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《中国电力教育》再刊我院撰文《VR技术助力南方电力职业培训创新实践》

来源:南方电力培训 时间:2017-04-05 16:38点击:

  继冯文胜院长的撰文《新形势下电力培训机构的创新与发展》在《中国电力教育》杂志2017年第一期发表之后,冯文胜院长和彭瑞华总监共同的撰文《VR技术助力南方电力职业培训创新实践》也在该杂志的第二期发表了!

  新一期发表的文章是关于我院在虚拟现实VR技术方面的前瞻性探索与研究。让我们一起揭开“VR+电力培训”的面纱,一起感受创新培训新技术的魅力。

VR技术助力南方电力职业培训创新实践

  文 / 广东南方电力科学研究院  冯文胜  彭瑞华

  2016年被业界称之为VR技术大爆发元年,VR技术已经被许多行业所引入并应用。一直以技术沉稳著称的电力行业,也开始尝试研究VR技术及其在行业中的应用。

  电力系统作为规模最大、结构最复杂、技术最密集、安全风险最高的系统之一,其安全稳定运行是国民经济稳步发展的重要基础。电力培训则是提高从业人员素质,保证电力系统安全稳定运行的重要手段之一。然而,电力系统运行的特点决定了电力培训不能通过对实际设备进行直接操作来进行人员培训。因此,利用VR技术进行电力培训具有很重要的现实意义。

  广东省南方电力职业培训学院是广东南方电力科学研究院属下的电力培训机构,多年来一直积极探索适应电力行业特点、实用高效的电力职业培训途径。近年来,更是密切关注VR技术的最新发展和应用动态,策划并研发“VR+电力培训”系列解决方案,创新实践卓有成效。(如图1所示)

(图1.南方电力培训在珠海电力展上展示VR技术创新实践)

一、政策导向

  随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展,VR技术已经得到国家及电力龙头企业的重视,技术研究和应用开发获得国家许多相关政策的支持。

  2015年3月5日,在十二届全国人大三次会议上,李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”行动计划,意在充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用,将互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中,提升实体经济的创新力和生产力,形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。

  2016年12月27日,国务院在印发的《“十三五”国家信息化规划》中,把VR与量子通信、未来网络、类脑计算、人工智能、全息显示、大数据认知分析、新型非易失性存储、无人驾驶交通工具、区块链、基因编辑等并列,作为新技术基础研发进行前沿规划布局。

  2017年1月15日,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于促进移动互联网健康有序发展的意见》,将VR列入在全球率先取得突破的前沿技术、颠覆性技术。

  《南方电网公司“十三五”科技发展规划》在主营业务领域应用性关键技术研究中提出:研究与开发变电站巡检可穿戴设备;研究变电站巡检机器人感知技术;研究变电站巡检机器人行走技术;研究与开发变电站无线通信技术;研究与开发变电站智能巡检系统;开展变电站智能巡检关键技术的示范作用;研究输电线路智能穿戴式设备业务应用场景;研究人、机数据交互需求及方式;研发穿戴式智能设备及后台系统应用功能。

二、VR技术含义及特征

  VR(Virtual Reality),即虚拟现实。VR 技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真,使用户沉浸到该环境中。VR技术是仿真技术的一个重要方向,是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合,是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。VR技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入做出实时响应,并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

  简而言之,虚拟现实可以归纳为:利用计算机生成一种模拟环境,通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。体验者通过佩戴VR眼镜及设备,暂时脱离与现实世界的视听关联,仿佛置身于另一片时空当中,感受到真实世界中无法亲身经历的体验。

