CN116580610A - 一种虚拟变电站运维vr培训与实景实训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，涉及变变电站仿真培训技术领域，该虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，通过运用虚拟现实技术，为变电站的运营培训工作提供一种逼真、安全、交互的培训方式，结合变电站培训需求的实际，项目目标实现基于虚拟现实技术的虚拟变变电站仿真培训，以构建单用户虚拟变电站场景，虚拟变电站漫游场景，来实现变电站设备知识学习、变电站设备巡视和设备拆卸三个方面培训工作的要求。通过培训系统不仅可以展现设备的形状和外观，还可展示设备内部结构和构造；不仅可静态的可视化展示，还可通过动画和交互技术，展示设备的工作原理和工作过程，可基于VR进行虚拟学习。
Description
技术领域
本发明涉及变变电站仿真培训技术领域，具体为一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统。
背景技术
变电站的维护涉及高风险任务，带电线路维护的事故可能是致命的。为了降低风险，避免对设备和人员造成损害，重要的是要有一支训练有素、技能精湛的运维队伍，才能在危险的环境中安全高效地执行任务。
仿真培训系统模式占用空间较大，一般集中布置在培训中心内并且现有的这些培训系统大多是物理仿真与数字仿真相结合的产物，它们的缺陷日益暴露出来，软件仿真主要以接线图、数字图表、设备照片和现场录像方式等常规多媒体方式作为表现手段，其真实感、临场感和表现力效果不佳，培训效果不能够真实直观物理仿真，往往通过专用设备实现，系统庞大、复杂、造价昂贵。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，解决了仿真培训系统模式占用空间较大，并且这些培训系统大多是物理仿真与数字仿真相结合的产物，其真实感、临场感和表现力效果不佳，培训效果不能够真实直观物理仿真，往往通过专用设备实现，系统庞大、复杂、造价昂贵的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，包括虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统、系统资源更新服务器、人机交互系统、数据信息虚拟查询单元、专家知识库、培训系统、考试系统、成绩评价系统和成绩输出单元，所述系统资源更新服务器、人机交互系统、数据信息虚拟查询单元、专家知识库的输出端和虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统的输入端相连接，所述虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统的输出端分别和培训系统、考试系统的输入端相连接，所述培训系统、考试系统的输出端和成绩评价系统的输入端相连接，所述成绩评价系统的输出端和成绩输出单元的输入端相连接。
进一步的，所述数据信息虚拟查询单元包括变电站三维空间信息模块、工器具三维数据信息模块、电力设备三维数据信息模块和作业人员位置信息模块。
进一步的，所述专家知识库包括角色仿真库模块、设备反正库模块和事件编辑模块。
进一步的，所述培训系统包括设备查询单元、设备检修单元、倒闸操作单元、人员定位单元和虚拟测试单元。
进一步的，所述设备查询单元包括正常巡视模块、过负荷巡视模块、事故跳闸后巡视模块和异常天气巡视模块。
进一步的，所述考试系统包括设备操作测试模块、设备检修测试模块和倒闸操作流程测试模块。
进一步的，所述成绩评价系统包括答题提交端口、试卷管理模块、顺序处理模块、卷面评分单元、分数统计单元、自动生成列表单元和成绩储存模块，所述答题提交端口的输出端和试卷管理模块的输入端相连接，所述试卷管理模块的输出端和顺序处理模块的输入端相连接，所述顺序处理模块的输出端和卷面评分单元的输入端相连接。
进一步的，所述卷面评分单元的输出端和分数统计单元的输入端相连接，所述分数统计单元的输出端和自动生成列表单元的输入端相连接，所述自动生成列表单元的输出端和成绩储存模块输入端相连接。
有益效果
本发明提供了一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统。与现有技术相比具备以下有益效果：
1、一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，通过运用虚拟现实技术，为变电站的运营培训工作提供一种逼真、安全、交互的培训方式，结合变电站培训需求的实际，项目目标实现基于虚拟现实技术的虚拟变变电站仿真培训，以构建单用户虚拟变电站场景，虚拟变电站漫游场景，来实现变电站设备知识学习、变电站设备巡视和设备拆卸三个方面培训工作的要求，而且具有结构简单、体积小，造价底的优点。
2、一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，通过培训系统不仅可以展现设备的形状和外观，还可展示设备内部结构和构造；不仅可静态的可视化展示，还可通过动画和交互技术，展示设备的工作原理和工作过程；不仅可基于VR进行虚拟学习，还可根据人员设备位置信息，进行实际场景设备实操导训和巡视工作导训。系统将构建典型虚拟变电站场景，使用户可在虚拟变电站场景中自由的漫游和学习，在结合虚拟现实的交互技术，能让用户更高效地掌握变电站知识、变电站设备巡视，同时更保证了用户在培训过程中的安全性。
