CN109542226A - 基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统和模拟方法 - Google Patents
基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统和模拟方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，该系统包含：主控机，其对10kV高压计量柜设备和场景进行建模为10kV高压计量柜设备和场景显示信息；虚拟现实显示设备接收主控机数据处理模块输出的10kV高压计量柜设备和场景显示信息；虚拟现实操作设备接收操作员动态操作信息传输至数据处理模块，实现交互；评价终端，接收操作员动态操作信息和10kV高压计量柜设备和场景显示，反馈评价信息。本发明根据计量柜的主要验收项目与设备验收标准，建立场景模型，对计量柜进行等比还原，模拟设备检测场景，更改计量装置规格与监测指标模拟真实场景，便于学员进行仿真性学习，掌握计量柜验收的流程和技巧。
Description
技术领域
本发明涉及仿真技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统和模拟方法。
背景技术
目前高压电力设备的计量柜验收主要是基于实物进行的，一方面高压会导致技术检测存在危险性，并且无法记录操作者的每一步操作是否都符合规范，另一方面，实物无法模拟多种故障。而将VR技术应用于用电检查人员的计量柜竣工验收培训，对用户站计量柜进行全景高精度建模，建立虚拟世界与真实现场的数据通道，实现现场设备的实时监测和远程遥控。在研发应用中可带动信息采集、展示、交互、分析等全方位的技术升级，提高整个产业链的智能化、精益化水平，并实现运营管理模式推广与技术装备产品输出。
在实际验收工作中，计量柜验收会遇到很多问题，如本体、互感器、电缆安装不规范，这些在培训中都难以用实物搭建，却非常适合用VR来表现。
发明内容
本发明提供一种基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统和模拟方法，仿真10kV高压计量柜竣工验收操作，提高操作安全性和培训效果。
为实现上述目的，本发明提供一种基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，其特点是，该系统包含：
主控机，其包含建模模块、模型数据库和数据处理模块，建模模块根据预设信息对10kV高压计量柜设备和场景进行建模存储于模型数据库，数据处理模块调取模型数据库中建模数据转为10kV高压计量柜设备和场景显示信息；
虚拟现实显示设备，其连接主控机，接收主控机数据处理模块输出的10kV高压计量柜设备和场景显示信息，并输出给操作员；
虚拟现实操作设备，其连接主控机，接收操作员动态操作信息传输至数据处理模块，数据处理模块将用户动态操作信息反馈入10kV高压计量柜设备和场景显示信息；
评价终端，其连接主控机，接收操作员动态操作信息和10kV高压计量柜设备和场景显示，反馈评价信息。
上述虚拟现实操作设备包含：数据手套、跟踪球、三维探针、操作手柄、肢体动作捕捉装置、三维鼠标器及三维操作杆。
上述所述主控机的建模模块利用3Dmax工具对10kV高压计量柜设备和场景进行三维可视化建模。
上述虚拟现实显示设备为VR头盔、或VR眼镜。
一种上述基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的模拟方法，其特点是，该方法包含：
主控机建模模块基于预设信息对10kV高压计量柜设备和场景进行建模，存储于3D模型数据库，通过数据处理模块输出至虚拟现实显示设备显示；
主控机数据处理模块接收虚拟现实操作设备上传的操作员动态操作信息，实时反馈至10kV高压计量柜设备和场景显示信息中，实现操作员与虚拟的10kV高压计量柜设备和场景交互；
培训模式下进行10kV高压计量柜模拟操作流程，评价终端针对10kV高压计量柜模拟操作流程中的操作员动态操作信息进行判断，若操作错误则将错误信息实时通过虚拟现实显示设备反馈给操作员；
考核模式下进行10kV高压计量柜模拟操作流程，评价终端针对10kV高压计量柜模拟操作流程中的操作员动态操作信息进行判断，待10kV高压计量柜模拟操作流程完成后，基于评价终端对操作员动态操作信息的判断反馈考核信息。
上述10kV高压计量柜模拟操作流程开始前，进行虚拟现实交互练习。
