CN108345709A - 变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示方法及装置，该方法包括：根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；根据展示案例收集现场素材，并根据现场素材使用特定的三维建模软件来建立规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；将变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及利用虚拟现实显示设备在虚拟现实仿真展示平台上进行针对展示案例的安全措施仿真展示。由此，基于VR技术，高效地完成各种作业流程培训。

Description

变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示方法及装置

技术领域

本发明属于虚拟现实技术应用和变电站仿真培训领域，特别涉及一种变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示方法及装置。

背景技术

在常规变电站中，电流回路是继电保护最重要的二次回路之一。若在电流回路的作业过程中存在误碰或误接线，则极易引起保护误动作，从而影响电网的稳定运行或导致负荷损失。例如，仅在2016年，南方电网范围内就发生了三起在电流回路的安全措施不足的情况下、由于电流回路作业的误碰或误接线而导致的500kV保护误动作事件。因此，研究电流回路的作业安全措施并开发其示范课件对减少保护误动作的次数、保障电网的安全稳定运行具有重要意义。

发明内容

基于虚拟现实(virtual reality，VR)的电流回路作业培训系统可以真实模拟现场作业环境，受训人员能够在没有任何危险的情况下，高效地完成各种作业流程的培训，而且这种培训方式具有信息容量大、多向演示、模拟生动和身临其境等显著特征。这是有限空间、有限时间的其它传统培训方式无法比拟的，其可以大大缩短培训时间，节省培训费用，对减少保护误动作次数、提高电网的安全稳定运行能力将起到重要作用。

有鉴于此，为了提高对继电保护及安自工作人员进行变电站的电流回路安全措施培训的效率，本发明公开了一种基于VR的变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示方法及装置。

根据本发明的一方面，提供了一种变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示方法，包括：根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；根据所确定的展示案例收集现场素材，并根据所收集的现场素材使用特定的三维建模软件来建立所述规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；将所建立的变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于所述变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及利用虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例，包括：对所述变电站的各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类，并总结各分类的电流回路中的典型误开路、误碰和误接线操作类型；研究针对所述典型误开路、误碰和误接线操作类型的规范化电流回路作业的安全措施；以及根据所述规范化电流回路作业的安全措施来确定所述展示案例。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，基于所述变电站三维模型来实现所述加载场景和场景资源管理功能，包括：基于所述Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件；在所述工程文件的工程文件夹目录下创建特定文件夹，并将所述变电站三维模型相关的资源文件放入所述特定文件夹中；以及采用特定语言进行脚本开发，动态加载所述变电站三维模型，生成场景，并在所述工程文件夹下对场景资源实施管理。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，基于所述变电站三维模型来实现所述场景立体显示及实时渲染功能，包括：在所述工程文件夹下加入Steam VR插件的资源文件夹，将所述Steam VR插件的相机预制体作为主相机拖入场景中，并修改所述相机预制体的相关参数；以及利用虚拟现实显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，来追踪所述虚拟现实显示设备的佩戴者所处的物理位置，以达到仿真展示时的场地自动适应，并得到动作捕捉区域。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，基于所述变电站三维模型来实现所述与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能，包括：在所述工程文件夹下加入VRTK插件的资源文件夹，将所述VRTK插件的脚本功能与场景中的模型关联，以实现与所述虚拟现实硬件交互设备的交互功能。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，基于所述变电站三维模型来实现所述安全措施示范流程的仿真展示功能，包括：使用所述VRTK插件中的VRTK_CrntrollerTooltips脚本来在场景中添加流程文字说明以及在场景中添加主菜单模型；以及将该场景绑定在所述主相机上，并通过控制脚本的执行顺序来生成所述变电站的电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示，包括：在学习模式和考试模式这两种模式下，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，在学习模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作中的任意操作：查看针对所述展示案例的安全措施仿真展示的整个过程；按照步骤提示，通过所述虚拟现实硬件交互设备进行针对当前步骤的交互操作；以及在任何当前步骤中，通过按下所述虚拟现实硬件交互设备的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并按下所述虚拟现实硬件交互设备选取主菜单中的返回上一步来实现返回上一步骤的流程、或者按下所述虚拟现实硬件交互设备上的复位按钮来实现重新开始流程。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，在考试模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作：通过所述虚拟现实硬件交互设备进入所述虚拟现实仿真展示平台上的任意场景；通过所述虚拟现实硬件交互设备在任意场景中进行交互操作；以及将所有操作生成操作记录保存在文档中。

