专利名称:带电作业头盔式仿真培训系统及方法
技术领域：
本发明属于电力系统仿真培训领域，特别涉及一种带电作业头盔式仿真培训系统及方法。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，电力需求日渐旺盛，对电网运行的安全稳定提出较高要求，开展带电作业是保证电网安全稳定、提高可靠性的重要方法和技术手段，也是现代电网运行维护技术发展重要方向之一。
带电作业是一项专业性强、技术含量高、安全措施严格、作业工况复杂的工作，从事带电作业的人员须经过系统、全面、有效的培训，才能胜任该项工作任务。
为进一步规范带电作业方法，指导带电作业工作的有效开展，国家颁布了很多带电作业相关标准、规范、操作导则等，据申请人所知，《配电线路带电作业技术导则》(标准标号:GB/T 18857-2008)对配电线路带电作业技术进行了规定；《送电线路带电作业技术导则》(标准编号:DL/T 966-2005)对输电线路带电作业技术进行了规定；《750kV交流输电线路带电作业技术导则》(标准编号:DL/T1060-2007)对750kV交流输电线路带电作业带电作业技术进行了规定；《土500kV直流输电线路带电作业技术导则》(标准编号:DL/T881-2004)对±500kV直流输电线路带电作业技术进行了规定；《IOOOkV交流输电线路带电作业技术导则》(标准编号:DL/T392-2010)对IOOOkV交流输电线路带电作业技术进行了规定。
以上国家标准、电力行业标准均对带电作业的通用方法、安全注意事项、工器具及使用方法进行了明确的规定，是电力企业和带电作业人员必须遵守和严格执行的准则。目前，我国带电作业培训主要以举办各类理论培训班、学习班、研讨班、现场实训等形式展开，具有高成本、低效率、危险性高等不利因素，且存在较多安全隐患，易受天气、场地等条件限制，学员实际操作机会较少，作业项目较为有限，不利于大规模开展，培训实际效果并不理想，严重制约了我国带电作业技术整体水平的提高。
通过检索获悉，中国专利文献公开的《供配电技术综合实验系统》(专利号ZL200720112623.3)，其包括电气控制模拟装置、继电保护监控装置、实验组件、供配电一次系统模拟装置和监控系统，该系统具有多种功能，可根据需要进行功能性扩展，但也存在一定的不足，其系统性、标准性只适于科研、课题研发，形象性、可操作性、权威性不宜于基层带电作业技术人员的培训工作，还达不到培训教学的基本要求，无法进行大面积的市场推广。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用虚拟现实技术来模拟实际作业环境，将带电作业相关的理论知识和实践 操作融为一体，学员利用先进的交互设备在视觉、听觉和触觉上对虚拟环境中的事物进行感知，取得了良好的培训效果，有效地提高了电力安全作业水平的带电作业头盔式仿真培训系统及方法，以克服目前配电线路带电作业培训过程中存在的问题和不足。
为了实现本发明的目的，本发明的技术方案是:一种带电作业头盔式仿真培训系统，包括:系统柜、数据手套、立体显示交互头盔和计算机装置，其中:
系统柜:包括操作台、踏板、控制面板,操作台位于系统柜的前方中部,用于放置数据手套；踏板位于系统柜的底部附近，用于受训者在踏板上站立；控制面板位于系统柜后方上部位置，控制面板有两个作用:一是对本系统进行参数设置，二是当受训者操作者，供其他人观看；
数据手套:包括电磁定位装置、五个指关节传感器、第一数据传输线和第二数据传输线，电磁定位装置包括一个电磁发射器和一个电磁定位器，电磁发射器安装于操作台的上表面的中部位置，电磁定位器安装于数据手套的内表面的中部位置，并通过第一数据传输线与计算机装置连接；每个传感器分别安装于数据手套的五跟手指末端，并通过第二数据传输线与计算机装置连接；
立体显示交互头盔 :包括盔体、体感定位器、立体显示器和第三数据传输线，盔体顶部有一个长方体槽，方向由头盔前方向后延伸，但不穿透后方壳体；体感定位器位于头盔顶部长方体槽内，体感定位器通过无线方式与计算机装置连接；立体显示器安装于盔体的前方帽檐处，并通过第三数据传输线与计算机装置连接；
计算机装置:包括处理器和仿真软件，处理器用于接收来自立体显示交互头盔中体感定位器的无线信号、数据手套中电磁定位器、传感器的信号，并对接收的信号进行处理；仿真软件用于执行处理器的指令，并将处理结果以影音的形式通过数据传输线显示在立体显示器上。
本发明还提供了一种带电作业头盔式仿真培训方法，该方法是通过受训者在所述带电作业头盔式仿真培训系统的系统柜中选择任一电压等级的典型作业项目并选择自己的角色，接着，系统会自动获取受训者选择的参数并依据获取的受训者选择的参数配置作业模拟场景，并通过处理器执行仿真程序，将影像通过数据传输线传送到立体显示交互头盔中的立体显示器中而呈现给受训者。进入模拟场景后，受训者将要进行选择工具，处理器会判断受训者选择的工具是否正确。如果工具选择错误，系统将记录这次错误，并要求受训者重新选择正确工具；如果工具选择正确，则受训者可以开始进行操作，操作包括通过体感定位器切换视角、通过戴数据手套的手臂和手指运动进行抓取等操作。当一个操作结束时，处理器会判断该项操作是否正确，如果正确则判断作业是否完成；如果错误则系统会记录错误，并进行下一个操作。当判断作业没有完成，则重新进入选择工具步骤进行循环。如果判断作业已经完成，系统则会给出受训者的成绩包括错误记录，并通过立体显示交互头盔中的立体显示器呈现给受训者。
