安全可靠是建设坚强电网的最基本要求，坚持安全第一，保证电网安全稳定运行，是建设“一强三优”现代公司的客观要求，是关系国家电网公司可持续发展的长期任务，也是国民经济和社会发展的保障。当前安全生产仍然面临严峻的形势，特别是电力供需形势紧张、发用电平衡存在较大缺口，给电网的安全稳定运行带来了严重威胁；在电网上仍存在薄弱环节；安全生产技术基础仍不够牢固、违章现象时有发生；电网运行和建设过程中外部环境有待改善；专业技术水平的培训有待进一步加强。

　　面对电力生产中的严峻形势，这就要求不断完善安全生产保证体系和监督体系；不断提高输变电设备的管理水平和技术水平，不断提高电力员工对电力设备的操作能力，大幅降低电力施工中的事故率；努力创建和谐的内外部环境。

　　而做到这一切的核心与根本在于以人为本，狠抓高素质人才队伍建设，加强人力资源建设，实施人才强企战略。从强化员工安全意识和提高素质出发，加强安全生产教育，强化员工安全工作意识，增强员工的安全生产技能。对电力员工结合岗位培训，加强其对习惯性违章的认识，积极探索，大胆革新。同时引导克服盲干、蛮干的行为，增强其按安全规程工作的自觉性。要求每个员工从自己做起，严格执行安全生产制度，在工作中坚持严格认真、一丝不苟执行安全规程的好作风。

　　在这种背景前提下，电力系统的安全教育更加凸现其必要性了。当前电力安全教育主要采用定期集中安全活动的模式，对生产过程中涉及到的规程、规范、标准进行学习；同时在发生电力安全事故后，采用事故通报的形势，对事故的反思学习，召开紧急会议传达各级部门的安全讲话精神，组织安全大检查等，以避免类似事故重复发生。

　　通过采用以上种种传统的教育手段，电力系统在安全教育方面取得了巨大的成果。但依然存在着一些问题。

　　首先传统的电力安全教育中常存在‘重安全意识教育，轻安全技能教育’的问题。确定安全教育培训内容时，重点大多放在安全法规的宣传、案例分析，注重的是提高职工的安全意识，忽视了安全操作技能的培养，往往是职工安全意识增强了，但由于安全技能的匮乏，不能预知工作中存在的潜在危险，遇到危险惊慌失措，丧失了安全救护的有利时机，更谈不上采取有效的预防措施；

　　同时，在对生产工人进行系统性、专业性的安全培训中，存在着培训手段单一，教育方式缺乏多样化的问题。平时安全教育的方式多以授课、讨论、理论考试为主，忽视了教育形式的多样性，职工感觉乏味，没有新鲜感，无法提高职工参与教育的兴趣和积极性。缺乏对生产工人的吸引力，致使职工对安全知识深度掌握不够，　　导致安全教育的作用得不到全面的发挥。

　　传统模式的电力安全教育中还存在一个巨大的问题：培训成本极其高昂。虽然电力系统每年在电力安全教育方面投入大量的资金，但由于教育中涉及到的电力设施需巨大的投资，不可能将所有工作中涉及到的设备都专门购置一套用于培训。常常造成的情况是虽然投入了大量的资金，但许多工作了数年的电力员工根本不曾有机会接触到某些成本高昂、对生产过程极其关键的设备，更加谈不上对这类设备的熟练使用。最终导致教育计划、教材、教育内容得不到全面落实，因陋就简，顾此失彼，造成了安全教育的片面性。

　　面对传统电力安全教育中存在的这些问题，亟需我们能够探索出一条能够吸取传统电力教育模式优点，克服其缺陷的电力教育新路子。而近年来，以网络、虚拟现实、三维图形技术为代表的电脑信息科技的发展，为电力安全教育的实施提供了新思路。

　　电力系统近年来在IT基础设施方面取得了巨大成就，目前电力系统信息化建设硬件环境已经基本构建完成，硬件设备数量和网络建设状况良好，在各个电力生产的关键环节已初步实施了信息化。同时也逐步健全和完善了信息化管理机制，培养和建立了一支强有力的信息技术队伍，为电力工业中IT技术的纵深应用构建了坚实的基础。这也为计算机科技与电力安全教育的结合在现实层面上提供了可行性。

　　通过使用三维动画及游戏开发技术，在计算机世界中模拟了电力行业日常运行操作。通过对现实世界中电力设施实物建立对应的三维模型，同时用数学模型对日常电力操作流程进行描述。在计算机中模拟现实中电力企业完整的操作维护流程，让电力员工能够在电脑中完整地学习日常的电力工作、操作各类电力设施，甚至能够让多名员工在游戏中相互配合，完成一些在现实中需要多人配合的工作，从而极大地提高了学习效果，降低了电力教育成本。

 

