CN108022039B - 一种基于增强现实的变电站仿真培训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于增强现实的变电站仿真培训系统，该系统的构建方法包括：获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息，对原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据，根据电力业务特征将离散模型数据组合生成轻量化三维造型；根据变电站的属性信息生成属性信息数据库；根据变电站的运行方式对变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型；将轻量化三维造型、信息数据库、物理行为模型及电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型。通过实施本发明，提高了模型的压缩效率和质量，大大降低了数据的计算量，为变电站的仿真培训系统提供仿真模型。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于增强现实的变电站仿真培训系统。
背景技术
随着“大运行”和“大检修”体系的深入推进使得公司电网运行和检修管理模式发生深刻变化，对电网设备监控、运维人员的知识、技术和技能等方面提出了更高要求，给电网企业的生产运行管理和人才培养带来了巨大的挑战。
目前主要采用“师傅带徒弟”式培训或者基于真实设备的实训等方式进行技能培训、考核及鉴定。师傅带徒弟式培训是在实际工作中由师傅根据规程和经验对徒弟进行技能传授，难以标准化，培训效果取决于师傅的能力和责任心，实际工作中存在设备异常和故障类型数量有限、培训周期长，无法支撑大量学员同时开展培训的问题；基于真实设备的实训方式存在占地面积大，投资费用高，有些设备难以或无法拆解，学员无法深入了解与学习内部构造和运行机理，很难叠加异常、故障的现象，设备容易损坏，无法同时支持大量学员同时开展实训，可扩展性低、费用高等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中师父带徒弟的方式无法支撑大量学员同时开展培训；基于真实设备的实训方式存在占地面积大，投资费用高，可扩展性低，有些设备难以或无法拆解，学员无法深入了解与学习内部构造和运行机理的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种三维仿真模型构建方法，包括：获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息，对所述原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据，根据电力业务特征将所述离散模型数据组合生成轻量化三维造型；根据所述变电站的属性信息生成属性信息数据库；根据所述变电站的运行方式对所述变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型；将所述轻量化三维造型、所述信息数据库、所述物理行为模型及所述电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型。
可选地，对所述原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据，包括：将所述原始模型数据拆分为至少包含材质数据、动画数据、网格数据、节点树数据及贴图数据的多种细节数据；根据原始模型数据的分类，采用基于电网业务业务特征的压缩感知算法对所述细节数据进行压缩抽样，生成所述离散模型数据。
可选地，所述属性信息至少包括：地理位置信息、运行状态信息及设备编号信息。
可选地，所述的三维仿真模型构建方法，还包括：当所述变电站的原始模型数据发生变化时，根据所述原始模型数据的变化信息，修改所述组态封装中的离散模型数据。
可选地，所述物理行为至少包括：重力设定信息、碰撞检测设定信息以及所述电气设备的物理状态；所述电气行为至少包括：所述电气设备的电气状态量及异常表现信息。
为了实现上述目的，本发明还提供一种三维仿真模型构建系统，包括：三维造型构建模块，用于获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息；对所述原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据；根据电力业务特征将所述离散模型数据组合生成轻量化三维造型；信息数据库构建模块，用于根据所述变电站的属性信息生成属性信息数据库；物理及电气行为模型构建模块，用于根据所述变电站的运行方式对所述变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型；虚拟变电站元件构建模块，用于将所述轻量化三维造型、所述信息数据库、所述物理行为模型及所述电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型。
可选地，所述三维造型构建模块包括：分类子模块，用于将所述原始模型数据拆分为至少包括材质数据、动画数据、网格数据、节点树数据及贴图数据的多种细节数据；压缩子模块，用于根据原始模型数据的分类，采用基于电网业务业务特征的压缩感知算法对所述细节数据进行压缩抽样，生成所述离散模型数据。
可选地，所述信息数据库构建模块中的所述属性信息至少包括：地理位置信息、运行状态信息及设备编号信息。