本发明能够通过受训者选择带电作业参数后对受训者进行模拟环境的操作培训，达到提高受训者带电作业能力的效果。
图1A为本发明的带电作业头盔式仿真培训系统的一优选实施例示意图。
图1B为本发明的带电作业头盔式仿真培训系统的一优选实施例另一示意图。[0017]图2为本发明图1A和图1B中的实施例的带电作业头盔式仿真培训系统中立体显示交互头蓝的结构示意图。
图3为本发明图1A和图1B中的实施例的带电作业头盔式仿真培训系统中数据手套的结构示意图。
图4为本发明实施例的带电作业头盔式仿真培训系统的原理框图。
图5为本发明实施例的带电作业头盔式仿真培训方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的实施例作进一步详细的描述和说明。
参阅图1A和图1B，本发明的带电作业头盔式仿真培训系统包括:系统柜100、立体显示交互头盔200、数据手套300和计算机装置160。
系统柜100包括控制面板110、柜门120、散热网130、操作台140及踏板150。系统柜100用来安装和固定本系统的各组成部分。控制面板110位于系统柜100的后面中上位置，为一触摸屏，起到两个作用:一是 用来设置本系统的参数，二是当受训者I在操作时，其他人可以通过该屏幕观看。柜门120位于系统柜100的左右两侧靠近底部位置。散热网130位于系统柜100的左右两侧的中部位置，主要其散热作用。操作台140位于系统柜100前面的中部位置，主要用来安装电磁发射器320a以供受训者完成各项操作和堆放数据手套300。踏板150位于系统柜100前面的底部延伸处，供受训者站立。
参阅图2,立体显示交互头蓝200包括蓝体210,、体感定位器220、立体显示器230及第三数据传输线240。盔体210为经过特定设计的安全帽。体感定位器220安装于盔体210的靠近顶部位置，通过无线方式与计算机装置160交换信息，用来定位受训者在虚拟环境中的位置及视角切换。立体显示器230安装于盔体210的正前方帽檐处，通过一活动挂钩与盔体210连接。它通过第三数据传输线240与计算机装置160交换信息。第三数据传输线240 —端与立体显示器230连接，另一端与计算机装置160连接。
参阅图3，数据手套300包括手套310、电磁定位装置320、指关节传感器330-370，第一数据传输线380及第二数据传输线390。电磁定位装置320包含了一个电磁发射器320a和一个电磁定位器320b,其中电磁发射器320a固定于操作台140上面，电磁定位器320b固定在手套310的掌心处。指关节传感器330-370分别固定于手套310的五个指头处。第一数据传输线380 —端与电磁定位器320b连接，另一端与计算机装置160连接。第二数据传输线390 —端分别与指关节传感器330-370连接，另一端与计算机装置160连接。
参阅图4，本发明的带电作业头盔式仿真培训系统包括控制面板110、计算机装置160、立体显示交互头盔200及数据手套300。其中，控制面板110为一可触摸屏幕，用来设置本系统的参数及供人观看操作过程。计算机装置160包括处理器162、仿真程序164及影像输出166 ;处理器162用来处理数据及执行仿真程序164，影像输出166将处理器162处理结果通过数据传输线在立体显示交互头盔200中的立体显示器230中呈现。立体显示交互头盔200包括了立体显示器230及体感定位器220，体感定位器220用来定位受训者在虚拟环境中的位置及视角切换，立体显示器230用来显示受训者所处的虚拟环境。数据手套300包括了电磁定位装置320a及320b和指关节传感器330-370。电磁定位装置320a及320b主要用来定位受训者手的操作，指关节传感器330-370用来反映受训者手指的动作和位置，并通过第二数据传输线390与计算机装置160交换信息。
参阅图5，本发明的带电作业头盔式仿真培训方法是:
步骤502:受训者戴上立体显示交互头盔200和数据手套300，站立在踏板150上，受训者选择任一电压等级的典型作业项目并选择自己的角色；
步骤504:培训系统自动获取受训者选择的参数；
步骤506:培训系统依据获取的受训者选择的参数配置作业模拟场景，通过处理器162执行仿真程序164，将影像通过第三数据传输线240传送到立体显示交互头盔200中的立体显示器230中而呈现给受训者；
步骤508:进入模拟场景后，受训者将要进行选择工具，处理器162会判断受训者选择的工具是否正确；