上述评价终端中预设有用于与10kV高压计量柜模拟操作流程比对的标准流程数据。
上述错误信息包含提示告警信号和标准流程数据中的标准操作说明。
上述10kV高压计量柜模拟操作流程包含落下闸门切断电源模拟操作、打开柜门模拟操作和重新接通电源模拟操作。
上述考核模式下，评价终端分别对单次10kV高压计量柜模拟操作流程进行计时，当计时达到预设时间阈值，则结束本次考核。
本发明基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统和模拟方法和现有技术相比，其优点在于，本发明根据计量柜的主要验收项目与设备验收标准，建立场景模型，对计量柜进行等比还原，模拟设备检测场景，更改计量装置规格与监测指标模拟真实场景，学员以第一人称视角进行仿真性学习，掌握计量柜验收的流程和技巧；
本发明通过手柄可以对计量柜进行操作，如打开关闭柜门，启动停止计量装置等，所有部件、设备和工具都采用3Dmax建模，通过程序设计实现动态数据变化和多种检测方法，多媒体交互性能够充分发挥学员的主体作用，利用该系统进行仿真模拟实训，能够熟悉计量柜的各个部件，能够对计量柜安装接线常见问题现场学习、培养学生的故障诊断能力，提升岗位技能；
本发明电力安全生产、安全作业的理念文化具体到VR中，将安全生产警示教育虚拟和具体化，让学员在最逼真的虚拟场景，体验最常用的电力操作，模拟最严重的事故后果，该平台主要针对新员工、转岗员工、违章人员进行培训，达到警示、教育的目的。
附图说明
图1为本发明基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的结构框架图；
图2为本发明基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的原理图；
图3为本发明基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的建模显示的场景。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
本发明公开了三相三线配电室进线柜仿真展示与技术要点培训领域，发明项目根据计量柜的主要验收项目与设备验收标准，建立场景模型，对计量柜进行等比还原，模拟设备检测场景，更改计量装置规格与监测指标模拟真实场景，学员以第一人称视角进行仿真性学习，掌握计量柜验收的流程和技巧，应用于电力培训中心岗前人员的岗前培训及上岗考核。
如图1所示，公开了一种基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，该系统包含：主控机110、虚拟现实显示设备120、虚拟现实操作设备130和评价终端140。
主控机110包含建模模块111、模型数据库112和数据处理模块113。
建模模块111根据预设信息，利用3Dmax工具对10kV高压计量柜设备和场景进行三维可视化建模，存储于模型数据库112，数据处理模块113调取模型数据库112中建模数据转为10kV高压计量柜设备和场景显示信息，并接收用户动态操作信息反馈入10kV高压计量柜设备和场景显示信息。
虚拟现实显示设备120连接主控机110，接收主控机110数据处理模块113输出的10kV高压计量柜设备和场景显示信息，并输出给操作员.
虚拟现实操作设备130连接主控机110，接收操作员动态操作信息传输至数据处理模块113，数据处理模块113将用户动态操作信息反馈入10kV高压计量柜设备和场景显示信息。
评价终端114连接主控机110，接收操作员动态操作信息和10kV高压计量柜设备和场景显示，评价终端中预设有用于与10kV高压计量柜模拟操作流程比对的标准流程数据，根据比对结果反馈评价信息。
进一步的，虚拟现实操作设备130包含：数据手套、跟踪球、三维探针、操作手柄、肢体动作捕捉装置、三维鼠标器及三维操作杆。
进一步的，虚拟现实显示设备120为VR头盔、或VR眼镜。
如图2所示，基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的原理上分为客户层、服务端应用层和数据层。解决方案硬件部分应用HTC VIVE虚拟现实智能头盔，软件系统部分使用Unity3D开发引擎进行开发，系统中模型通过现场采景，进行1比1真实三维建模，并在开发引擎中进行场景整合与逻辑实现，添加VR渲染效果与交互模式，最终整合成整体系统。Unity3D技术可实现模型库构件、多交互式仿真技术应用和只能动态研判分析，这是实现计量柜竣工验收VR系统的基础。三维模型以申请人10kV典型配电实训室为基础，进行真实还原，其中对于计量柜的内外部结构还进行了全体还原，多交互式仿真技术应用，实现了场景的渲染，实现了学员和仿真场景之间的互动。系统中整合了VR操作模式教学、计量柜部件说明、计量柜开闭操作模拟、验收要点展示、验收考核模拟等功能。
