VR经纬仪在线路测量中的应用及推广＊

陈晓芸，王文武

VR经纬仪在线路测量中的应用及推广＊

陈晓芸，王文武

（郑州电力高等专科学校，河南 郑州 450004）

针对光学经纬仪在使用中受到光线和空间限制、精密仪器操作不当容易受损且仪器更新换代缓慢等的问题，开发了VR经纬仪，预制最先进的仪器设备和典型的工程案例实景，通过模拟建模某一新建线路的设计、施工和验收等实际工作环境场景，对线路进行各个阶段中的测量工作，同时开发基于工作过程的技能训练项目，让学生提前体验未来真实的工作环境，增强学习的真实感受。此项目符合校企合作的条件，可服务于在校学生和现场企业员工，实现校企“双元”育人，让学生能更好地适应企业岗位的需求，具备一定的推广和实用价值。

VR经纬仪；基于工作过程；技能训练；校企合作

1 引言

随着经济的发展，电网投资增加，输配电线路作为电网重要的组成部分，很大一部分投资用在了建设输配电线路上。目前，中国拥有全球最大的特高压输电网络，而线路测量是指在线路在规划、设计、施工、验收和运行维护等过程中所进行的测量工作，对输配电线路的建设、运行和维护起着重要的作用。而光学经纬仪是测量中使用最广泛、最常用的一种仪器。

1.1 经纬仪在线路建设方面的应用

线路的规划、设计、施工和验收等阶段都离不开测量。规划阶段，地形图标定出线路的路径；设计阶段，选择和确定线路路径方案；施工阶段，对杆塔位复测和定位，精确测量弧垂；验收阶段，进行基础、杆塔、弧垂质量的检测等。

1.2 经纬仪在线路运行和维护方面的应用

测量弧垂是否符合运行要求，杆塔是否倾斜等都要用经纬仪进行测量。

1.3 经纬仪在教学中的应用

经纬仪是高压输配电线路施工运行与维护专业必备的教学仪器。由于大多数实际的施工测量现场环境比较复杂，学校如果要建立实际场地投入大，且场地有限，可行性不高。让学生去企业现场实践，又无法给学生提供绝对安全的实习场所，而且学生实践能力有限，在工程现场不能立即进行实践操作，即使让操作也不可能长时间操作高级仪器设备，更不可能观摩和学习到工程项目各个环节的流程和方法，这些因素都极大地限制了学生职业岗位能力的提升。另外，随着科技的不断发展，GPS、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位技术、无人机测绘技术、三维激光扫描技术[1]等逐渐用于各种工程测量现场，企业现场往往使用的是最先进的仪器设备和测量技术手段，高校的仪器设备和测量方法与实际现场脱节严重，不利于学生创新能力和工程实践能力的培养。

2 经纬仪的应用

根据输配电线路的规划、设计、施工和验收等几个阶段开展的线路测量工作。以某一条新建线路为例，模拟这条线路的设计、施工和验收工作的测量场景，完成以下内容。

设计阶段，选择和确定线路路径方案，选定线测量、平断面测量、交叉跨越测量等；施工阶段，对杆塔位的复测，杆塔基础分坑测量，精确测量弧垂；验收阶段，进行基础、杆塔、弧垂质量的检测等。除此之外，道路、桥梁、建筑等行业的工程建设中经纬仪也是最基本测量工具。设计、施工人员需掌握仪器最基本的使用方法。

目前，国内外的测量仪器主要有经纬仪、全站仪和GPS等，但是在测量精度上光学经纬仪占绝对的优势，虽然GPS可大大缩短测量工期，提高工作效率，但在一些特殊的工作场景中它并不能替代经纬的作用，所以，经纬仪仍使用广泛。

3 VR经纬仪

VR是在三维模型的基础上提供虚拟现实环境，它是一种集成了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、传感器、网络技术的计算机模拟系统。通过建立一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，使计算机产生一种人为虚拟的环境，进而使用户在视觉上产生虚拟环境沉浸感[2]。学生可以通过视觉、触觉、听觉等多维感官通道收集信息，主动交互、思考、实践[3]。

将VR系统应用到工程测量实训中可具备以下特点： ①通过数字建模技术，结合输电线路建设规划、勘测、设计、施工、质量验收等各个环节中的测量项目，将应用场景、经纬仪、辅助工具、任务等进行对比还原建模，开发基于工作过程的技能训练项目，在虚拟环境下呈现逼真的效果。②根据任务需要，编写开发程序，包括交互流程、UI文字画面、动画设计展示、语音、环境音等，让学习更流畅、更实用、更符合需求。③传统的经纬仪受场地和资金的限制，先进的实训设备和环境往往难以保障。VR技术的加入，通过二维平面测图到三维实景扫描等，有效解决了这一难题，在虚拟系统中，可以预制最先进的仪器设备和典型的工程案例实景，而且一套实训设备可以多人多次重复利用，实现了低成本培养高素质人才的培养目标，在保障仪器设备先进性的同时又节约了大量的场地和资金投入。