根据本发明的另一方面，提供了一种变电站电流回路作业的安全措施示范仿真展示装置，包括：展示案例确定单元，用于根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；变电站三维模型建立单元，用于根据所确定的展示案例收集现场素材，并根据所收集的现场素材使用特定的三维建模软件来建立所述规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；变电站三维模型导入和功能实现单元，用于将所建立的变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于所述变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及变电站电流回路作业安全措施仿真展示单元，用于利用虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述展示案例确定单元用于：对所述变电站的各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类，并总结各分类的电流回路中的典型误开路、误碰和误接线操作类型；研究针对所述典型误开路、误碰和误接线操作类型的规范化电流回路作业的安全措施；以及根据所述规范化电流回路作业的安全措施来确定所述展示案例。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元用于：基于所述Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件；在所述工程文件的工程文件夹目录下创建特定文件夹，并将所述变电站三维模型相关的资源文件放入所述特定文件夹中；以及采用特定语言进行脚本开发，动态加载所述变电站三维模型，生成场景，并在所述工程文件夹下对场景资源实施管理。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元还用于：在所述工程文件夹下加入Steam VR插件的资源文件夹，将所述Steam VR插件的相机预制体作为主相机拖入场景中，并修改所述相机预制体的相关参数；以及利用虚拟现实显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，来追踪所述虚拟现实显示设备的佩戴者所处的物理位置，以达到仿真展示时的场地自动适应，并得到动作捕捉区域。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元还用于：在所述工程文件夹下加入VRTK插件的资源文件夹，将所述VRTK插件的脚本功能与场景中的模型关联，以实现与所述虚拟现实硬件交互设备的交互功能。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元还用于：使用所述VRTK插件中的VRTK_Crntroller Tooltips脚本来在场景中添加流程文字说明以及在场景中添加主菜单模型；以及将该场景绑定在所述主相机上，并通过控制脚本的执行顺序来生成所述变电站的电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，变电站电流回路作业安全措施仿真展示单元用于：

在学习模式和考试模式这两种模式下，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，在学习模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作中的任意操作：查看针对所述展示案例的安全措施仿真展示的整个过程；按照步骤提示，通过所述虚拟现实硬件交互设备进行针对当前步骤的交互操作；以及在任何当前步骤中，通过按下所述虚拟现实硬件交互设备的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并按下所述虚拟现实硬件交互设备选取主菜单中的返回上一步来实现返回上一步骤的流程、或者按下所述虚拟现实硬件交互设备上的复位按钮来实现重新开始流程。

对于上述装置，在一种可能的实现方式中，在考试模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作：通过所述虚拟现实硬件交互设备进入所述虚拟现实仿真展示平台上的任意场景；通过所述虚拟现实硬件交互设备在任意场景中进行交互操作；以及将所有操作生成操作记录保存在文档中。

根据本发明实施例的安全措施仿真展示方法及装置，基于VR技术，创建变电站电流回路作业培训仿真平台，可以真实模拟现场作业环境，从而使得受训人员能够在没有任何危险的情况下，高效地完成各种作业流程的培训。并且，这种培训方式具有信息容量大、多向演示、模拟生动、身临其境等显著特征，这是有限空间、有限时间的其它传统培训方式无法比拟的。此外，该安全措施仿真展示方法装置可以大大缩短培训时间，节省培训费用，这对减少保护误动作次数、提高电网安全稳定运行能力将起到重要作用。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出根据本发明一实施例的变电站电流回路作业的安全措施仿真展示方法的流程图。

图2示出根据本发明的另一实施例的变电站电流回路作业的安全措施仿真展示方法的示意图。

图3示出根据本发明一实施例的变电站电流回路作业的安全措施仿真展示装置的结构框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

