王冬冬

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能夠借助三維建模、碰撞檢測(cè)和交互控制等技術(shù)，為系統(tǒng)提供操作控制、仿真故障處理、事故演習(xí)等功能。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支撐下的電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能夠在有限的時(shí)間和空間內(nèi)提高電力操作人員的綜合素質(zhì)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】電力安監(jiān) 虛擬現(xiàn)實(shí) 仿真培訓(xùn)

電力安全生產(chǎn)管理到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力企業(yè)生存發(fā)展，電力企業(yè)為了提高職工隊(duì)伍的綜合素質(zhì)和安全生產(chǎn)能力，一方面需要提高安全生產(chǎn)的硬件水平，另一方面需要加強(qiáng)職工的安全培訓(xùn)。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)方式能夠在有限的空間和時(shí)間內(nèi)提供大容量信息、多向演示、模擬生動(dòng)和身臨其境的感受。

1 電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

1.1 電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)簡介

電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)的方法為電力企業(yè)提供了一個(gè)虛擬的電力安全教育培訓(xùn)平臺(tái)。該系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，綜合運(yùn)用了3D動(dòng)畫、圖形圖像、聲音等多種媒體形態(tài)模擬電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)際情況，通過交互的方式呈現(xiàn)電力標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程和安全規(guī)程。

1.2 電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)功能

電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)具備正常的操作控制、仿真故障處理、事故演習(xí)等功能，并能夠進(jìn)行變電站、線路、安全工具等操作培訓(xùn)。電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的基本培訓(xùn)功能有：現(xiàn)場(chǎng)漫游、電路圖、安全工具規(guī)范操作、運(yùn)行操作、維護(hù)檢修、評(píng)價(jià)與考核。

現(xiàn)場(chǎng)漫游能夠從不同角度幫助培訓(xùn)人員了解工作現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，以便于掌握在不同工作環(huán)境下需要掌握的基本工作技能。在電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中通過電路圖來介紹電路圖，模擬電流的流向以及各種設(shè)備的動(dòng)作等，便于培訓(xùn)人員對(duì)于電路圖的熟悉。電力生產(chǎn)人員掌握各種安全工具的性能和用途，并且掌握使用它們的正確方法能夠不僅能夠保證工作人員的安全，而且能夠有效保證企業(yè)安全生產(chǎn)的正常進(jìn)行。運(yùn)行操作培訓(xùn)能夠幫助運(yùn)行人員快速掌握運(yùn)行原理、運(yùn)行規(guī)程等基本知識(shí)，并且提供給受訓(xùn)人員身臨其境的感覺，提高其基本操作控制技能。維護(hù)檢修培訓(xùn)功能能夠在虛擬平臺(tái)下進(jìn)一步提升檢修人員的業(yè)務(wù)水平，解決了電力安全培訓(xùn)過程中不夠逼真的問題。評(píng)價(jià)與考核通過提供客觀反映來對(duì)學(xué)員的實(shí)際操作能力進(jìn)行全面準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，而且便于學(xué)員進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。

2 電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)工具

電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)培訓(xùn)系統(tǒng)能夠創(chuàng)造處逼真的場(chǎng)景，通過培訓(xùn)人員在虛擬場(chǎng)景中與場(chǎng)景中的人或物進(jìn)行交互來提高其專業(yè)技能和在不同場(chǎng)景下運(yùn)用專業(yè)技能解決問題的能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)是其培訓(xùn)虛擬場(chǎng)景的逼真性，虛擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是三維圖形引擎，OGRE引擎能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)高效實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的創(chuàng)建，并且提供了許多附加功能加速圖形的應(yīng)用開發(fā)。OGRE引擎是一個(gè)開發(fā)源碼的自由軟件，擁有標(biāo)準(zhǔn)組件并可擴(kuò)展的3D渲染系統(tǒng)，并且保留了可擴(kuò)展接口庫。MultiGenCreator和3DMax相結(jié)合能夠創(chuàng)建逼真的三維模型，兩者相配合使用能夠在實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域?yàn)槟M訓(xùn)練、城市仿真等領(lǐng)域創(chuàng)建生動(dòng)逼真的場(chǎng)景。

3 電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用的主要技術(shù)