　　大致而言，在虚拟培训中主要以下面一些IT技术为核心：

　　网络技术是整个系统的基础。由于在现实工作中，常常需要数名员工协同完成某项任务。而在基于交互式虚拟培训中，则是通过网络协同的技术，让数名员工各自使用独立的电脑接入服务器，共同完成某项任务，所以使用TCP协议实现网络连接。同时，由于虚拟培训进行的过程中，也涉及到大量视频、图形、3D模型、 控制信息在服务器与客户端间的传输，极易造成带宽的阻塞，综合使用IP组播技术（Multicast）、实时传输协议（RTP，Real-time Transport Protocol）、实时传输控制协议（RTCP，Real-time  Transport Control Protocol）来优化传输质量，实现了游戏过程中网络的QoS（服务质量，Quality of  Services）保障。

　　对虚拟培训而言，人物造型、场景设计等众多图形图像元素至关重要，甚至成为系统成败的关键。所以，必须以3D Max为核心建模工具对人物、场景建模。考虑到系统硬件配置的广泛适应性，必须通过一系列三维建模的新技术来降低系统的资源耗费度：

　　对于场景中装饰性环境动画，如流水、飞云等，使用了材质变换（Texture Morpher）来降低实时渲染计算量。

　　对于人物建模而言，对每一个人物，制作了标准的骨骼系统（Bone System），存入二次开发骨骼库。同时对于人物动作，使用FK（Frontal Kinematics，正向运动学）、IK（Invert Kinematics，反向运动学）系统，设定人物动作的物理学特性，制作出独立的运动模型。

　　在对电力施工流程建模中，常常需要模拟雨、雪之类自然现象，同时也需要模拟触电时火花四溅等状况，对于这一部分，充分使用了粒子系统（Particles System）与空间扭曲（Space Warps）技术，使用对应的环境渲染模型，良好的平衡了系统资源耗费与虚拟表现力之间的需求。

　　模拟电力操作时，常涉及大量对物理规则的模拟。例如，在虚拟培训中如果发生倒杆事故，整个倒杆过程应该与现实世界中完全相同，按照一定的角加速度、线加速度非匀速倒下，而不是简单的匀速倒下。这就涉及到物理系统建模。利用三维动力学系统，主要包括动力学模块（Dynamics）、柔体变形修改器（Flex）、反应堆系统（Reactor）等，能够很好地模拟系统中电力工具、设备受到外力时，产生的诸如自由落体、滚动、倾斜、飘动等动作。

 

　　本系统是在现有的网络游戏软件技术基础上开发而成，结合电力行业的专业知识，实现一个寓教于乐、功能完备的开放性的虚拟培训平台。

　　在本系统中，针对电力生产安全教育中的每个知识点开发了相应的任务。在每个任务中，电力系统员工可以扮演一定的角色，进行相应的操作。通过完成每个任务，可以获得相关的操作要点、需要用到的知识、相关工具的检查与使用等方面的知识，从而牢固地掌握该任务对应知识点。

例如，在运行的倒闸操作中，电力系统员工可以扮演操作人的角色，在系统中按照标准流程对母线闸刀、接地闸刀、EQP跳闸压板等电力设施进行实际操作。通过该任务，员工可以掌握部分运行倒闸操作的流程、操作要点，操作过程中所需各类电力设施、电力工具的使用技巧等。同时对不规范作业将导致的安全事故也获得深刻的体验。

　　本系统中所有的电力设施、电力工具必须严格按照实际中工具的样式进行三维建模制作，样式、比例与实际操作中的工具完全相同。这才能保证了电力员工在本系统学到的所有关于电力工具的知识能够完全应用到现实工作中。

　　系统中所有的知识点都严格遵循《电力安全规程》等电力专业书籍对该知识点的描述进行开发。完全模拟现实工作中标准的安全操作规范。电力系统的员工，通过使用系统，能够熟练掌握各项知识点的标准操作流程，让新员工尽快地投入到工作中。同时纠正老员工在长期工作中可能存在的一些习惯性错误。

　　因为本系统采用游戏的方式，所以在趣味性、可玩性方面也十分出色。将游戏的趣味性/可玩性与相关知识点中需要格外强调的要点相结合，设置了众多的陷阱系统，充分考核电力职工对每个知识点中所有要点的掌握程度，加深了学习印象。例如虚拟培训系统的登杆过程，如果电力员工在登杆前忘记对安全带进行冲击试验，或者在进行安全带检查时对试验标签等些细节没有注意，则在登杆时将从电线杆上摔下，导致安全事故。

　　电力系统中的各类操作，有些只需要一个人即可完成（指主要操作者），而有些可能需要数名员工配合才能完成，例如运行倒闸任务就需要监护人、操作人配合才能顺利完成。系统必须提供强大的网络连线协作能力。支持多个员工在各自的机器上同时联网参加培训，每个员工在系统中担任不同角色，而且这些员工需要相互配合才能完成任务。

　　因为本系统是基于网络游戏模式的教育系统，而对员工学习情况的统计、学习成绩的考核是教育的重中之重，所以系统必须大力加强这部分的内容。系统内置了强大的统计、考核系统。教育负责人可以对系统中所有员工的在线时间、知识点的学习范围、知识点对应任务的完成情况等诸多信息进行统计。

　　在此基础上，可以提供更加实用的员工考核模块。教育负责人可以组织所有人员在某个时间段内进行一次考试。考试中，所有待考员工需要在指定时间内参加并完成若干指定知识点的操作任务。完成后系统将按照预先指定的权重因子为所有员工计算成绩，并统计排名、成绩分布的信息，供教育负责人全面了解员工的学习情况，调整培训计划。

