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摘要:增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供在一般情況下，不同于人類可以感知到的信息。本文通過分析當(dāng)前電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的不足和改進(jìn)方案，提出通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力仿真培訓(xùn)這一新思路，并對(duì)新模式進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；電力仿真；變電；配電；培訓(xùn)

1引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AugmentedReality，AR)是一種將現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界信息集成的新技術(shù)[1]。AR技術(shù)可以提供在一般情況下，不同于人類可以感知到的信息[2]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)具有真實(shí)世界和虛擬世界的信息集成、實(shí)時(shí)交互、在三維尺度空間中增添定位虛擬物體三個(gè)突出的特點(diǎn)[3]?；诖?，AR技術(shù)可以很好地應(yīng)用在仿真培訓(xùn)領(lǐng)域，尤其是電力仿真培訓(xùn)這種高要求、高精度、高風(fēng)險(xiǎn)的領(lǐng)域。本文通過分析當(dāng)前電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的不足和改進(jìn)方案，提出通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力仿真培訓(xùn)這一新思路，并對(duì)新模式進(jìn)行了探討。

2電力仿真培訓(xùn)現(xiàn)狀

電網(wǎng)企業(yè)當(dāng)前普遍采用的培訓(xùn)模式是在國家電網(wǎng)公司、省級(jí)電力公司等部門的計(jì)劃指導(dǎo)下，結(jié)合各地市電力公司的實(shí)際需求，開展的包括崗位輪訓(xùn)、鑒定培訓(xùn)、新員工入職培訓(xùn)等方面的培訓(xùn)。培訓(xùn)模式以專人指導(dǎo)、老人帶新人的模式為主，過程繁瑣，以大量場(chǎng)地、設(shè)備資源為基礎(chǔ)，需要耗費(fèi)大量的人力資源及時(shí)間，并且培訓(xùn)內(nèi)容單調(diào)、枯燥。培訓(xùn)中心還需要按照培訓(xùn)大綱要求對(duì)參與培訓(xùn)的人員進(jìn)行考核，并提交培訓(xùn)報(bào)告，上級(jí)部門再對(duì)培訓(xùn)結(jié)果報(bào)告進(jìn)行分析。這種培訓(xùn)模式有培訓(xùn)學(xué)員的工作與學(xué)習(xí)之間互相矛盾、培訓(xùn)資源不充足、培訓(xùn)內(nèi)容的表現(xiàn)形式相對(duì)單調(diào)等問題。而引入AR技術(shù)，通過3D化的模型和對(duì)真實(shí)世界的物理模擬，大大增強(qiáng)培訓(xùn)學(xué)員與學(xué)習(xí)中的沉浸感和互動(dòng)性，有利于學(xué)員更好地進(jìn)行仿真模擬。

3AR技術(shù)

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定越來越重要，電網(wǎng)事故的影響也將越來越大。這對(duì)電力行業(yè)從業(yè)人員的綜合能力提出了更高的要求。由于電力系統(tǒng)的特殊性，其培訓(xùn)無法針對(duì)電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行開展人才培養(yǎng)和實(shí)訓(xùn)。隨著AR技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的缺點(diǎn)逐漸暴露出來。因此，利用最新的AR技術(shù)，研發(fā)高沉浸式虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，對(duì)于提高新時(shí)期變電站操作人員的技能水平，改進(jìn)教學(xué)培訓(xùn)和技能鑒定單位的培訓(xùn)工作和考核方法，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于更好地確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

4實(shí)際應(yīng)用

GIS組合電器一鍵順控安全規(guī)范化操作與異常事故處理半實(shí)物仿真培訓(xùn)可以實(shí)現(xiàn)組合式電器“運(yùn)行、熱備用、冷備用、檢修”四種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換操作。GIS組合電器一鍵順控安全規(guī)范化操作與異常事故處理半實(shí)物仿真培訓(xùn)根據(jù)實(shí)際位姿和3D虛擬物體的實(shí)時(shí)虛實(shí)遮擋處理方法，保證虛實(shí)場(chǎng)景完全融合。某些操作時(shí)，由于對(duì)象本身的復(fù)雜性，用戶可能無法直接觀察到裝配操作位置。此時(shí)需要“看穿”艙壁、看到內(nèi)部情況，GIS組合電器一鍵順控安全規(guī)范化操作與異常事故處理半實(shí)物仿真培訓(xùn)模式的“穿透顯示”(又稱盲操作透明化顯示)完美地解決了此問題，如圖1所示。同時(shí)通過圖像同傳等技術(shù)，將攝像頭采集圖像同步傳送到服務(wù)器并實(shí)時(shí)計(jì)算疊加虛擬場(chǎng)景，同時(shí)在第三方大屏上投影顯示，方便評(píng)判人員對(duì)操作人員操作進(jìn)行及時(shí)指導(dǎo)和審核，如圖2所示。3D數(shù)字化為操作過程的智能化交互控制提供了基本信息。實(shí)際操作過程還需要根據(jù)用戶的操作、工具或設(shè)備的工作參數(shù)、質(zhì)檢或其他檢測(cè)參數(shù)來進(jìn)行綜合的智能化控制。它既為操作提供引導(dǎo)信息，又為作業(yè)監(jiān)控提供參考標(biāo)準(zhǔn)[5]，為此要研究基于數(shù)字化操作指導(dǎo)和作業(yè)過程監(jiān)控。模擬過程中系統(tǒng)會(huì)對(duì)操作人員的步驟進(jìn)行分析記錄，并會(huì)在模擬結(jié)束時(shí)生成報(bào)告供培訓(xùn)人員分析總結(jié)，如圖3所示。GIS組合電器一鍵順控安全規(guī)范化操作與異常事故處理半實(shí)物仿真培訓(xùn)是一種基于全新理念的GIS組合電器一鍵順控安全規(guī)范化操作與異常事故處理半實(shí)物仿真培訓(xùn)模式，很好地結(jié)合了當(dāng)下較為成熟的AR技術(shù)。采用虛實(shí)結(jié)合技術(shù)對(duì)當(dāng)下電力系統(tǒng)培訓(xùn)模式進(jìn)行改進(jìn)，在節(jié)省人力、物力、時(shí)間成本的基礎(chǔ)上最大化地完善了培訓(xùn)以及解決了當(dāng)下GIS組合電器的模擬培訓(xùn)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的不足。

5小結(jié)

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力仿真訓(xùn)練具有新穎的訓(xùn)練模式和較強(qiáng)的針對(duì)性。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，仿真培訓(xùn)必定會(huì)有顯著的提升，而且還有巨大的改進(jìn)空間。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以真實(shí)地還原電力生產(chǎn)和運(yùn)行中的各種過程。這也有利于電力仿真培訓(xùn)取得良好的培訓(xùn)效果。

作者:朱天樂 江季聲 朱廣鋒 李天伊 單位:南京工程學(xué)院