架空输电线路金具识别模拟实操培训工具的设计与实现.pdf

258 EPEM 2023.7 下电力装备Electric Equipment架空输电线路金具识别模拟实操培训工具的设计与实现国网江苏省电力有限公司技能培训中心 李冰然 傅洪全 陈 曦 马 骏 赵 毅摘要：本文基于三维模型技术对架空输电线路金具进行三维建模，通过多媒体设备进行模拟操控，全面满足输电线路电力作业人员对于金具识别技能培训的需要。关键词：输电线路；金具识别；模拟实操随着国家大力推进电网建设，电网规模不断扩大，线路金具作为连接和组合电力系统中各类装置，以传递机械、电气负荷或起某种防护作用的金属附件，其设计水平、材料、加工工艺也在不断地进步，所以线路金具的识别教学内容也需要随之更新。基于三维技术的发展，已经能够实现对位金具的三维建模，从而通过多媒体设备进行展示和模拟操作，这为输电线路金具的教学提供了强有力的支持1-3。本文基于三维模型技术对架空输电线路金具进行三维建模，通过多媒体设备进行模拟操控，全面满足输电线路电力作业人员对于金具识别技能培训的需要。1 需求及必要性分析随着电力系统的发展，各种各样的金具在输电运检专业得到应用，架空输电线路的运维人员对于这些金具多缺乏感性认识，因此有必要对架空输电线路运维人员进行全面的金具识别培训。围绕输电运检专业培训工作，以输电线路常用金具为原型，开发输电线路金具识别模拟实操培训工具，开展金具识别培训教学，进而促进公司输电运检等专业人员整体技术技能水平的提升。随着电力行业的发展，线路金具的设计水平、材料、加工工艺也在不断地进步。所以线路金具的识别教学内容也需要及时更新，且新的线路金具也需要对已经完成过培训作业人员进行及时的教学。随着三维建模的发展，目前已可以实现对金具进行3D 建模，从而展示在多媒体设备上，进行模拟操控，而且模拟系统的更新可以更快的传递，这为线路金具的教学提供了强有力的支持。目前，金具识别课程在培训实际开展过程中存在以下弊端：纯理论授课不利于学员对金具产生感性认知，导致教学内容枯燥，不利于培训师教学和学员学习；金具种类多，采用实物演示时很难短时间收集齐所有类型的金具，导致教学内容不完整；实物金具单独采购困难，培训教学金具数量需求不多，但要求种类齐全，单独采购单个金具不现实。为解决以上问题，需要开发金具识别培训工具。开发的工具有以下效果：支持多角度对金具进行认知学习，可自由放大缩小，模型真实，细节逼真；金具种类包含常用的四大类，与日常工作吻合；可有效地让作业人员掌握线路金具识别技能，提高教学效率，节省不必要的资源浪费；开发的工具布置在中心多媒体实训室，一方面解决金具认知课程的实施问题，另一方面作为户外实操等其他培训项目的补充，避免因天气原因造成的教学事故。2 系统基本架构根据输电线路金具识别模拟实操培训工具的基本架构如图1所示。根据输电线路金具识别模拟实操培训工具在简单意义上来说可以描述为硬件和软件的组合，即：2023.7 下 EPEM 259电力装备Electric Equipment其中，H 代表了硬件，S 代表了软件。图1 基本架构2.1 网络结构输电线路金具识别模拟培训软件整体由3部分架构组合而成，在软件的数据通信层提供通信服务和三维图像引擎，来为软件提供通信支持和图像数据的处理技术基础，在应用层提供三个功能的服务，分别是专业功能、培训功能以及基础功能。在专业功能中主要内容为金具识别模块，实现对四种金具的识别分别为线夹类金具、连接金具、接续金具、防护金具，利用此功能模块实现对输电线路工进行基础知识的培训、模拟认知的培训和模拟考试；在培训功能模块中主要实现有关课程及考核的功能，从教案的管理再到日常的学习，练习、考核和最后的评分管理通过培训模块来进行；在基础功能模块中实现一些基本的功能，比如用户管理、应用环境配置、日志管理、实操环境配置；在软件的前端交互界面做了与三种功能对应的 UI 交互。2.2 功能结构其功能结构如图2所示。图2 功能结构2.2.1模拟对象以输电线路常见金具为原型，包括以下内容：一是线夹类金具。包括悬垂类线夹、耐张类线夹，其中耐张类线夹包括螺栓型耐张线夹、锲型耐张线夹和压缩型耐张线夹；二是连接金具。包括球-窝系列连接金具、环-链系列连接金具、板-板系列连接金具；接续金具。包括钳压接续金具、液压接续金具、爆压接续金具、螺栓接续金具、预绞式接续金具、导线补修用接续金具；三是防护金具。包括机械防护金具、电气防护金具。2.2.2主要功能金具基础知识培训功能：在培训工具内查询、学习各种金具的种类、名称、型号、尺寸、质量等基本信息。并能查看各类金具的三视图，了解其功能及使用场景；金具模拟认知功能。在培训工具内自由查看各类金具的模拟模型，模型支持自由角度查看、自由放大缩小以及相关与相关金具的连接方式查看；金具识别模拟考核功能。通过模拟工具对学员进行考核，考核内容包括给定金具的名称、型号、尺寸、质量等基本信息，并能根据金具功能选择正确的金具模型。培训功能：学习功能，应具备学习相关课件资源；练习功能，应具备自由练习与教案练习；考核功能，应具备网络学院组织考场下的模拟实操培训资源考试；教案管理功能，应具备培训教案的管理、编辑和上传等；评分功能，应具备自动评分、评分策略编辑与答题记录功能。