  VR技术具有三个重要特征(如图2所示):第一是沉浸性。沉浸性是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境能达到使用户难以分辨真假的程度。用户完全沉浸在VR创造的世界中,达到与外部真实世界暂时脱离的沉浸感;第二是交互性。交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。例如,用户可以用手去直接抓取环境中的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视场中的物体也随着手的移动而移动;第三是构想性。构想性是指VR技术的环境可使人沉浸其中并且获取新的知识,提高感性和理性认识,从而深化概念并萌发新意,也就是说虚拟现实可以启发人的创造性思维。虚拟现实是由开发者设计出来的应用软件,它的场景能够反映设计者的思想,设计者可以构想任何场景,在构想设计出来的场景中随意的用来实现某一目标。例如,设计者可以帮医学院的学生们设计构想出一个医院手术室的场景,学生们只要佩戴上VR设备,就能自己“操作手术”。同样的,体验者也可以在虚拟现实的环境里构建一个自己的世界。正如中山大学翟振明教授在其著作《有无之间---虚拟实在的哲学探险》中所述:“由于虚拟现实的出现,使我们与技术的关系发生了剧烈的转变。同先前的所有技术相反,虚拟现实颠覆了整个过程的逻辑。”

(图2.虚拟现实技术的三个特征)

三、VR技术的产业应用

  随着VR技术的不断发展,VR技术在各大产业中的应用也随处可见,其用途非常广泛,甚至给一些领域带来了颠覆性的改变。

  在医学院校,学生可在虚拟实验室中,进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术,由于不受标本、场地等的限制,所以培训费用大大降低;在装修行业,虚拟现实可以把装修构思变成看得见的虚拟物体和环境,使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界,大大提高了设计和规划的质量与效率;在应急演练方面,虚拟现实的产生为应急演练提供了一种全新的开展模式,将事故现场模拟到虚拟场景中去,在这些场景中人为的制造各种事故情况,组织参演人员做出正确响应。这样的推演大大降低了投入成本,提高了推演实训时间,从而保证了人们面对事故灾难时的应对技能,并且可以打破空间的限制方便地组织各地人员进行推演,这必将是今后应急推演的一个趋势;虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃,VR技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境,如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等,在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验,从而加速和巩固学生学习知识的过程。利用VR技术,还可以建立各种虚拟实验室,学生足不出户便可以做各种实验,获得与真实实验一样的体会。

四、VR是改变学习的新技术

  虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃,但并不是意味着VR可以完全取代我们传统的教育培训模式,而是VR技术给我们的学习带来了一些前所未有的新技术,使我们的学习方式更多样化,可以更直接的去接触知识。

  这些改变学习的新技术可以主要体现在以下几个方面:第一是在宏观以及微观知识的学习方面。大到宇宙空间知识,小到微生物的内部结构知识,虚拟现实能带来的宏观及微观感受绝对不是书本平面图片能够比拟的。通过VR技术,学生可以自由地进行太空漫游,近距离接触宇宙星体,让自己完全沉浸游离在浩瀚的宇宙空间中,到达任何星体,也可以进入微生物的世界,把平时在显微镜下都很难发现的微生物放大并呈现在自己眼前,剖析其内部结构,“解剖”微生物。第二是在危险知识培训方面。由于VR技术具有沉浸性的特点,我们可以利用VR技术创建出各种虚拟场景,学生们就能放心地在虚拟实验室中浸入式忘我地去进行各种实验操作。而虚拟现实互动性的特点能让学生在虚拟实验室中动手进行各种实验操作,保证实验实操性的同时又极大地确保了安全性。第三是体现在高成本的业务培训上。高成本的业务例如电力、军事、航空航天、列车驾驶等,这些业务的培训由于受设备、场地、经费等硬件的限制,往往难以进行培训。而利用虚拟现实设备,培训甚至可以足不出户地完成并获得与真实操作一样的体验,极大地节省了成本。设想一下在飞行驾驶培训上,即使学员说“老师,我刚又把飞机撞坏了!”。培训师也完全不用担心飞机真的损坏或者出现重大人身事故。第四是一些现实无法复现的内容教育。想真实地进入恐龙世界,感受地球曾经霸主的震慑力,可能吗?传统的方式只能通过视频、图文等去观看。VR技术完全可以带你来到霸王龙的嘴边,跟恐龙们来个真正的亲密接触!最后是体现在珍贵时刻的复制上。不是所有人都有机会参与各大重要事件,例如雅尔塔会议、奥斯卡颁奖典礼、奥运会等。想象一下,在学习第二次世界大战历史的时候,你如果“亲自”参加了雅尔塔会议,会议的内容你还会那么容易忘记吗?随着VR技术的逐渐成熟,通过VR直播,让你置身于奥运会现场、参加奥斯卡颁奖典礼,都绝非难事!