3.1 三維建模

三維技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一門新興技術(shù)，設(shè)計(jì)師在虛擬的三維世界中根據(jù)需要表現(xiàn)的對(duì)象的尺寸形狀建立模型和場(chǎng)景，再根據(jù)要求設(shè)定運(yùn)動(dòng)軌跡和其他參數(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下三維建模是虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，三維建模不僅要求模型的幾何形狀生動(dòng)逼真，而且所設(shè)計(jì)的物體的物理特性和運(yùn)動(dòng)特征要符合認(rèn)知特點(diǎn)。在進(jìn)行三維建模過程中將三維物體的幾何尺寸大小、紋理照片作為原始數(shù)據(jù)，建立模型數(shù)據(jù)庫為電力安全仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提供逼真的場(chǎng)景。三維建模創(chuàng)建的場(chǎng)景是電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的基本場(chǎng)景，良好的三維場(chǎng)景能夠?yàn)榕嘤?xùn)人員進(jìn)行交互行動(dòng)學(xué)習(xí)基本技能奠定良好的基礎(chǔ)。三維技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合能夠準(zhǔn)確反映電力設(shè)備的綜合信息，在多場(chǎng)景之間進(jìn)行的綜合培訓(xùn)更加逼真。

3.2 碰撞檢測(cè)

碰撞檢測(cè)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中不可或缺的部分，在虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景中如果缺乏碰撞檢測(cè)，不同對(duì)象相碰時(shí)不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)世界中的碰撞效果，如“穿墻而過”等在現(xiàn)實(shí)世界中不可能產(chǎn)生的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的逼真性。碰撞檢測(cè)算法能夠有效測(cè)算出不同場(chǎng)景下人、物的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及由此產(chǎn)生的結(jié)果，為電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提供更真實(shí)的場(chǎng)景，并為在其中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的人、物的運(yùn)動(dòng)軌跡或運(yùn)動(dòng)結(jié)果產(chǎn)生預(yù)測(cè)，為交互行為產(chǎn)生的結(jié)果提供設(shè)計(jì)依據(jù)。電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中包含著不同的虛擬場(chǎng)景，每一個(gè)虛擬場(chǎng)景中包含了若干靜止或運(yùn)動(dòng)的物體，進(jìn)行碰撞檢測(cè)運(yùn)算能夠有效提高虛擬場(chǎng)景的逼真感。

3.3 交互控制

虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)中需要具備良好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，在電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中采用可視化的人機(jī)界面進(jìn)行交互，能夠?yàn)橛脩舨僮魅S場(chǎng)景中的物體提供便利。交互控制相對(duì)于傳統(tǒng)的培訓(xùn)系統(tǒng)，能夠有效提高培訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，與環(huán)境進(jìn)行交互能夠有效提升培訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)效果。交互設(shè)計(jì)能夠讓培訓(xùn)系統(tǒng)更便于滿足目標(biāo)用戶的期望，在與場(chǎng)景進(jìn)行交互的過程中掌握各種交互控制方式，及時(shí)對(duì)于行為動(dòng)作進(jìn)行強(qiáng)化。良好的交互性能夠?yàn)殡娏Π脖O(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提供真實(shí)的沉浸感，培訓(xùn)人員通過控制系統(tǒng)與場(chǎng)景中的人或物進(jìn)行交互，能夠有效提高培訓(xùn)人員的專業(yè)技能和在不同場(chǎng)景下的綜合能力。

4 結(jié)束語

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)將實(shí)用性和有效性融合起來，通過靈活的程序控制來滿足電力作業(yè)人員培訓(xùn)需求。電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能夠使受訓(xùn)者在不同的地點(diǎn)進(jìn)行培訓(xùn)，突破了時(shí)間和空間的限制，為電力作業(yè)人員培訓(xùn)帶了極大的便利，有效提高了電力企業(yè)的工作能力。

參考文獻(xiàn)

[1]徐良軍，章建，蔣毅，姚建剛，汪會(huì)財(cái)，楊勝杰.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力安監(jiān)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2010（11）：162-165+147.

[2]唐洪良，駱志剛.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的配電線路巡檢虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（29）：56.

[3]陳奇朋，羅滇生，胡強(qiáng)，何洪英，康童，毛田，謝夏慧.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力作業(yè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2013（11）：232-236.

作者單位

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司技能培訓(xùn)中心 遼寧省錦州市 121000