3、一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，通过基于虚拟现实技术的实践教学系统，实现场景漫游、技能训练、测试分析和信息查询的关键内容学习，通过对培训人员和关键设备的精准定位实现真实工作场景的精确结合，以提高培训的浸入感。将虚拟现实技术引入电力系统运维检修培训，在保证培训效果的基础上，节省成本的同时提高安全性，对提高电力运维检修的效果以及保证电力系统的安全具有至关重要的作用。
附图说明
图1为本发明系统结构原理框图；
图2为本发明数据信息虚拟查询单元结构原理框图；
图3为本发明专家知识库结构原理框图；
图4为本发明培训系统结构原理框图；
图5为本发明设备查询单元结构原理框图；
图6为本发明考试系统结构原理框图；
图7为本发明成绩评价系统结构原理框图。
图中：1、虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统；2、系统资源更新服务器；3、人机交互系统；4、数据信息虚拟查询单元；41、变电站三维空间信息模块；42、工器具三维数据信息模块；43、电力设备三维数据信息模块；44、作业人员位置信息模块；5、专家知识库；51、角色仿真库模块；52、设备反正库模块；53、事件编辑模块；6、培训系统；61、设备查询单元；611、正常巡视模块；612、过负荷巡视模块；613、事故跳闸后巡视模块；614、异常天气巡视模块；62、设备检修单元；63、倒闸操作单元；64、人员定位单元；65、虚拟测试单元；7、考试系统；71、设备操作测试模块；72、设备检修测试模块；73、倒闸操作流程测试模块；8、成绩评价系统；81、答题提交端口；82、试卷管理模块；83、顺序处理模块；84、卷面评分单元；85、分数统计单元；86、自动生成列表单元；87、成绩储存模块；9、成绩输出单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅如图1-7，本发明提供了一种技术方案：一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，包括虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统1、系统资源更新服务器2、人机交互系统3、数据信息虚拟查询单元4、专家知识库5、培训系统6、考试系统7、成绩评价系统8和成绩输出单元9，系统资源更新服务器2、人机交互系统3、数据信息虚拟查询单元4、专家知识库5的输出端和虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统1的输入端相连接，虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统1的输出端分别和培训系统6、考试系统7的输入端相连接，培训系统6、考试系统7的输出端和成绩评价系统8的输入端相连接，成绩评价系统8的输出端和成绩输出单元9的输入端相连接，数据信息虚拟查询单元4包括变电站三维空间信息模块41、工器具三维数据信息模块42、电力设备三维数据信息模块43和作业人员位置信息模块44，专家知识库5包括角色仿真库模块51、设备反正库模块52和事件编辑模块53，培训系统6包括设备查询单元61、设备检修单元62、倒闸操作单元63、人员定位单元64和虚拟测试单元65，设备查询单元61包括正常巡视模块611、过负荷巡视模块612、事故跳闸后巡视模块613和异常天气巡视模块614，考试系统7包括设备操作测试模块71、设备检修测试模块72和倒闸操作流程测试模块73，成绩评价系统8包括答题提交端口81、试卷管理模块82、顺序处理模块83、卷面评分单元84、分数统计单元85、自动生成列表单元86和成绩储存模块87，答题提交端口81的输出端和试卷管理模块82的输入端相连接，试卷管理模块82的输出端和顺序处理模块83的输入端相连接，顺序处理模块83的输出端和卷面评分单元84的输入端相连接，卷面评分单元84的输出端和分数统计单元85的输入端相连接，分数统计单元85的输出端和自动生成列表单元86的输入端相连接，自动生成列表单元86的输出端和成绩储存模块87输入端相连接，通过目测、耳听、鼻嗅等感官检查和工具仪器检测。巡视主要内容包括：设备外观、变压器与电容器机油、表盘数值、绝缘子串、测控屏柜信号等，及时发现运行中的安全隐患，以达到规避风险的目的。虚拟测试指设计考试系统对学员进行测试。考试系统7包括设备操作测试、设备检修、倒闸操作流程测试等。利用Unity3D软件，对所有需要考试的内容、动作进行编辑设置，模拟真实操作现场，根据收集到的信息数据对学员操作进行评价分析，输出成绩；倒闸操作指在系统内对实际倒闸操作过程进行模拟；设备检修指在虚拟系统中模拟变电站异常、故障的运行的现象，要求巡检人员对出现的状况进行及时处理。技能培训模块包含设备巡查、设备检修、倒闸操作、作业人员定位与虚拟测试，学员进入后可任意选择进行技能培训；专家知识库中主要支持的知识内容包括电网标准、日常管理手册、老师傅经验等；数据信息模块支持变电站基础信息查询、设备信息查询等。