以下通过实施例对本发明进行进一步说明和描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1示出根据本发明一实施例的安全措施仿真展示方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

S100、根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；

S110、根据所确定的展示案例收集现场素材，并根据所收集的现场素材使用特定的三维建模软件来建立所述规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；

S120、将所建立的变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于所述变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及

S130、利用虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

对于上述步骤S100，在一种可能的实现方式中，可以首先对各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类。然后，针对不同类型的电流回路作业，分析作业过程中存在的风险。接着，详细总结这些电流回路作业中的典型误碰和误接线类型，并研究规范化电流回路作业的安全措施，最终选取典型案例来进行仿真展示。例如，可以选择500kV变电站的母差保护不停电定检的安全措施作为典型示例来进行展示。

对于上述步骤S110，根据所选择的典型案例的需要，可以收集现场素材，包括设备图纸等三维参数、现场拍摄照片、视频等素材。然后，根据所收集的这些现场素材，使用特定的三维建模软件针对该典型案例来建立规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型。例如，针对500kV变电站的母差保护不停电定检的安全措施，需要收集母差保护间隔的详细图纸和操作柜内设备的照片素材，并利用三维建模软件制作与现场1:1的500kV变电站三维模型。

对于上述步骤S120，基于Unity3D虚拟现实引擎，生成虚拟现实仿真展示平台，然后将步骤S110中所建立的变电站三维模型导入该平台，并加载场景。接着，实现场景资源管理、场景的立体显示及实时渲染、以及与VR硬件交互设备的交互功能，并生成变电站电流回路的安全措施示范仿真展示流程。即，在VR仿真展示平台上，需实现以下功能：加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与VR硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能。

对于上述步骤S120，在一种可能的实现方式中，基于变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能主要包括以下步骤：

基于所述Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件；

在所述工程文件的工程文件夹目录下创建特定文件夹，并将所述变电站三维模型相关的资源文件放入所述特定文件夹中；以及

采用特定语言进行脚本开发，以动态加载所述变电站三维模型，生成场景，并在所述工程文件夹下对场景资源实施管理。

具体而言，首先，基于Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件，并在工程文件夹Asset目录下创建一个名为Resources的文件夹。这些文件夹的命名方式是Unity3D虚拟现实引擎规定的方式，须严格遵守。命名格式可以包括英文字符的格式和复数形式。然后，将步骤S110中所选择的变电站三维模型相关的资源文件放入Resources文件夹。接着，采用例如C#语言进行脚本开发，从而动态加载变电站三维模型，生成场景，并在工程文件夹Asset下对场景资源实施管理。

对于上述步骤S120，在一种可能的实现方式中，基于变电站三维模型来实现场景立体显示及实时渲染功能主要包括以下步骤：

在所述工程文件夹下加入Steam VR插件的资源文件夹，将所述Steam VR插件的相机预制体作为主相机拖入场景中，并修改所述相机预制体的相关参数；以及

利用虚拟现实显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，来追踪所述虚拟现实显示设备的佩戴者所处的物理位置，以达到仿真展示时的场地自动适应，并得到动作捕捉区域。

具体而言，首先，在工程文件夹Asset下加入Steam VR插件的资源文件夹，然后将Steam VR插件的相机预制体CameraRig作为主相机拖入场景中，并修改CameraRig的相关参数。接着，结合VR显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，可以精确定位头部旋转，依靠一对Steam VR基站来追踪佩戴者所处的物理位置，这样就可以实现受训人员以第一人称看到VR头盔里面的内容，达到仿真展示时的场地自动适应，并得到准确的动作捕捉区域。在本发明中，例如采用HTC VIVE虚拟现实头盔作为与上述展示方法对应的虚拟现实显示设备。然而，本发明不限于此，并且可以采用任意的虚拟现实显示设备，只要该虚拟现实显示设备能够与VR仿真展示平台相结合地实现上述展示方法即可。

对于上述步骤S120，在一种可能的实现方式中，基于所述变电站三维模型来实现与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能，包括：