五、创新实践

  VR技术已经被公认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一,它在各行业中的应用也越来越广泛。广东省南方电力职业培训学院在从事多年的电力培训过程中不断摸索,近年来根据电力培训行业的特点,利用VR技术的特征,研究开发各种电力培训仿真系统,凸显了创新实践能力,在“2016中国(珠海)绿色创新电力大会暨中国电力创新成果展示交易会”上展示包括“VR学堂”和“VR+电力培训”系列方案受到业界的关注。

1.大型电力系统参观漫游

随着电力行业的发展,电厂、变电站、核电站等以及由此构成的电网规模越来越大,运行操作越来越复杂,对工作人员的技术水平、业务熟练程度要求自然也越来越高。而电厂、变电站等大型设备投资巨大、维护费用高,基于安全考虑,不可能全部采用实物对操作人员进行培训,那么VR技术就能在这方面发挥其优势。广东省南方电力职业培训学院在“VR+电力培训”的创新实践中就设计了大型电力系统的参观漫游(如图3所示),它为参加培训的人员提供了一种安全、逼真、全景浸入式的培训方式。进入这一VR场景,培训者就能随意在变电站中参观漫游,近距离地去接触各种大型电力设备,在参观漫游过程中,如果遇到问题还可以自行触摸设备,设备旁边就会出现该设备的介绍、运维知识等,让培训者第一时间清楚地掌握变电站内部各种相关设备及其情况。现在即使是核电站的工作人员,在工作中也无法真切地去靠近接触核反应,在VR的世界里,你甚至能站在核反应堆的中间,最直观地了解什么是核裂变。

(图3.大型电力系统参观漫游)

   2.设备内部结构解剖

  在电力行业中,大大小小的各种电力设备非常之多,再加上技术的不断更新发展,设备的更新换代也非常之快。作为设备的操作人员,如何尽快地熟悉掌握设备的操作是非常重要的。要掌握设备的操作及工作原理,传统的方式都是通过平面图纸及文字介绍让操作者去摸索参悟。但在VR的世界里,设备的内部结构能立体完整地呈现在你面前,你还可以对设备内部结构进行进一步的拆解,从内部去了解设备的工作原理。(如图4所示)这样便能使操作者最真实最快地掌握设备内部结构,也能开拓操作者的见识,增进他的创新能力,从而去改良设备。很多从事电力设备操作多年的工作人员在体验过这个项目之后都会感叹:“工作了这么多年,第一次知道自己操作的设备里面究竟是长什么样子的!”。

(图4.设备内部解剖)

  3.特殊工作场景模拟训练

  电力工作中会有许多特殊的工作场景,这些工作场景往往带有高危性,其中就有高空作业。很多电力行业新员工在参加高空作业时,经常会出现恐高的情况。应用VR技术可以先让新员工在虚拟的高空中适应这种环境,克服恐高症,然后再进行高空作业,这样就使得工作人员的生命安全得到保障,也能更快地融入工作,更好地执行工作任务。(如图5所示)

(图5.高空模拟体验)

  4.突发事件应急处置演练

  我们都知道防患于未然在各行各业中都是一个重要的安全理念。为了达到安全生产运行的目的,很多企业都会定期做应急演练。但传统的应急演练弊端非常多,人力、物力投入非常大,而且这些投入都是一次性的,无法进行反复多次的操作演练,而且对于事故现场的还原度不够。作为电力培训重中之重的安全性,虚拟的演练环境远比现实中安全,培训与受训人员可以大胆的在虚拟环境中尝试各种演练方案,即使创下“大祸”,也不会造成“恶果”。(如图6所示)这样,在确保受训人员人身安全万无一失的情况下,受训人员可以卸去事故隐患的包袱,尽可能极端的进行演练,从而大幅的提高自身的技能水平,确保在今后实际操作中的人身与事故安全。

(图6.火灾应急处置)