可选地，所述三维仿真模型构建系统，还包括：组态编辑模块，用于当所述变电站的原始数据发生变化时，根据所述原始模型数据的变化信息，修改所述组态封装中的离散模型数据。
可选地，所述物理及电气行为模型构建模块得到的所述物理行为至少包括：重力设定信息、碰撞检测设定信息以及所述电气设备的物理状态；所述电气行为至少包括：所述电气设备的电气状态量及异常表现信息。
本发明技术方案，具有如下优点：
通过将变电站进行构建为三维仿真模型，建立基于增强现实的变电站仿真培训系统，可以支持大量学员开展培训；并且通过仿真培训系统大大降低了资源的消耗及投资费用；此外，在变电站扩建或改建时，仿真培训系统具有良好的可扩展性，满足仿真培训需要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的集中三维仿真模型构建方法的流程图；
图2为本发明实施例的构建轻量化三维造型的流程图；
图3为本发明实施例的三维仿真模型构建方法的另一流程图；
图4为本发明实施例的三维仿真模型构建系统的结构示意图；
图5为本发明实施例的三维仿真模型构建系统的另一结构示意图；
图6为本发明实施例的三维仿真模型构建系统的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种三维仿真模型构建方法，如图1所示，该三维仿真模型构建方法主要包括：
步骤S1：获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息，对原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据，根据电力业务特征将离散模型数据组合生成轻量化三维造型；
步骤S2：根据变电站的属性信息生成属性信息数据库；
步骤S3：根据变电站的运行方式对变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型；
步骤S4：将轻量化三维造型、信息数据库、物理行为模型及电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型。具体包括变电站场景、各类电气设备和辅机设备，并且根据三类对象不同的仿真需求，采取不同的方法对其进行四个仿真层级的组态。
本发明实施例提供的三维仿真模型构建方法，通过对原始模型数据的压缩采样提高了模型的压缩效率和质量，大大降低了数据的计算量，为变电站的仿真培训系统提供仿真模型基础。
在一较佳实施例中，如图2所示，上述步骤S1具体包括：
步骤S11：将原始模型数据拆分为多种细节数据，该细节数据至少包含材质数据、动画数据、网格数据、节点树数据及贴图数据；
步骤S12：根据原始模型数据的分类，采用基于电网业务业务特征的压缩感知算法对细节数据进行压缩抽样，生成该离散模型数据。
在一较佳实施例中，上述步骤S1中获取的属性信息至少包括：地理位置信息、运行状态信息及设备编号信息。
在一较佳实施例中，上述步骤S3中所描述的物理行为至少包括：重力设定信息、碰撞检测设定信息以及电气设备的物理状态，例如刀闸的开合动作等；上述电气行为至少包括：电气设备的电气状态量及异常表现信息，例如各种表计读数的变化等。静态的三维虚拟模型只是变电站仿真培训系统的基础，要真实模拟日常运行特点及各类异常、故障特性，更加真实地模拟再现运行人员巡视、操作和故障处理的特点，让培训学员有身临其境的感觉，需要对各类三维虚拟模型和虚拟现实环境的进行物理及电气行为的设计。
在一较佳实施例中，如图3所示，上述三维仿真模型构建方法还包括：
步骤S5：当变电站的原始模型数据发生变化时，根据原始模型数据的变化信息，修改组态封装中的离散模型数据。
具体地，在一实施例中，当变电站进行设备更换或者扩建时，相应电气设备类型和布置方式都会有所变化，静态的变电站仿真系统的开发模式不能满足这些需要，只能采取重新开发的方法来对新的变电站场景和电气设备进行同步仿真。如果需要对虚拟变电站的场景或者设备进行修改或者增删的时候，就必须对整个驱动程序进行修改，维护非常不便。上述步骤S5主要是对变电站场景和电气设备类型的组态进行改变，主要满足建筑结构变化和电气设备类型变化的需要。通过对变电站的场景和虚拟电气设备进行在线增删，并且可以对已有电气设备进行地理位置的编辑，主要满足变电站小规模扩建和电气布置变动的需要，给仿真培训系统提供了良好的扩展性，对变电站仿真的同步模拟也提高了仿真的真实感，可以满足长期规划下变电站仿真培训的需要。
实施例2
本施例提供一种三维仿真模型构建系统，如图4所示，包括：三维造型构建模块1，用于获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息；对原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据；根据电力业务特征将离散模型数据组合生成轻量化三维造型；信息数据库构建模块2，用于根据变电站的属性信息生成属性信息数据库；物理及电气行为模型构建模块3，用于根据变电站的运行方式对变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型；虚拟变电站元件构建模块4，用于将轻量化三维造型、信息数据库、物理行为模型及电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型，具体包括变电站场景、各类电气设备和辅机设备，并且根据三类对象不同的仿真需求，采取不同的方法对其进行四个仿真层级的组态。
本发明实施例提供的三维仿真模型构建系统，通过对原始模型数据的压缩采样提高了模型的压缩效率和质量，大大降低了数据的计算量，为变电站的仿真培训系统提供仿真模型基础。
