全知识教育工作中，三维仿真培训平台将对员工的电力安全培训起到至关重要的作用，它通过提供丰富的、智能的、还原度较高的模拟场景，将电力安全知识的学习由书本搬运至虚拟现实中，让员工通过直观的仿真操作及情景辨识，来加强学习的趣味性、深入性及有效性。但电力安全三维仿真培训平台所涉及的角度、层面相对较广，需从企业的实际需求、技术条件等多方向共同着手，充分考虑平台的合理化与实用化，使其真正为电力企业的安全培训工作提供强有力的技术支持。

参考文献：

[1]马元忠.浅析电力安全三维仿真培训平台的设计与开发[J].科技与创新，2015（02）：110-111.

[2]曾国，余民郭，冯煊.电力安全三维仿真培训平台的设计与开发[J].湖北电力，2014，38（04）：54-56.

[3]李帅华，张福东，任素龙.基于SAE技术的电力安全培训微系统设计与开发[J].河北电力技术，2014，33（05）：20-22.

[4]钟保强，张文瀚，高鹏，等.基于MIS的电力安全信息管理系统的设计与实现[J].电子设计工程，2016，26（10）：163-164.