在所述工程文件夹下加入VRTK插件的资源文件夹，将所述VRTK插件的脚本功能与场景中的模型关联，以实现与所述虚拟现实显示设备的虚拟现实硬件交互设备的交互功能。

具体而言，首先，在工程文件夹Asset下加入VRTK插件的资源文件夹。然后，将VRTK插件中的脚本功能与场景中的模型关联，从而实现交互功能。其中，例如VR显示设备为HTCVIVE的虚拟现实头盔，则VR硬件交互设备通常是指HTC VIVE的左右手柄。

对于上述步骤S120，在一种可能的实现方式中，基于所述变电站三维模型来实现所述安全措施示范流程的仿真展示功能，包括：

使用所述VRTK插件中的VRTK_Crntroller Tooltips脚本来在场景中添加流程文字说明以及在场景中添加主菜单模型；以及

将该场景绑定在所述主相机上，并通过控制脚本的执行顺序来生成所述变电站的电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

对于上述步骤S130，在一种可能的实现方式中，步骤S130主要包括以下步骤：

在学习模式和考试模式这两种模式下，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

在一种可能的实现方式中，在学习模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作中的任意操作：

查看针对所述展示案例的安全措施仿真展示的整个过程；

按照步骤提示，通过所述虚拟现实硬件交互设备进行针对当前步骤的交互操作；以及

在任何当前步骤中，通过按下所述虚拟现实硬件交互设备的定位/操作选择按钮，调出主菜单，然后按下所述虚拟现实硬件交互设备选取主菜单中的返回上一步来实现返回上一步骤的流程、或者按下所述虚拟现实硬件交互设备上的复位按钮来实现重新开始流程。

具体而言，在学习模式下，受训者(虚拟现实显示设备的佩戴者)例如可通过HTCVIVE虚拟现实头盔查看整个VR仿真展示过程，也可严格按照步骤提示、通过HTC VIVE手柄进行当前步骤的交互操作。此外，在任何当前步骤均可通过按下HTC VIVE手柄的定位/操作选择按钮来调出主菜单，然后操作HTC VIVE手柄的定位/操作选择扳手选取主菜单中的返回上一步来实现流程返回上一步骤，或者按下HTC VIVE手柄上的复位按钮来实现重新开始流程。

在一种可能的实现方式中，在考试模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作：

通过所述虚拟现实硬件交互设备进入所述虚拟现实仿真展示平台上的任意场景；

通过所述虚拟现实硬件交互设备在任意场景中进行交互操作；以及

将所有操作生成操作记录保存在文档中。

具体而言，在考试模式下，受训者例如可通过HTC VIVE虚拟现实头盔在VR仿真场景中任意漫游，并通过HTC VIVE手柄进行设备的交互操作，然后可以将所有操作生成操作记录而保存在文档中。

此外，可以通过按下HTC VIVE手柄的定位/操作选择按钮来调出主菜单，然后通过操作HTC VIVE手柄的定位/操作选择扳手选取主菜单中的两种模式按钮，可以进入不同的操作模式。

根据本发明实施例的安全措施仿真展示方法，详细总结电流回路典型误碰和误接线类型，研究规范化的电流回路作业安全措施，选取典型案例并针对典型案例进行现场收资，然后搭建基于Unity3D的VR仿真展示平台，从而真实模拟现场作业环境。这样，可以使得受训人员能够在没有任何危险的情况下，高效地完成各种规范化的电流回路作业的安全措施流程的培训。

根据本发明实施例的安全措施仿真展示方法，基于VR技术，创建变电站电流回路作业培训仿真平台，可以真实模拟现场作业环境，从而使得受训人员能够在没有任何危险的情况下，高效地完成各种作业流程的培训。并且，这种培训方式具有信息容量大、多向演示、模拟生动、身临其境等显著特征，这是有限空间、有限时间的其它传统培训方式无法比拟的。此外，该安全措施仿真展示方法可以大大缩短培训时间，节省培训费用，这对减少保护误动作次数、提高电网安全稳定运行能力将起到重要作用。