4 拟解决问题

4.1 解决经纬仪常规使用中出现的问题

光学经纬仪用于高压输配电线路施工运行与维护专业“线路工程测量”课程的日常教学和实训。因为是光学成像原理制成的精密仪器，学生在使用的过程中因为操作不当、操作不正确，加之仪器的使用周期频繁，导致仪器损坏率很高。另外，光学经纬仪还受到天气和空间的制约，如果是阴雨天，光线不好，会给测量工作带来很大的不便且测量成果的精度也会受到很大的影响。

4.2 有利于教学改革

“线路工程测量”课程传统的理实一体化教学中，实操部分因为是在室内进行，受到空间和光线的限制，实施起来并不理想，这就给理论联系实际的授课方法在执行上带来了阻碍，给正常的教学带来了不便。近几年VR技术的发展，为经纬仪的操作和使用受限带来了新的希望，VR经纬仪的开发可以避免精密仪器使用过程的受损问题，解决天气和空间限制问题，更有利于开展理实一体教学。

4.3 便于现场企业人员的培训

在输配电线路设计、施工，道路、桥梁、建筑、水利工程等的建设中，测量技术是施工人员必备的技能之一，经纬仪作为测量最基本的仪器，是其他仪器使用的基础，VR经纬仪可为企业现场人员提供技能培训，可模拟工作场景，给培训人员带来真实施工现场的体验，掌握测量的基本技能，尽快融入到岗位中。

4.4 促进产教融合校企“双元”育人

高职院校作为为企业提供技能型人才的主要单位，人才方案的培养要适应企业的实时要求，相关课程与实践生产要紧密联系，技能操作和职业能力要跟的上时代的需求。及时将新技术、新工艺、新规范纳入教学标准和教学内容，强化学生实习实训，促进产教融合校企“双元”育人。

4.5 可进行综合实训练习

虚拟现实教学系统作为计算机终端设备，其操作流程非常简单，用户只需穿戴好虚拟设备，通过点击、触摸等方式，即可进入实体三维场景进行模式实训操作，突破传统测量实训课程易受场地、设备、时间等因素的制约，进行“多设备、多场景、多项目”的综合实训练习。在免去仪器设备损坏的顾虑和思想负担的同时，轻松地完成设备的拆解、组装、工程项目的策划组织及实施等操作。

4.6 可模拟各种真实的职业环境

学生在实训过程中，学到和掌握本专业领域先进的技术、施工流程和技术实际应用的本领，为学生实现“零距离”上岗打好夯实的基础。VR经纬仪的开发可以模拟各种真实的职业环境，开展的项目符合现场实际情况，让学生提前体验职业生涯，学生按照未来专业岗位群对基本技术技能的要求，进行实际操作训练和综合素质培养。

5 成果推广

可开展高压输配电线路施工运行与维护专业相关课程“线路工程测量”“输配电线路设计”“杆塔结构与基础”等相关的实验实训项目，提高学生学习主动性，增强毕业生就业时的竞争力，提高学校的知名度。

可服务于职业资格证书的的培训和鉴定工作。面向学校和学生的职业资格证书的培训和鉴定可促进职业教育“1+X”制度建设。面向电力生产相关企业的培训和鉴定可提高企业人员的职业能力同时为学校带来一定的经济收益。

可展开校企合作，为企业订单培养技能人才，为学校创收，并服务于社会。

6 结论

本文针对传统工程测量实训受条件和时间的限制，提出VR技术结合测量仪器的方法，让学生在绝对安全的环境中，沉浸式体验各种工程项目的各个环节与流程，同时还可以进行实时考核与技能短板的反复练习，从而强化职业技能，并有效地降低损坏仪器的风险。同时，还可以解决工程测量实训器材更新换代缓慢的弊端，减少器材投资。VR技术与测量的结合，把真实环境和虚拟现实的景象叠加起来，利用虚拟的物体对真实的环境进行逼真的补充，虚实结合，增强学习的真实感受，以此来提高认知能力。其借着人机交互技术，丰富了教学资源、优化了教学过程，并着力于个性化的培养，为在校学生和企业培训人员提供在线实验及课程教学资源一体化的泛在学习体验。

［1］］黄志剑.虚拟仿真技术在工程测量中的应用［J］.科技风，2018（9）：6.

［2］王爱民，韩月娇.虚拟现实技术在工程测量实验课程中的应用［J］.中外企业家，2018（29）：187.

［3］左小翠，张学亮.VR技术在测量学实训课程教学中的应用研究［J］.无线互联科技，2019，10（19）：136-137.

2095－6835（2020）20－0154－02

TH761.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.067

陈晓芸（1982—），女，讲师，硕士研究生，研究方向为信息技术。

郑州电力高等专科学校校级科研项目“VR经纬仪”（编号：ZEPCKY2020-26）

〔编辑：严丽琴〕