  5.实操技能模拟训练

  在电力培训中,有非常多的实操技能类培训,每种实操技都具有其规定的操作标准和规范,操作人员必须按照操作标准和规范开展工作,否则会酿成严重事故。在传统的实操技能培训中,针对这些操作规范往往只能通过理论传导,而在实操培训中也经常由于设备不足等原因无法对大批人员进行统一培训。结合VR技术与实操类培训需求,可以模拟出各种实操设备供学员进行操作,这样既可以实现操作标准的统一性,提升操作的准确性,也可以使实操培训安全可逆、错误可以修复、可以重复进行练习,大大降低了培训成本。在实操模拟训练方面,我院正加紧关于10kv电柜的实操技能模拟训练模块建设。(如图7所示)

(图7.10kv电柜实操技能模拟训练)

  6.管理能力提升训练

  在电力培训当中,除了实操、技能、安全等方面的培训,还有在电力系统中相当重要的一部分就是管理能力的培训。VR技术可以为管理类培训做些什么?在思考探索过程中,我们发现在管理类培训中我们也可以做多方面的创新,例如虚拟课堂、案例教学、模拟训练、多人互动等。在一个虚拟课堂中,学生们穿戴上VR设备,可以一起置身在课堂中,听老师讲课同时还可以与老师互动,探讨问题。当涉及到案例时,学生们可以进入到案发现场甚至扮演其中的某些角色,真实地去感受案件进展。

  现阶段南方电力培训学院就管理能力提升的VR创新实践主要有应急处置能力和管理素质与能力提升两个方面。在应急处置能力方面主要有事故现场还原和媒体应对。在一些电力施工现场或者一些电力安全事故现场,作为电力行业的领导者通常要第一时间赶往现场,了解现场的状况,对下一步工作进行部署。通VR技术,领导只要戴上VR设备头显,就能全面立体完整地看到施工现场,甚至可以通过VR还原整个事故现场,这样对领导更为准确地判断决策提供直观的现场重现,从而提高决策的准确性,可以有条不紊地传达救援思路。而通过VR直播新闻发布会应对媒体,可以更真实直接地还原事故现场,以第一人称在现场让新闻媒体人员了解真实情况。二是在管理素质与能力提升方面,我院设置了模拟讲台(如图8所示)及情商管理类虚拟现实培训。在模拟讲台上,可以上传自己的PDF,不断在讲台上练习自己准备的演讲稿,同时可以录下自己的演说,回放自己的表演,在模拟会场的观众会根据演讲者的眼神、语速、声量等做出不同反应,从而帮助演讲者降低面对陌生人演讲的紧张,舒缓对演讲的恐惧。在情商管理培训中,创设一些特殊场景,通过设备检测使用者的心率、视线范围及回答问题是否正确的数据来进行评估建议,训练学员在特殊、危险、压力场景下,克服心理恐惧,控制情绪的能力,锻炼坚强自信的心理品质。

(图8.模拟讲台)

  7.培训与考核形式的创新升级

  在电力培训的很多方面我们都能运用到VR技术来大大提高培训的效果,那么能否把培训考核也加入到VR中来?答案自然是可以的。利用VR技术,我们可以创建了一个流程化标准化的考核系统,把传统的理论考试、实操考核等融入到培训系统中来,再用类似游戏闯关的形式进行考核。(如图9所示)这样的考核形式打破时间空间的限制,能做到培训、考核一起进行。我们也不再需要监考员,改卷员等。我们可以设想在不久的将来,甚至是技能鉴定工作也能完全用VR来实现。

(图9.培训考核系统)

  身处这个充满变革和挑战的时代,广东省南方电力职业培训学院将一如既往,紧密配合电力行业发展的实际需要,密切关注VR技术的最新发展和应用,积极探索“VR+电力培训”的解决方案,致力于开发具有南方特色的电力教育培训体系,努力创新教学手段和教学模式,为电力企业提供更优质、更便捷、更高效的人才培养服务。

  (全文完)

 

《中国电力教育》杂志创刊于1985年,是由中国电力企业联合会主管、中国电力教育协会主办的面向国内外公开发行的期刊,是目前能源点了行业唯一有关人力资源与教育培训类的国家级刊物。覆盖行业教育、培训和人力资源管理的诸多领域,为全国电力行业教育培训指导刊物,在行业和教育培训界具有较大影响力。

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