图2示出根据本发明的另一实施例的安全措施仿真展示方法的示意图。

如图2所示，本实施例提出一种基于VR的变电站电流回路安全措施示范仿真展示方法，其具体步骤详细阐述如下。

步骤1：对各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类。针对不同类型的电流回路作业，分析作业过程中存在的风险。然后，详细总结电流回路典型误开路、误碰和误接线等“三误”操作类型，研究规范化的电流回路作业安全措施，最终选取500kV变电站母差保护不停电定检的安全措施来做示范仿真展示。

步骤2：收集500kV变电站设备素材，包括设备图纸等三维参数、现场拍摄照片、视频等素材。其中需要收集母差保护间隔的详细图纸和操作柜内设备照片素材，并利用三维建模软件制作与现场1:1的500kV变电站三维模型。其中这些三维模型包括：场地环境模型、作为精细模型的母差保护间隔模型、其他间隔设备模型和工具室中的安全工器具等设备模型等。

步骤3：基于Unity3D虚拟现实引擎，生成VR仿真展示平台，将500kV变电站三维模型导入平台、生成场景，实现场景的立体显示及实时渲染功能以及与VR硬件交互设备的交互功能，并生成500kV变电站母差保护不停电定检的安全措施示范仿真展示流程。

对于上述步骤3，其具体可以包括如下步骤。

步骤3.1：基于Unity3D虚拟现实引擎创建新的工程文件，在工程文件夹Asset目录下创建一个名为Resources的文件夹，把500kV变电站三维模型相关的资源文件(包括模型文件和材质贴图文件等)，放入Resources文件夹。然后采用C#语言进行脚本开发，实现变电站三维模型的动态加载，并生成场景，并且在工程文件夹Asset下对场景资源实施管理。

步骤3.2：实现场景的立体显示及实时渲染，例如采用HTC VIVE虚拟现实头盔，在工程文件夹Asset下加入Steam VR插件资源文件夹，将Steam VR插件的相机预制体CameraRig作为主相机拖入主场景中，修改CameraRig的相关参数设置，并结合HTC VIVE虚拟现实头盔的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，精确定位头部旋转，依靠一对Steam VR基站来追踪佩戴者所处的物理位置(立体显示相机设置和位置跟踪)。这样，该功能可以不限于展示场地的大小，并且HTC VIVE虚拟现实头盔可达到场地自动适应，并得到准确的动作捕捉区域。

步骤3.3：在工程文件夹Asset下加入VRTK插件的资源文件夹，然后将VRTK的脚本功能与场景中的模型关联，实现与VR硬件交互设备的人机交互功能。即，使用HTC VIVE的左右手柄，控制场景中的快速漫游和设备操作(主要包括主菜单的显示隐藏、主菜单按钮的选取和响应、射线定位漫游、场景设备操作以及操作后的状态设置等)；

步骤3.4：生成变电站的电流回路安全措施示范仿真展示流程。具体而言，例如，使用VRTK的VRTK_Crntroller Tooltips脚本来实现在场景中添加流程的文字说明以及在场景中添加主菜单模型，并将该场景绑定在主相机上。然后，通过控制脚本的执行顺序来生成变电站电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

该流程(设备故障再现)主要包括以下步骤。

步骤3.4.1：可以在进入变电站现场前，去工具室选取所需的安全工具器，包括绝缘靴、绝缘手套、安全帽、绝缘垫、专用短接线、钳形电流表和绝缘垫等工具。

步骤3.4.2：在场景定位在母差保护屏柜模型之前，激活绝缘垫的状态动画播放脚本，实现在母差保护屏前铺好绝缘垫的展示。

步骤3.4.3：利用HTC VIVE手柄射线选中母差保护屏柜门，扳动定位/操作选择扳手，然后触发柜门的动画播放脚本，并触发开门动画。在柜门完全打开后，针对拟施加采样间隔的电流回路中的靠近电流互感器侧的端子模型，使用专用短接线，然后按装置端子n-c-b-a的顺序进行短接操作。通过扳动定位/操作选择扳手，实现专用短接线模型的定点位移。

步骤3.4.4：实现钳形电流表的测量功能。具体而言，使用钳形电流表进行测量，查看装置电流采样值，然后确认电流已可靠短接后，按照装置端子a-b-c-n的顺序依次使用手柄上的定位/操作选择扳手，触发连接片的打开脚本的执行，从而播放脚本打开动画。