步骤510:如果工具选择错误，系统将记录这次错误，并要求受训者重新选择正确工具；
步骤512:如果工具选择正确，则受训者可以开始进行操作；
步骤514:操作包括通过体感定位器220切换视角、通过戴数据手套300的手臂和手指运动进行抓取等操作。当一个操作结束时，处理器162会判断该项操作是否正确，如果正确直接进入步骤518 ；
步骤516:如果错误则系统会记录错误后再进入步骤518 ；
步骤518:判断作业是否完成；
步骤520:当判断作业没有完成，则重新进入步骤508进行循环；如果判断作业已经完成，系统则会给出受训者的成绩包括错误记录，并通过立体显示器230呈现给受训者，完成培训过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业 技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种带电作业头盔式仿真培训系统，其特征在于:包括:系统柜、立体显示交互头盔、数据手套以及计算机装置: 系统柜:包括控制面板、柜门、散热网、操作台以及踏板，系统柜用来安装和固定本系统的各组成部分；控制面板位于系统柜的后面中上位置，为一触摸屏，起到两个作用:一是用来设置本系统的参数，二是当受训者在操作时，其他人可以通过该屏幕观看；柜门位于系统柜的左右两侧靠近底部位置；散热网位于系统柜的左右两侧的中部位置，起散热作用；操作台位于系统柜前面的中部位置，用来安装电磁发射器以供受训者完成各项操作和堆放数据手套；踏板位于系统柜前面的底部延伸处，供受训者站立； 立体显示交互头盔:包括盔体、体感定位器、立体显示器以及第三数据传输线，盔体为经过特定设计的安全帽；体感定位器安装于盔体的靠近顶部位置，通过无线方式与计算机装置交换信息，用来定位受训者在虚拟环境中的位置及视角切换；立体显示器安装于盔体的正前方帽檐处，通过一活动挂钩与盔体连接；所述立体显示交互头盔通过第三数据传输线与计算机装置交换信息；第三数据传输线一端与立体显示器连接，另一端与计算机装置连接； 数据手套:包括手套、电磁定位装置、指关节传感器，第一数据传输线以及第二数据传输线，电磁定位装置包含了一个电磁发射器和一个电磁定位器，其中电磁发射器固定于操作台上面，电磁定位器固定在手套的掌心处；指关节传感器分别固定于手套的五个指头处；第一数据传输线一端与电磁定位器连接，另一端与计算机装置连接；第二数据传输线一端分别与指关节传感器连接，另一端与计算机装置连接； 计算机装置:包括处理器、仿真程序及影像输出；处理器用来处理数据及执行仿真程序，影像输出将处理器处理结果通过数据传输线在立体显示交互头盔中的立体显示器中呈现。
2.如权利要求
1所述的带电作业头盔式仿真培训系统，其培训方法是: 步骤502:受训者戴上立体显示交互头盔和数据手套，站立在踏板上，受训者选择任一电压等级的典型作业项目并选择自己的角色； 步骤504:培训系统自动获取受训者选择的参数； 步骤506:培训系统依据获取的受训者选择的参数配置作业模拟场景，通过处理器执行仿真程序，将影像通过第三数据传输线传送到立体显示交互头盔中的立体显示器中而呈现给受训者； 步骤508:进入模拟场景后，受训者将要进行选择工具，处理器会判断受训者选择的工具是否正确； 步骤510:如果工具选择错误，系统将记录这次错误，并要求受训者重新选择正确工具； 步骤512:如果工具选择正确，则受训者可以开始进行操作； 步骤514:操作包括通过体感定位器切换视角、通过戴数据手套的手臂和手指运动进行抓取操作，当一个操作结束时，处理器会判断该项操作是否正确，如果正确直接进入步骤.518 ； 步骤516:如果错误则系统会记录错误后再进入步骤518 ； 步骤518:判断作业是否完成；步骤520:当判断作业没 有完成，则重新进入步骤508进行循环；如果判断作业已经完成，系统则会给出受训者的成绩包括错误记录，并通过立体显示器呈现给受训者，完成培训过程。
专利摘要
本发明涉及一种带电作业头盔式仿真培训系统及方法，该系统包括用于安装和支撑该系统各个组成部分的系统柜、用于给受训者提供在虚拟环境中的各种操作，并将各种操作信息传送给计算机装置的数据手套用于感应受训者位置信息，并将位置信息传送给计算机装置的立体显示交互头盔和执行仿真软件，并处理数据的计算机装置。本发明的培训方法是通过受训者进入系统的模拟场景后进行选择工具操作、切换视角操作和抓取操作，系统判断操作是否正确，系统给出受训者的操作成绩，并通过显示器呈现给受训者。本发明能够通过受训者选择带电作业参数后对受训者进行模拟环境的操作培训，达到提高受训者带电作业能力的效果。
文档编号G09B9/00GKCN102163382 B发布类型授权 专利申请号CN 201110110443
公开日2013年7月31日 申请日期2011年4月29日
发明者胡建勋, 刘晓伟, 张雪峰, 张月金, 张召亮, 陈胜男, 陈红 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),