本发明还公开了一种适用于基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的模拟方法，该方法具体包含：
主控机建模模块基于预设信息对10kV高压计量柜设备和场景进行建模，存储于3D模型数据库，通过数据处理模块输出至虚拟现实显示设备显示。建模显示的10kV高压计量柜设备和场景如图3所示。
主控机数据处理模块接收虚拟现实操作设备上传的操作员动态操作信息，实时反馈至10kV高压计量柜设备和场景显示信息中，实现操作员与虚拟的10kV高压计量柜设备和场景交互。
本基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统可以针对10kV高压计量柜模拟操作流程进行培训模式或考核模式的运作。
10kV高压计量柜模拟操作流程开始前，进行虚拟现实交互练习。实际应用包括：操作员正确佩戴好VR头盔并启动程序后，可在主界面场景中进行VR移动与手柄操作的练习。按住手柄上的圆盘键会出现一个圆环形的特效光圈，松开圆盘键将自动跳跃到光圈位置，同时用户可以通过自主行走的方式，进行小区域的移动。在主界面场景的正中央，有着主界面UI，用户可以通过手柄的扳机键选择进入培训模式或考核模式。
1)培训模式下进行10kV高压计量柜模拟操作流程，评价终端针对10kV高压计量柜模拟操作流程中的操作员动态操作信息进行判断，若操作错误则将错误信息实时通过虚拟现实显示设备反馈给操作员。
培训模式的一种实施例如下：操作员将根据UI提示，进行落下闸门切断电源，打开柜门、重新接通电源等模拟操作。操作方式完全按照真实开柜步骤进行仿真还原，如果存在操作不当的地方，系统输错误信息将提醒用户，错误信息包含提示告警信号和标准流程数据中的标准操作说明，告诉用户其错误点何在。打开柜门并从新接通电源后，设备模型将会出现蓝色特效进行标示，用户使用手柄对准模型并点击，将会出现设备的具体说明。除了主要设备所存放的下层柜门外，操作员还可在虚拟场景中自主打开进线柜的上层柜门、背面柜门，以及绝缘毯下的电缆沟进行设备观察。所有自主打开的柜门与位置都会有特效进行提示。在培训模式的任何时刻内，操作员都可以通过手柄上的侧键，进行回到主界面和退出程序操作。
2)考核模式下进行10kV高压计量柜模拟操作流程，评价终端针对10kV高压计量柜模拟操作流程中的操作员动态操作信息进行判断，待10kV高压计量柜模拟操作流程完成后，基于评价终端对操作员动态操作信息的判断反馈考核信息。其中，评价终端分别对单次10kV高压计量柜模拟操作流程进行计时，当计时达到预设时间阈值，则结束本次考核
考核模式的一种实施例如下：操作员点击开始考核后，将会出现倒计时，例如倒计时10分钟，倒计时结束后将自动提交答卷，同时提早完成答题的操作员也可以通过侧键UI进行答卷提交。操作模拟考核满分为100分，分数统计分别由4大部分进行决定，分别为切断电源、开下层门、电通电源、考点选择。模拟考核中设置了4个错误处，以及标注出4个无错误地方。操作员每选中一个错误处得10分，每选中一个无错误地方扣5分。操作员需要在无提示的情况下自主地完成切断电源、开门锁、重新接通电源操作。操作员切断完成切断电源工作可获得20分，打开下层门可获得10分，重新接通电源可获得10分。在重新接通电源前的整个过程中，操作员如果能自主打开电缆沟，发现并选中其中的积水，均可获得10分。但除电缆沟积水外的考点，在重新接通电源前均不会显示，亦不能被选中。操作员重新接通电源后，进线柜内将有7个位置出现蓝色特效亮光，其中3个位置是存在错误的，分别是电缆出线口没有封泥，电流互感器标识错误，和电压互感器接线错误。操作员需自主判定全部标示位置是否存在错误，并使用手柄进行点击选择。选中后特效亮光将会变成红色，以示区分。还有一个判别点为电缆沟有积水，该判别点与电源接通预付无关，操作员可在任何时候进行判别，但需要操作员先行打开电缆沟，特效亮光才会出现。操作员如果只接通电源，但并无判别任一判别点，则操作员只得到切断电源、开门锁、重新接通电源分数，即40分。如操作员选择了至少一处以上的判别点，则总体分数＝20(切断电源)+10(开下层面)+10(接通电源)+10x-(20–5y)，其中x为正确判断题目数，y为错误判断题目数。考核终端中设置测评系统，测评系统采用专业技能训练评估方法，根据关键指标和关键因素，建立评估体系，为操作员操作综合打分，帮助操作员了解和巩固10kV计量柜竣工验收的要点。