步骤3.4.5：通过手柄定位/操作选择按钮，触发短接的电流回路端子的关联菜单，并选取安全措施选项绝缘胶布密封，并实现在短接的电流回路端子处显示密封的绝缘胶布的功能。同样，在关联菜单上选择标记“至运行间隔，勿动”，以给短接电流回路端子添加警告标记。

步骤3.4.6：逆向重复以上五个步骤，恢复电流回路安全措施，使场景定位在初始界面。

步骤4：完成学习和考试两种模式下的VR仿真展示。

具体而言，通过按下HTC VIVE手柄的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并操作HTC VIVE手柄的定位/操作选择扳手，以选取主菜单中的两种模式按钮，从而进入不同的操作模式。

其中，在学习模式下，受训者可通过HTC VIVE虚拟现实头盔查看整个VR仿真展示过程，也可严格按照步骤提示、通过HTC VIVE手柄进行当前步骤的交互操作。此外，在任何当前步骤均可通过按下HTC VIVE手柄的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并操作HTCVIVE手柄的定位/操作选择扳手选取主菜单中的返回上一步来实现流程返回上一步骤，或者按下HTC VIVE手柄上的复位按钮来实现重新开始流程。这样，受训者可通过反复的练习，强化对正确安全措施流程的记忆，进而提高培训效果。

在考试模式下，受训者可通过HTC VIVE虚拟现实头盔在VR仿真场景中任意漫游，通过HTC VIVE手柄进行设备的交互操作，所有操作可生成操作记录保存在文档中。这样，所生成的文档可以供教员评判也可供学员自查。

以上显示和描述了本发明的技术方法、主要特征以及优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的技术方法原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，还可以对本发明进行各种修改和改进，这些修改和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

图3示出根据本发明一实施例的变电站电流回路作业的安全措施仿真展示装置的结构框图。如图3所示，变电站电流回路作业的安全措施仿真展示装置1包括：展示案例确定单元10，用于根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；变电站三维模型建立单元11，用于根据所确定的展示案例收集现场素材，并根据所收集的现场素材使用特定的三维建模软件来建立所述规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；变电站三维模型导入和功能实现单元12，用于将所建立的变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于所述变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及变电站电流回路作业安全措施仿真展示单元13，用于利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

上述变电站电流回路作业的安全措施仿真展示装置1的各单元的功能的具体实现详见上述实施例中的相应步骤所述，这里不再进行详细说明。

在一种可能的实现方式中，所述展示案例确定单元10用于：

对所述变电站的各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类，并总结各分类的电流回路中的典型误开路、误碰和误接线操作类型；

研究针对所述典型误开路、误碰和误接线操作类型的规范化电流回路作业的安全措施；以及

根据所述规范化电流回路作业的安全措施来确定所述展示案例。

在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元12用于：

基于所述Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件；

在所述工程文件的工程文件夹目录下创建特定文件夹，并将所述变电站三维模型相关的资源文件放入所述特定文件夹中；以及

采用特定语言进行脚本开发，动态加载所述变电站三维模型，生成场景，并在所述工程文件夹下对场景资源实施管理。

在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元12还用于：

在所述工程文件夹下加入Steam VR插件的资源文件夹，将所述Steam VR插件的相机预制体作为主相机拖入场景中，并修改所述相机预制体的相关参数；以及

利用虚拟现实显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，来追踪所述虚拟现实显示设备的佩戴者所处的物理位置，以达到仿真展示时的场地自动适应，并得到动作捕捉区域。

在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元12还用于：

在所述工程文件夹下加入VRTK插件的资源文件夹，将所述VRTK插件的脚本功能与场景中的模型关联，以实现与所述虚拟现实硬件交互设备的交互功能。

在一种可能的实现方式中，所述变电站三维模型导入和功能实现单元12还用于：

使用所述VRTK插件中的VRTK_Crntroller Tooltips脚本来在场景中添加流程文字说明以及在场景中添加主菜单模型；以及

将该场景绑定在所述主相机上，并通过控制脚本的执行顺序来生成所述变电站的电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

