變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

摘要：隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化信息技術(shù)廣泛的應(yīng)用在了城市建設(shè)中，其中三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生，為工程設(shè)計(jì)、工程測(cè)繪等工作帶來(lái)了極大的便利。而隨著我國(guó)電力行業(yè)的飛速發(fā)展，變電站的大量建立，為了對(duì)變電站進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)和智能化管理，三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也應(yīng)用在了變電站中，本文對(duì)變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并分析了它的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變電站；三維虛擬現(xiàn)實(shí)；研究；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

科技的發(fā)展為人們的生活、學(xué)習(xí)和工作提供了更好地服務(wù)，人們已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代，尤其是三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生，已經(jīng)逐漸廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在變電站這種有著特殊要求的建筑中，三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為變電站的建設(shè)和測(cè)繪提供了極大的便利。

1變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究

（一）變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究背景

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于電力這種能源的需求與日俱增，電力行業(yè)的高速發(fā)展催生了大量的變電站，變電站是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，它對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了很高的要求，所以，變電站的建設(shè)工作一直都是一項(xiàng)繁雜的大工程，比如，它涉及到建筑物的選址以及合理分布，發(fā)電設(shè)備的安裝和走線等，變電站所需要的發(fā)電設(shè)備，不僅數(shù)量多，而且精密復(fù)雜，這就意味著設(shè)備線路鋪設(shè)的工作量十分巨大。在傳統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的圖紙、數(shù)據(jù)和報(bào)告等，部分不便于管理，而且涉及到多個(gè)專(zhuān)業(yè)、部門(mén)，一旦在建設(shè)中遇到一些難題，就需要所有施工單位、相關(guān)部門(mén)進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)勘查調(diào)研，并經(jīng)過(guò)多次研討協(xié)商，才能找到問(wèn)題，并解決問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程往往歷盡艱辛，效率十分低下，而且最后的解決方案質(zhì)量往往還不高。

所以，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，在對(duì)變電站進(jìn)行建設(shè)時(shí)，急需一種能夠解決傳統(tǒng)建設(shè)難題的技術(shù)手段，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，能夠很好地解決了這些問(wèn)題，在這樣的背景下，開(kāi)始了變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究。

（二）變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究意義

三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)于變電站的意義，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是把大量的圖紙、數(shù)據(jù)、報(bào)告等各種信息整合在了一起，并構(gòu)建成一個(gè)三維模型，非常直觀。二是三維模型的構(gòu)建，方便了不懂專(zhuān)業(yè)知識(shí)的領(lǐng)導(dǎo)層進(jìn)行工程進(jìn)度掌握，方便他們做出決策。三是可以利用互聯(lián)網(wǎng)共享模型信息，方便各施工單位、部門(mén)進(jìn)行查找問(wèn)題，溝通協(xié)商解決辦法。

①直觀的三維模型。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)于非專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)，十分深?yuàn)W難懂，會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生極大的誤導(dǎo)，而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)件三維模型，非常直觀的把變電站戶進(jìn)行了全方位展示，如建筑的設(shè)計(jì)方案、占地空間和具體功能等。

②方便的審核工作。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，審核者們不需要太過(guò)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)，就能夠快速的明白變電站的設(shè)計(jì)方案，并能夠根據(jù)三維模型直觀的了解建成后的模樣，同時(shí)能夠根據(jù)模型提出自己的調(diào)整建議，便于非專(zhuān)業(yè)人員與專(zhuān)業(yè)人員的溝通交流，從而方便審核者做出審批。

③便捷的模擬設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅具有模型演示功能，還能夠在三維模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，它利用虛擬技術(shù)直接在計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的思想和意圖，減少了大量圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作，并且降低了閱讀門(mén)檻，設(shè)計(jì)者和用戶能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行隨時(shí)溝通，從而對(duì)設(shè)計(jì)方案作出調(diào)整，這不僅極大的提高了工作效率，還降低了不少設(shè)計(jì)成本。

④可視化的變電站模擬培訓(xùn)。利用三維可視化的虛擬變電站現(xiàn)場(chǎng)，培訓(xùn)變電站規(guī)劃、建設(shè)、巡視和操作人員，充分利用文本、圖形、三維影像、三維動(dòng)畫(huà)和聲音等多媒體表現(xiàn)形式刺激學(xué)員的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)，調(diào)動(dòng)學(xué)員的積極性和主動(dòng)性，從而改善了培訓(xùn)效果；同時(shí)，對(duì)于投運(yùn)設(shè)備，特別是換流變、變壓器、電抗器等設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)法獲得較為深入的認(rèn)識(shí)，可通過(guò)此項(xiàng)目完成現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)設(shè)備的全方位、立體化學(xué)習(xí)。