系统将一直实时记录用户的考核情况并换算为分数数据，在用户提交答卷后将最终所得分数显示在UI之上。在此过程中，学员只需戴上VR头盔或眼镜，即可走进用户站计量柜真实场景，排查设备隐患，实现计量柜竣工验收流程，通过反复操作，达到熟练的目的，并在工作中熟练应用，本发明适用于大客户经理、用电检查人员，同样也适用于装接人员的培训。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，其特征在于，该系统包含：
主控机，其包含建模模块、模型数据库和数据处理模块，建模模块根据预设信息对10kV高压计量柜设备和场景进行建模存储于模型数据库，数据处理模块调取模型数据库中建模数据转为10kV高压计量柜设备和场景显示信息；
虚拟现实显示设备，其连接主控机，接收主控机数据处理模块输出的10kV高压计量柜设备和场景显示信息，并输出给操作员；
虚拟现实操作设备，其连接主控机，接收操作员动态操作信息传输至数据处理模块，数据处理模块将用户动态操作信息反馈入10kV高压计量柜设备和场景显示信息；
评价终端，其连接主控机，接收操作员动态操作信息和10kV高压计量柜设备和场景显示，反馈评价信息。
2.如权利要求1所述基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，其特征在于，所述虚拟现实操作设备包含：数据手套、跟踪球、三维探针、操作手柄、肢体动作捕捉装置、三维鼠标器及三维操作杆。
3.如权利要求1所述基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，其特征在于，所述所述主控机的建模模块利用3Dmax工具对10kV高压计量柜设备和场景进行三维可视化建模。
4.如权利要求1所述基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统，其特征在于，所述虚拟现实显示设备为VR头盔、或VR眼镜。
5.一种如权利要求1至4中任意一项权利要求所述基于虚拟现实技术的10kV高压计量柜竣工验收模拟系统的模拟方法，其特征在于，该方法包含：
主控机建模模块基于预设信息对10kV高压计量柜设备和场景进行建模，存储于3D模型数据库，通过数据处理模块输出至虚拟现实显示设备显示；
主控机数据处理模块接收虚拟现实操作设备上传的操作员动态操作信息，实时反馈至10kV高压计量柜设备和场景显示信息中，实现操作员与虚拟的10kV高压计量柜设备和场景交互；
培训模式下进行10kV高压计量柜模拟操作流程，评价终端针对10kV高压计量柜模拟操作流程中的操作员动态操作信息进行判断，若操作错误则将错误信息实时通过虚拟现实显示设备反馈给操作员；
考核模式下进行10kV高压计量柜模拟操作流程，评价终端针对10kV高压计量柜模拟操作流程中的操作员动态操作信息进行判断，待10kV高压计量柜模拟操作流程完成后，基于评价终端对操作员动态操作信息的判断反馈考核信息。
6.如权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述10kV高压计量柜模拟操作流程开始前，进行虚拟现实交互练习。
7.如权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述评价终端中预设有用于与10kV高压计量柜模拟操作流程比对的标准流程数据。
8.如权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，所述错误信息包含提示告警信号和标准流程数据中的标准操作说明。
9.如权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述10kV高压计量柜模拟操作流程包含落下闸门切断电源模拟操作、打开柜门模拟操作和重新接通电源模拟操作。
10.如权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述考核模式下，评价终端分别对单次10kV高压计量柜模拟操作流程进行计时，当计时达到预设时间阈值，则结束本次考核。
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