　　下图演示了整个系统的使用流程：

 

　　在虚拟培训系统中，不仅在三维模型中符合电力系统的实际情况，而且必须完全符合电力系统的各种技术措施（包括部分的组织措施）。从而引导培训的职工，朝着更加规范的操作学习，避免不必要的误导。

　　针对电力系统的虚拟培训，是借助现在流行的网络游戏的基础上进行研究。必须考虑到切实符合电力系统的各种操作规程的基础上，增加其趣味性。使得电力系统的职工从要我学，变成我要学。

　　这是虚拟培训当中的技术难点所在。而在电力系统中，多人的协作完成任务又是非常常见的。例如在更换闸刀的操作，需要多人协作完成，有人从事具体的更换工作，有人从事吊车的指挥工作，还需要人从事操作的监护工作。在虚拟培训系统中，如何才能使得这些工作人员相互配合，相互协调，是实现该系统的关键所在。

　　实际上升级机制就是为了提高虚拟培训系统的趣味性的手段之一。用户的积分来自两个方面：有效在线时间与任务得分。如果用Score代表总积分，Ts代表时间积分，Ps代表任务积分。则可得函数：Score=Ts+Ps，其中Ts时间积分必须是有效在线时间（所谓有效在线时间是指用户登录至系统后，真正用于游戏的时间）；Ps任务积分规则较为简单。系统中所有知识点对应的知识点均有相应的分值向量属性Pfinal，该属性以向量的模式描述了该知识点中各个角色完成游戏后将得到的分数。随着积分的增加，培训者等级也会有相应的提高，等级提高导致学习者能力上面的提高。

　　系统在人工智能(AI, Artificial Intelligence的简称)的基础上，为每个员工提供了一个完全智能的学习导师系统。通过该机制的使用，能够极大地提高员工的学习效率。借鉴国际上近年来数字校园领域(Digital Campus)发展的最新成果，针对计算机教学的特殊性（能动态收集学生的所有学习情况、能动态对考生学习情况进行人工智能分析），提出了一种全新的学习模式：AI导师机制。

AI导师系统运行机理如下图所示：

 

　　在这种模式中，每个员工的教学内容完全不同。所有员工在使用系统的最初，首先由教育负责人制定整体性的学习策略，设定参加考核的员工范围、知识点范围、各个知识点的权重等人工智能参数，系统根据这些参数自动对知识库进行分析、筛选、排序，生成一个针对指定员工范围的二次知识点库。

　　当某员工登录系统进行培训时，人工智能引擎将自动激活，调出该员工所有参与过的知识点任务完成情况、对知识点的掌握情况及以前历次考核的考试成绩等历史信息进行分析，根据分析结果从二次知识点库中动态地抽取最适合该员工目前水平的知识点任务，推荐该员工以特定的角色参加到该知识点的学习中。

　　员工完成所推荐的学习后，人工智能引擎将参考员工的游戏情况及历史参数，动态的从二次知识库中选择下一个最合适的任务推荐给该员工（如员工连续做没有能够完成关于同一知识点的任务，并且该考生在以往考核中该知识点相关的任务完成情况都不好，则可判知考生对于该知识点掌握情况较差。下一次将有针对性地选择关于这一知识点并且难度降低的任务作推荐）。如此循环往复，最终让该培训者完全掌握该知识点的所有内容

　　从以上的描述中可以看出，通过这个不断重复的过程，始终能将参考前n个知识点的完成情况，动态的确定第n+1个推荐的任务。从而随着该员工的学习，系统将智能的实时生成一个独一无二、能够完全适合于该员工学习能力、知识水平的学习计划。相对于传统模式，这个学习计划将是完全一对一、个性化的，也更能发挥出员工的真实水平。

      由此可见，系统在这个过程中实际上充当了一个导师的角色，能够及时考察员工的学习情况，动态的提出学习建议，调整学习计划。所以称之为AI导师。

 

　　在基于交互式虚拟培训的基础上可以加入：1、有真人演示的规范流程、标准操作宣传片；2、用多媒体FLASH的形式将电力系统发生的典型事故案例进行仿真回放作为重点提醒；3、增加考试系统，在系统内实现文字形式的考核。最终形成一个由安全生产教育、模拟操作、效果评估构成的闭环系统，不仅可以模拟已发生事故进行警示，而且还可以通过数据统计发现以前没有发生但将来有可能发生事故并采取相应措施加以杜绝。

 

　　黄翔：1972年出生，男。浙江大学电机系电力系统及其自动化专业，本科，硕士在读。从事县级供电企业调度、变电、配电自动化和科技信息等方面的研究和管理工作。

　　张浩：1970年出生，男。硕士。从事电力系统安全监督与管理工作。

　　王荣国：1976年出生，硕士，在杭州广域软件有限公司从事游戏在各个生产行业中的应用研究。

　　曹小平：1971年出生，大学本科，在杭州广域软件有限公司从事游戏在各个生产行业中的应用研究。