在一种可能的实现方式中，变电站电流回路作业安全措施仿真展示单元13用于：

在学习模式和考试模式这两种模式下，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

在一种可能的实现方式中，在学习模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作中的任意操作：

查看针对所述展示案例的安全措施仿真展示的整个过程；

按照步骤提示，通过所述虚拟现实硬件交互设备进行针对当前步骤的交互操作；以及

在任何当前步骤中，通过按下所述虚拟现实硬件交互设备的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并按下所述虚拟现实硬件交互设备选取主菜单中的返回上一步来实现返回上一步骤的流程、或者按下所述虚拟现实硬件交互设备上的复位按钮来实现重新开始流程。

在一种可能的实现方式中，在考试模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作：

通过所述虚拟现实硬件交互设备进入所述虚拟现实仿真展示平台上的任意场景；

通过所述虚拟现实硬件交互设备在任意场景中进行交互操作；以及

将所有操作生成操作记录保存在文档中。

根据本发明实施例的安全措施仿真展示装置，基于VR技术，创建变电站电流回路作业培训仿真平台，可以真实模拟现场作业环境，从而使得受训人员能够在没有任何危险的情况下，高效地完成各种作业流程的培训。并且，这种培训方式具有信息容量大、多向演示、模拟生动、身临其境等显著特征，这是有限空间、有限时间的其它传统培训方式无法比拟的。此外，该安全措施仿真展示装置可以大大缩短培训时间，节省培训费用，这对减少保护误动作次数、提高电网安全稳定运行能力将起到重要作用。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (18)

1.一种变电站电流回路作业的安全措施仿真展示方法，其特征在于，包括：

根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；

根据所确定的展示案例收集现场素材，并根据所收集的现场素材使用特定的三维建模软件来建立所述规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；

将所建立的变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于所述变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及

利用虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例，包括：

对所述变电站的各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类，并总结各分类的电流回路中的典型误开路、误碰和误接线操作类型；

研究针对所述典型误开路、误碰和误接线操作类型的规范化电流回路作业的安全措施；以及

根据所述规范化电流回路作业的安全措施来确定所述展示案例。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述变电站三维模型来实现所述加载场景和场景资源管理功能，包括：

基于所述Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件；

在所述工程文件的工程文件夹目录下创建特定文件夹，并将所述变电站三维模型相关的资源文件放入所述特定文件夹中；以及

采用特定语言进行脚本开发，动态加载所述变电站三维模型，生成场景，并在所述工程文件夹下对场景资源实施管理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述变电站三维模型来实现所述场景立体显示及实时渲染功能，包括：

在所述工程文件夹下加入Steam VR插件的资源文件夹，将所述Steam VR插件的相机预制体作为主相机拖入场景中，并修改所述相机预制体的相关参数；以及

利用虚拟现实显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，来追踪所述虚拟现实显示设备的佩戴者所处的物理位置，以达到仿真展示时的场地自动适应，并得到动作捕捉区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述变电站三维模型来实现所述与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能，包括：

在所述工程文件夹下加入VRTK插件的资源文件夹，将所述VRTK插件的脚本功能与场景中的模型关联，以实现与所述虚拟现实硬件交互设备的交互功能。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述变电站三维模型来实现所述安全措施示范流程的仿真展示功能，包括：

使用所述VRTK插件中的VRTK_Crntroller Tooltips脚本来在场景中添加流程文字说明以及在场景中添加主菜单模型；以及

将该场景绑定在所述主相机上，并通过控制脚本的执行顺序来生成所述变电站的电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示，包括：

在学习模式和考试模式这两种模式下，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在学习模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作中的任意操作：

查看针对所述展示案例的安全措施仿真展示的整个过程；

按照步骤提示，通过所述虚拟现实硬件交互设备进行针对当前步骤的交互操作；以及

在任何当前步骤中，通过按下所述虚拟现实硬件交互设备的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并按下所述虚拟现实硬件交互设备选取主菜单中的返回上一步来实现返回上一步骤的流程、或者按下所述虚拟现实硬件交互设备上的复位按钮来实现重新开始流程。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在考试模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作：