2變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的需求分析

需求分析是每一項(xiàng)軟件工程的前提，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，后期的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，都是圍繞著需求分析來(lái)進(jìn)行的，需求分析是闡述這項(xiàng)工程“是什么”，而設(shè)計(jì)工作則是闡述這項(xiàng)工程“怎么做”，最后的工程實(shí)現(xiàn)，則就是按照需求分析和設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，一旦需求分析和設(shè)計(jì)通過(guò)，在施工階段需要盡量避免修改。在對(duì)變電站進(jìn)行三維虛擬現(xiàn)實(shí)工程的需求分析時(shí)，需要明白變電站是“待建”，還是“測(cè)繪”。前者是“從無(wú)到有”，是建立一個(gè)新的變電站，涉及到很多方面；后者是“從有到優(yōu)”，是對(duì)已有的變電站進(jìn)行測(cè)繪，從而構(gòu)建三維模型。

（二）變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

需求分析本身就是一種設(shè)計(jì)，只不過(guò)需求分析是用戶的“設(shè)計(jì)”，而需求設(shè)計(jì)是專(zhuān)業(yè)人員的“設(shè)計(jì)”，即，專(zhuān)業(yè)人員把用戶的非專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的呈現(xiàn)，用戶告訴設(shè)計(jì)者，這項(xiàng)工程“是什么”，設(shè)計(jì)者通過(guò)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)方案，告訴施工者“怎么做”。在需求設(shè)計(jì)階段，同樣需要根據(jù)變電站不同的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

①對(duì)于“待建”工程。設(shè)計(jì)方案就需要涉及到選址、建筑布局、內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)、施工步驟、設(shè)備安裝、走線等多方面工作。

②對(duì)于“測(cè)繪”工程。需要分析變電站的規(guī)模和用戶對(duì)于三維模型的需求，設(shè)計(jì)測(cè)距、測(cè)速、點(diǎn)密度等相關(guān)數(shù)據(jù)，從而選擇最合適的三維激光掃描儀，然后設(shè)計(jì)測(cè)繪工作中需要布設(shè)的掃描站點(diǎn)和標(biāo)靶的位置等。

（三）變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是需求分析和設(shè)計(jì)的最終成果，變電站三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，其最終成果都是一個(gè)三維模型，對(duì)于工程需求和設(shè)計(jì)的不同，三維模型的構(gòu)建也不同。

①對(duì)于“待建”變電站項(xiàng)目?！按ā弊冸娬卷?xiàng)目的三維模型需要滿足的內(nèi)容包括：變電站的外觀、電氣設(shè)備線路、消弧系統(tǒng)線路、設(shè)備安裝布局、照明設(shè)施布局、建筑功能等等。在對(duì)“待建”變電站項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)需要分四個(gè)步驟，一是制作和存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，二是導(dǎo)入Quest3D中的數(shù)據(jù)需要符合要求，三是對(duì)光照和不同材質(zhì)進(jìn)行模擬，四是對(duì)所有資源進(jìn)行整合、添加或交互工作。當(dāng)完成所有步驟，所有功能模塊都正確執(zhí)行，則工程所需要的三維模型便正式制作完畢。

②對(duì)于“測(cè)繪”工程?！皽y(cè)繪”工程的三維模型不同于“待建”工程，它是需要對(duì)已有的變電站建筑進(jìn)行激光掃描，構(gòu)建一個(gè)三維模型，從而方便變電站改進(jìn)原有的管理模式，進(jìn)行智能化管理。所以對(duì)“測(cè)繪”工程所需要的三維模型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)，只需要三個(gè)步驟，一是數(shù)據(jù)的采集，即按照設(shè)計(jì)中的相關(guān)數(shù)據(jù)選擇合適的三維激光掃描儀，然后按照設(shè)計(jì)中規(guī)定的地點(diǎn)布設(shè)掃描站和標(biāo)靶，對(duì)整個(gè)變電站建筑群進(jìn)行全方位掃描，并采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。二是數(shù)據(jù)的處理，即利用掃描儀配套的系統(tǒng)軟件，對(duì)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)精度影響著后期三維模型的構(gòu)建精度，需要特別注意。三是模型的構(gòu)建，變電站的高壓絕緣子、變壓器、高壓支柱瓷絕緣子套管等不同設(shè)備設(shè)施，需要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理，從而構(gòu)建細(xì)致入微的三維模型。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于變電站的建設(shè)和測(cè)繪，有著極大的研究意義，它為變電站的建設(shè)和測(cè)繪提供了極大的便利，使得變電站享受到數(shù)字化設(shè)計(jì)的快捷，以及智能化管理的便利。

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