基础功能：用户管理功能，应具备继承网络学院用户登录信息和权限；应用环境配置功能，应具备基础运行环境数据配置、自适应分辨率等；实操环境配置功能，应具备运行工况保存、上传、恢复等；日志管理功能，应具备模拟实操资源运行状态信息保存、查看与上传等。3 软件实现电线路金具识别模拟实操培训工具软件采用仿真技术和统一的业务组件、服务组件和技术组件，总体架构分为应用层、服务层、数据层，支持服务的灵活构建和开发，打造规范化、透明化、自动化、信息化的软件系统。应用层：由各种功能组成，负责前台用户界面交互，本软件的本体部署于苏电 e 学堂，作为一种只提供相关业务功能界面实现的特殊微服务；260 EPEM 2023.7 下电力装备Electric Equipment应用层的展示主要使用 VUE 框架，用户的输入使用 HTML5控件，一些特殊的操作和页面效果通过JavaScript 完成，用 CSS 来规范页面样式。通过调用后台微服务进行数据的分析和信息的展现，部分功能通过 AJAX 方式提交以提高用户界面友好性。服务层：其组件是实现单一业务逻辑的单元，采用轻量级通讯协议（REST 或 RPC），通过分布式服务总线对外提供服务。由一系列 Service 接口以及 Service 实现组成，主要进行业务处理，每个Service 是一组紧密关联的业务功能，这些业务功能调用数据层（DAO）接口完成持久化。采用接口实现的方式，采用单例模式，类的初始化和装配工作由 SpringIOC 容器完成，在 Spring 配置文件中申明类的初始化，在 Controller 类或者服务类中通过autowire 的注解来实现类的装配，不需要额外的工厂类或者类的调用代码。数据层：使用 DBOper 框架做数据持久化处理，DBOper 框架提供了访问关系型数据库所需要的所有操作的接口，通过 DAO 将底层数据访问操作和业务逻辑分离开，对业务逻辑层提供面向对象的数据访问接口。而业务逻辑层调用 DAO 接口实现各种业务方法。4 应用分析选择金具识别时创建 UI_ 金具识别，并开始构造 UI 内信息，先获取玩家 pawn 其提供了让使用者可360远近观察金具的能力，再创建金具实例，为了将模型构建了网格体让使用者可视化，并读取表格 FBXDataTable 中的数据并传入本地变量。4.1 金具识别选择金具识别时创建 UI_ 金具识别，并开始构造 UI 内信息，先获取玩家 pawn 其提供了让使用者可360远近观察金具的能力，再创建金具实例，为了将模型构建了网格体让使用者可视化，并读取表格 FBXDataTable 中的数据并传入本地变量数组，并根据数组的长度来生成对应的金具子项 UI 并添加到金具识别 UI 下方的 ScrollBox 中，实现可观测的金具子项按钮，并将对应的数据传入子项 UI 构建对应子项 ui 的名称图片，点击对应 UI 时会获取场景中对应金具实例，并把对应的 fbx 设置到实例的静态网格体中实现对应金具模型的生成，同时将对应的金具信息传给金具识别 UI 并实现对应的信息。模型的种类筛选：上述表格（FBXDatatable）中存有对应金具的模型，点击对应的按钮，便会查询下方子项中金具的类型，若类型相同的可视，若类型不相同则折叠，关键字搜索也是如此，金具名称包含对应字段则显示，不包含则折叠，点击全部金具便会可视所有金具子项实现可再次观看全部的金具。4.2 识别练习选择金具识别时创建 UI_ 识别考核 UI 并传入bool 是否考核为 false，开始时获取金具实例，然后根据是否考核折叠考核对应的部分，使其变成练习模式 UI，然后再次读取表格（fbxdatatable）。并创建相对的题目子项，并对题目子项传入表格中对应的题目详情，金具信息，并更具题目在数组的位置确定题目序号，并将子项添加于 UI_ 识别考核的下方 scrollbox，题目子项创建时会根据表格信息中对应的题目详情构建对应的 UI 缩略图，点击时并会将自生的题号传入 UI_ 识别考核中，并跳转到对应的题目并生成对应的模型，然后答题中若成功则会直接跳入下一题，若错误则生成题目解析，点击下一题则会跳转到下一题。4.3 识别考核选择金具识别时创建 UI_ 识别考核 UI 并传入bool 是否考核为 true，开始时获取金具实例，然后根据是否考核折叠练习对应的部分，使其变成考核模式 UI，然后再次读取表格，并在题目大纲中随机抽取20道题目设置为考核题目，并开始记录题目完成结果，当题目完成时会对应设置按钮的样式颜色发生改变，当所有题目完成时自动提交并生成 UI-考核结果，并传题目对错，存入数组并传入考核结果。UI-考核结果会根据题目对错生成分数，并出现题目结果和解析供学员查看。综上所述，随着国家大力推进电网建设，电网建设取得了显著的成就，输电线路金具作为电网的重要组成功能部件也取得了一定程度的发展，必须对电力作业人员加强关于金具方面的培训与实操。参考文献1张家盛,梁进兴.基于深度学习的无人机巡检架空输电线路金具锈蚀缺陷检测方法J.湖南电力,2022,5.2 康泰安,王宝莉,等.输电线路金具及其缺陷深度学习检测方法综述 J.电力信息与通信技术,2022,11.3 裘瑾怡,任新新,等.基于卷积神经网络的输电线路金具缺陷检测方法J.自动化与信息工程,2022,4.