1、虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统；2、系统资源更新服务器；3、人机交互系统；4、数据信息虚拟查询单元；41、变电站三维空间信息模块；42、工器具三维数据信息模块；43、电力设备三维数据信息模块；44、作业人员位置信息模块；5、专家知识库；51、角色仿真库模块；52、设备反正库模块；53、事件编辑模块；6、培训系统；61、设备查询单元；611、正常巡视模块；612、过负荷巡视模块；613、事故跳闸后巡视模块；614、异常天气巡视模块；62、设备检修单元；63、倒闸操作单元；64、人员定位单元；65、虚拟测试单元；7、考试系统；71、设备操作测试模块；72、设备检修测试模块；73、倒闸操作流程测试模块；8、成绩评价系统；81、答题提交端口；82、试卷管理模块；83、顺序处理模块；84、卷面评分单元；85、分数统计单元；86、自动生成列表单元；87、成绩储存模块；9、成绩输出单元。
使用时，首先进行变电站设备建模，通过使用3DsMax作为建模工具，应用多种建模方法和技术，高效、逼真地为各种电气设备建立几何模型；然后构建单用户虚拟变电站场景，使用DynaVR-Net平台为单个用户构建虚拟变电站场景，虚拟变电站的建立包括各种设备几何模型的导入，背景、灯光和用户视点等的设置，动画演示和交互、漫游功能等内容；接着进行培训人员和操作目标设备的辅助定位，系统资源更新服务器2能够为系统内部资源进行更新，培训人员可利用人机交互系统3对系统进行操作，基于VR技术的实践培训，在实现场景漫游、测试分析和信息查询等培训和实训过程中，需基于培训人员和关键设备的精准定位实现真实工作场景的精确结合，以提高培训的浸入感；最后进行系统设计，功能主要分为两部分培训系统6和考试系统7，培训系统6包含设备查询、设备检修、倒闸操作、巡视导训和虚拟测试的内容，考试系统包括设备操作测试、设备检修、倒闸操作流程测试等内容，利用Unity3D软件，对所有需要考试的内容、动作进行编辑设置，模拟真实操作现场，根据收集到的信息数据对学员操作进行评价分析，输出成绩。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，包括虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统(1)、系统资源更新服务器(2)、人机交互系统(3)、数据信息虚拟查询单元(4)、专家知识库(5)、培训系统(6)、考试系统(7)、成绩评价系统(8)和成绩输出单元(9)，其特征在于：所述系统资源更新服务器(2)、人机交互系统(3)、数据信息虚拟查询单元(4)、专家知识库(5)的输出端和虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统(1)的输入端相连接，所述虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统(1)的输出端分别和培训系统(6)、考试系统(7)的输入端相连接，所述培训系统(6)、考试系统(7)的输出端和成绩评价系统(8)的输入端相连接，所述成绩评价系统(8)的输出端和成绩输出单元(9)的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述数据信息虚拟查询单元(4)包括变电站三维空间信息模块(41)、工器具三维数据信息模块(42)、电力设备三维数据信息模块(43)和作业人员位置信息模块(44)。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述专家知识库(5)包括角色仿真库模块(51)、设备反正库模块(52)和事件编辑模块(53)。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述培训系统(6)包括设备查询单元(61)、设备检修单元(62)、倒闸操作单元(63)、人员定位单元(64)和虚拟测试单元(65)。
5.根据权利要求4所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述设备查询单元(61)包括正常巡视模块(611)、过负荷巡视模块(612)、事故跳闸后巡视模块(613)和异常天气巡视模块(614)。
6.根据权利要求1所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述考试系统(7)包括设备操作测试模块(71)、设备检修测试模块(72)和倒闸操作流程测试模块(73)。
7.根据权利要求1所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述成绩评价系统(8)包括答题提交端口(81)、试卷管理模块(82)、顺序处理模块(83)、卷面评分单元(84)、分数统计单元(85)、自动生成列表单元(86)和成绩储存模块(87)，所述答题提交端口(81)的输出端和试卷管理模块(82)的输入端相连接，所述试卷管理模块(82)的输出端和顺序处理模块(83)的输入端相连接，所述顺序处理模块(83)的输出端和卷面评分单元(84)的输入端相连接。
8.根据权利要求7所述的一种虚拟变电站运维VR培训与实景实训系统，其特征在于：所述卷面评分单元(84)的输出端和分数统计单元(85)的输入端相连接，所述分数统计单元(85)的输出端和自动生成列表单元(86)的输入端相连接，所述自动生成列表单元(86)的输出端和成绩储存模块(87)输入端相连接。
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