一种电网工程建设施工安全模拟培训系统的制作方法

本发明属于电网工程建设施工培训领域，具体涉及一种电网工程建设施工安全模拟培训系统。

背景技术：

1、电网工程建设施工是一个对标准化操作流程和安全性要求极高的领域，为了确保电网工程建设施工安全，需要对电网工程建设施工人员进行不断的培训。

2、传统的培训方式，主要是借助文本教案、ppt等媒体，通过教师在教室授课完成，这种方式培训的缺点是不够形象化，学生很难形成对电网建设施工现场直观的概念，培训效果不理想；另一方面，如果在电网建设工程施工现场进行培训，则存在受到时间、成本、安全等方面的限制，学员无法随时随地的展开培训，培训成本较大，安全隐患较多。

3、目前随着虚拟现实和三维仿真领域的发展，出现了一些针对电力行业的三维仿真培训系统，但是针对电网工程建设施工安全模拟实操培训系统较少。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电网工程建设施工安全模拟培训系统，基于虚拟现实和三维仿真技术，针对电网施工人员的操作流程，依据电网施工过程中的主线流程进行培训，较好的解决了电网工程建设施工标准化操作流程的培训的难点，系统遵循模块化、扩展性强的原则，易于施工流程的快速开发、组装和扩展。

2、实现本发明目的的具体技术方案为：

3、一种电网工程建设施工安全模拟培训系统，包括以下模块：

4、场景仿真模块：基于建模工具，对电网工程建设施工的场景、设备以及施工人员进行仿真建模；

5、行为控制模块：用于对施工人员在施工过程中的行为交互进行模拟；

6、施工模拟模块：基于场景仿真模块和行为控制模块的结果进行电网工程建设施工的仿真模拟。

7、进一步的，所述场景仿真模块中的施工场景包括变电站、输电线路、配电线路；

8、设备包括：输电线路的角钢塔及塔上设备，变电站中的构架柱、构架梁、变压器、刀闸、开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、电力电容器、电网施工过程中所需的吊车、挖掘机、运输卡车；

9、施工人员的模拟通过构建施工人员模型，并基于骨骼蒙皮动画模拟施工人员在施工过程中的动作。

10、进一步的，所述行为控制模块基于真实施工过程中的行为数据对施工人员在施工过程中的行为交互进行模拟，交互对象包括施工人员之间以及施工人员与施工场景、设备之间，交互的模拟形式包括动画、语音、文本、人员换装。

11、进一步的，所述施工模拟模块基于行为控制模块的施工人员行为交互以及场景仿真模块的施工场景仿真，对电网工程建设施工过程中的施工过程进行模拟；

12、所述施工过程的模拟形式包括施工人员动作动画、施工设备动画、施工人员之间的对话、施工场景的变化。

13、进一步的，所述行为控制模块基于ai行为树设计施工人员的行为动作。

14、进一步的，所述施工模拟模块对电网工程建设施工过程中的施工过程进行模拟，模拟的施工过程中由各种具有先后顺序的操作任务构成，每一个操作任务包括多个操作步骤，每个操作步骤对应着一个施工人员的具体行为。

15、基于上述系统的电网工程建设施工安全模拟培训方法，包括以下步骤：

16、步骤1、基于建模软件构建电网工程建设施工中的场景、设备的三维模型，基于骨骼蒙皮，构建施工人员的角色模型以及动作动画；

17、步骤2、基于unity3d游戏引擎以及电网工程建设施工的真实场景数据，将步骤1中构建场景、设备的三维模型以及施工人员的角色模型进行整合，构建一个具备现场施工环境、工具、设备、材料和施工人员的虚拟现实场景；

18、步骤3、对施工人员在施工过程中有可能发生的交互行为进行设置和模拟，具体为：

19、步骤3-1、构建施工人员的动画状态机，模拟施工人员的行走、跑步、操作设备行为动画；

20、步骤3-2、基于插值算法，模拟施工人员对施工过程中各设备的操作交互；

21、步骤3-3、结合步骤3-1和3-2中的施工人员、施工设备的动画，设计施工人员的操作行为，模拟真实现场人员施工的情景。

22、步骤4、对电网工程建设施工过程进行模拟，完成电网工程建设施工的安全培训；

23、所述模拟的施工过程中由各种具有先后顺序的操作任务构成，每一个操作任务包括多个操作步骤，每个操作步骤对应着一个施工人员的具体行为，基于该操作任务和操作步骤对培训人员进行引导，直至完成所有施工中的操作任务。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、(1)本发明的技术方案中的行为控制模块基于ai行为树设计施工人员的行为动作，构成行为树的基本元素是动作节点以及与、或、条件判断等逻辑判断节点，结合动作和逻辑判断节点，行为树可完成大部分通过程序代码完成的工作，在实现培训功能的过程中，无需大量重复编写程序代码，通过模块组装的形式，便可实现系统的功能，具有高效性的特点；