在一较佳实施例中，如图5所示，上述三维造型构建模块1包括：分类子模块11，用于将原始模型数据拆分为多种细节数据，该细节数据至少包括材质数据、动画数据、网格数据、节点树数据及贴图数据；压缩子模块12，用于根据原始模型数据的分类，采用基于电网业务业务特征的压缩感知算法对细节数据进行压缩抽样，生成上述的离散模型数据。
在一较佳实施例中，上述信息数据库构建模块2获取的属性信息至少包括：地理位置信息、运行状态信息及设备编号信息。
在一较佳实施例中，上述物理及电气行为模型构建模块3得到的物理行为至少包括：重力设定信息、碰撞检测设定信息以及电气设备的物理状态，例如刀闸的开合动作等；电气行为至少包括：电气设备的电气状态量及异常表现信息，例如各种表计读数的变化等。静态的三维虚拟模型只是变电站仿真培训系统的基础，要真实模拟日常运行特点及各类异常、故障特性，更加真实地模拟再现运行人员巡视、操作和故障处理的特点，让培训学员有身临其境的感觉，需要对各类三维虚拟模型和虚拟现实环境的进行物理及电气行为的设计。
在一较佳实施例中，如图6所示，上述三维仿真模型构建系统还包括：组态编辑模块5，用于当变电站的原始数据发生变化时，根据原始模型数据的变化信息，修改组态封装中的离散模型数据。
具体地，在一实施例中，当变电站进行设备更换或者扩建时，相应电气设备类型和布置方式都会有所变化，静态的变电站仿真系统的开发模式不能满足这些需要，只能采取重新开发的方法来对新的变电站场景和电气设备进行同步仿真。如果需要对虚拟变电站的场景或者设备进行修改或者增删的时候，就必须对整个驱动程序进行修改，维护非常不便。上述组态编辑模块主要是对变电站场景和电气设备类型的组态进行改变，主要满足建筑结构变化和电气设备类型变化的需要。通过对变电站的场景和虚拟电气设备进行在线增删，并且可以对已有电气设备进行地理位置的编辑，主要满足变电站小规模扩建和电气布置变动的需要，给仿真培训系统提供了良好的扩展性，对变电站仿真的同步模拟也提高了仿真的真实感，可以满足长期规划下变电站仿真培训的需要。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种三维仿真模型构建方法，其特征在于，包括：
获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息，对所述原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据，根据电力业务特征将所述离散模型数据组合生成轻量化三维造型；
根据所述变电站的属性信息生成属性信息数据库；
根据所述变电站的运行方式对所述变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型，所述物理行为至少包括：重力设定信息、碰撞检测设定信息以及电气设备的物理状态；所述电气行为至少包括：所述电气设备的电气状态量及异常表现信息；
将所述轻量化三维造型、所述信息数据库、所述物理行为模型及所述电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型。
2.根据权利要求1所述的三维仿真模型构建方法，其特征在于，对所述原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据，包括：
将所述原始模型数据拆分为至少包含材质数据、动画数据、网格数据、节点树数据及贴图数据的多种细节数据；
根据原始模型数据的分类，采用基于电网业务业务特征的压缩感知算法对所述细节数据进行压缩抽样，生成所述离散模型数据。
3.根据权利要求1所述的三维仿真模型构建方法，其特征在于，所述属性信息至少包括：地理位置信息、运行状态信息及设备编号信息。
4.根据权利要求1所述的三维仿真模型构建方法，其特征在于，还包括：当所述变电站的原始模型数据发生变化时，根据所述原始模型数据的变化信息，修改所述组态封装中的离散模型数据。
5.一种三维仿真模型构建系统，其特征在于，包括：
三维造型构建模块，用于获取变电站建筑结构及设备的原始模型数据及属性信息；对所述原始模型数据进行压缩抽样，生成离散模型数据；根据电力业务特征将所述离散模型数据组合生成轻量化三维造型；
信息数据库构建模块，用于根据所述变电站的属性信息生成属性信息数据库；
物理及电气行为模型构建模块，用于根据所述变电站的运行方式对所述变电站进行物理及电气行为建模，生成物理行为模型及电气行为模型，所述物理及电气行为模型构建模块得到的所述物理行为至少包括：重力设定信息、碰撞检测设定信息以及电气设备的物理状态；所述电气行为至少包括：所述电气设备的电气状态量及异常表现信息；
虚拟变电站元件构建模块，用于将所述轻量化三维造型、所述信息数据库、所述物理行为模型及所述电气行为模型进行组态封装，生成变电站仿真模型。
6.根据权利要求5所述的三维仿真模型构建系统，其特征在于，所述三维造型构建模块包括：分类子模块，用于将所述原始模型数据拆分为至少包括材质数据、动画数据、网格数据、节点树数据及贴图数据的多种细节数据；压缩子模块，用于根据原始模型数据的分类，采用基于电网业务业务特征的压缩感知算法对所述细节数据进行压缩抽样，生成所述离散模型数据。
7.根据权利要求5所述的三维仿真模型构建系统，其特征在于，所述信息数据库构建模块中的所述属性信息至少包括：地理位置信息、运行状态信息及设备编号信息。
8.根据权利要求5所述的三维仿真模型构建系统，其特征在于，还包括：组态编辑模块，用于当所述变电站的原始数据发生变化时，根据所述原始模型数据的变化信息，修改所述组态封装中的离散模型数据。
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