通过所述虚拟现实硬件交互设备进入所述虚拟现实仿真展示平台上的任意场景；

通过所述虚拟现实硬件交互设备在任意场景中进行交互操作；以及

将所有操作生成操作记录保存在文档中。

10.一种变电站电流回路作业的安全措施仿真展示装置，其特征在于，包括：

展示案例确定单元，用于根据变电站的规范化电流回路作业的安全措施来确定展示案例；

变电站三维模型建立单元，用于根据所确定的展示案例收集现场素材，并根据所收集的现场素材使用特定的三维建模软件来建立所述规范化电流回路作业的全过程所需的变电站三维模型；

变电站三维模型导入和功能实现单元，用于将所建立的变电站三维模型导入基于Unity3D虚拟现实引擎所生成的虚拟现实仿真展示平台，并基于所述变电站三维模型来实现加载场景和场景资源管理功能、场景立体显示及实时渲染功能、与虚拟现实硬件交互设备的人机交互功能、以及安全措施示范流程的仿真展示功能；以及

变电站电流回路作业安全措施仿真展示单元，用于利用虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述展示案例确定单元用于：

对所述变电站的各专业工作中涉及电流回路的工作进行统计分类，并总结各分类的电流回路中的典型误开路、误碰和误接线操作类型；

研究针对所述典型误开路、误碰和误接线操作类型的规范化电流回路作业的安全措施；以及

根据所述规范化电流回路作业的安全措施来确定所述展示案例。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述变电站三维模型导入和功能实现单元用于：

基于所述Unity3D虚拟现实引擎创建工程文件；

在所述工程文件的工程文件夹目录下创建特定文件夹，并将所述变电站三维模型相关的资源文件放入所述特定文件夹中；以及

采用特定语言进行脚本开发，动态加载所述变电站三维模型，生成场景，并在所述工程文件夹下对场景资源实施管理。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述变电站三维模型导入和功能实现单元还用于：

在所述工程文件夹下加入Steam VR插件的资源文件夹，将所述Steam VR插件的相机预制体作为主相机拖入场景中，并修改所述相机预制体的相关参数；以及

利用虚拟现实显示设备的陀螺仪传感器、加速度计和激光定位传感器，来追踪所述虚拟现实显示设备的佩戴者所处的物理位置，以达到仿真展示时的场地自动适应，并得到动作捕捉区域。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述变电站三维模型导入和功能实现单元还用于：

在所述工程文件夹下加入VRTK插件的资源文件夹，将所述VRTK插件的脚本功能与场景中的模型关联，以实现与所述虚拟现实硬件交互设备的交互功能。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述变电站三维模型导入和功能实现单元还用于：

使用所述VRTK插件中的VRTK_Crntroller Tooltips脚本来在场景中添加流程文字说明以及在场景中添加主菜单模型；以及

将该场景绑定在所述主相机上，并通过控制脚本的执行顺序来生成所述变电站的电流回路的安全措施示范仿真展示流程。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，变电站电流回路作业安全措施仿真展示单元用于：

在学习模式和考试模式这两种模式下，利用所述虚拟现实显示设备在所述虚拟现实仿真展示平台上进行针对所述展示案例的安全措施仿真展示。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，在学习模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作中的任意操作：

查看针对所述展示案例的安全措施仿真展示的整个过程；

按照步骤提示，通过所述虚拟现实硬件交互设备进行针对当前步骤的交互操作；以及

在任何当前步骤中，通过按下所述虚拟现实硬件交互设备的定位/操作选择按钮来调出主菜单，并按下所述虚拟现实硬件交互设备选取主菜单中的返回上一步来实现返回上一步骤的流程、或者按下所述虚拟现实硬件交互设备上的复位按钮来实现重新开始流程。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在考试模式下，所述虚拟现实显示设备的佩戴者能够进行以下操作：

通过所述虚拟现实硬件交互设备进入所述虚拟现实仿真展示平台上的任意场景；

通过所述虚拟现实硬件交互设备在任意场景中进行交互操作；以及

将所有操作生成操作记录保存在文档中。