26、同时，行为树的子节点可无限扩充，已完成的动作节点可多次重复利用；对于新的动作需求，只需要对新的动作节点进行开发，便可作为行为树的子节点，而无需改变系统整体的构架结构，易于系统的扩展；

27、(2)本发明的技术方案施工模拟模块中基于场景仿真模块和行为控制模块的结果进行电网工程建设施工的仿真模拟，仿真模拟过程中依据标准的操作流程，将电网施工过程分解为各种具有先后顺序的操作任务，引导培训人员逐一完成各种操作任务，同时还可以设置各种实际施工过程中的“剧情”，让培训人员可以沉浸式的完成电网施工的安全模拟培训，培训效果好；

28、(3)本发明的技术方案基于虚拟现实技术和ai技术完成电网工程建设施工安全培训，将数据存放在云端，使得培训不限制空间、时间，没有场地的限制，可以随时随地开展培训，降低培训成本。

技术特征：

1.一种电网工程建设施工安全模拟培训系统，其特征在于，包括以下模块：

2.根据权利要求1所述的电网工程建设施工安全模拟培训系统，其特征在于，所述场景仿真模块中的施工场景包括变电站、输电线路、配电线路；

3.根据权利要求1所述的电网工程建设施工安全模拟培训系统，其特征在于，所述行为控制模块基于真实施工过程中的行为数据对施工人员在施工过程中的行为交互进行模拟，交互对象包括施工人员之间以及施工人员与施工场景、设备之间，交互的模拟形式包括动画、语音、文本、人员换装。

4.根据权利要求1所述的电网工程建设施工安全模拟培训系统，其特征在于，所述施工模拟模块基于行为控制模块的施工人员行为交互以及场景仿真模块的施工场景仿真，对电网工程建设施工过程中的施工过程进行模拟；

5.根据权利要求3所述的电网工程建设施工安全模拟培训系统，其特征在于，所述行为控制模块基于ai行为树设计施工人员的行为动作。

6.根据权利要求4所述的电网工程建设施工安全模拟培训系统，其特征在于，所述施工模拟模块对电网工程建设施工过程中的施工过程进行模拟，模拟的施工过程中由各种具有先后顺序的操作任务构成，每一个操作任务包括多个操作步骤，每个操作步骤对应着一个施工人员的具体行为。

7.根据权利要求1-6所述的电网工程建设施工安全模拟培训方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的电网工程建设施工安全模拟培训方法，其特征在于，所述模拟的施工过程中由各种具有先后顺序的操作任务构成，每一个操作任务包括多个操作步骤，每个操作步骤对应着一个施工人员的具体行为，基于该操作任务和操作步骤对培训人员进行引导，直至完成所有施工中的操作任务。

9.根据权利要求7所述的电网工程建设施工安全模拟培训方法，其特征在于，所述步骤3中的交互行为的设置和模拟，具体为：

技术总结本发明公开了一种电网工程建设施工安全模拟培训系统，包括场景仿真模块，基于建模工具，对电网工程建设施工的场景、设备以及施工人员进行仿真建模；行为控制模块，用于对施工人员在施工过程中的行为交互进行模拟，施工模拟模块，用于基于场景仿真模块和行为控制模块的结果进行电网工程建设施工的仿真模拟。本发明的技术方案基于虚拟现实技术对施工过程中的设备、环境、场景以及施工人员进行三维建模，基于AI行为树设计施工人员的行为动作，并将施工过程分解为多个操作任务以及操作步骤，在真实场景下引导培训人员完成施工中的各个步骤，完成电网工程建设施工安全培训。技术研发人员：彭程,郑新建,张胜林,蔡树军,肖贤华,陈亮,王政杰,徐晓峰受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11