基于移動版計量錯誤接線培訓系統(tǒng)研究與應用

羅智青　方紹懷

摘要：研究基于虛擬現(xiàn)實技術的移動端電能計量實訓平臺。主要三維圖像建模理論的測試器件虛擬化技術對計量器件進行處理，采用有限狀態(tài)機理論的實時檢測流程虛擬化技術對檢測過程進行虛擬化，利用窮舉法機理建立錯誤數(shù)據(jù)庫，通過觸屏的人機交互手段，增加了在操作過程中操作的真實性。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術；電能計量；流程虛擬化；錯誤數(shù)據(jù)庫

Abstract：Based on virtual reality technology for mobile end energy metering training platform. The main test device modeling theory of three-dimensional image of the measurement device virtualization technology for processing real-time testing process finite state machine theory virtualization technology to virtualize the detection process， the use of brute-force method mechanism to establish a bug database， via touch screen interactive means to increase the authenticity of the operations during the operation.

Keywords：Virtual reality technology； electric energy measurement； process virtualization； error database

1引言

為了保證電力工業(yè)生產和電能計量能安全、可靠、準確和經濟地運行，我們必須依靠安裝在電力生產現(xiàn)場上的能測量電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)的儀器儀表來保證。電能計量是否準確，除了與電能計量裝置的準確度有關之外，還與計量回路接線是否正確有密切關系。如果由于電能表本身的誤差和超差，使電能計量產生的誤差一般只有百分之幾，但如果由于電能表計量回路有錯誤接線，可能會使電能計量的誤差達到百分之幾百，這會給用戶或供電企業(yè)帶來極大的經濟損失。更嚴重的是，可能由于接線錯誤導致造成人身傷亡。為了避免這些不必要的事故發(fā)生，工作人員必須了解和熟悉較常見的故障現(xiàn)象，如果遇到接線錯誤需要能夠做出正確判斷，進行故障分析，這就需其知識水平的提高，進行有效的電力培訓和反復的學習是其提高的捷徑[1-2]。

基于以上因素，對基于硬件進行的培訓，不僅培訓設備投資成本高，缺乏專業(yè)知識的全面性和理論性，無法做到緊跟計量裝置的更新?lián)Q代；而基于軟件平臺進行的仿真培訓，枯燥、單調的人機界面缺乏真實感，也不能使培訓人員整體全面的去理解接線的內部結構和情況。因此無法激發(fā)起培訓人員強大的學習興趣，主動的去理解和學習現(xiàn)場電能錯誤接線的情況和原因[3]。

2計量錯誤接線培訓系統(tǒng)概述

基于虛擬現(xiàn)實技術的移動端電能計量實訓平臺將借助實下流行的智能移動終端，通過觸屏的人機交互手段，增加了在操作過程中操作的真實性。并通過實時動態(tài)顯示操作結果，當采取不同操作時，后臺可自動計算結果，實時地顯示數(shù)據(jù)的變化過程，可以把枯燥抽象的操作過程具象化。同時并且借助時下流行的智能移動終端，使平臺具有很豐富的可移植性，一定程度上也使得訓練平臺進入了員工的生活中，使得培訓工作更加人性化。綜上所述，基于虛擬現(xiàn)實技術的移動端電能計量實訓平臺有著對分析電能計量中現(xiàn)場接線的影響與改進有著十分重要的實際意義。

國際上在多功能電能裝置檢測領域發(fā)展的較快，已有的儀器基本做到了在線全方位的對電能計量裝置監(jiān)控、測試。但是引進國外的先進技術和設備的費用相當高，也不利于我國的自主創(chuàng)新。

目前我國在電能計量檢測領域，出現(xiàn)一些智能電能表校驗儀和電能計量檢查系統(tǒng)，例如思達的ST-9040K電能表現(xiàn)場校驗儀、AP2023低壓計量裝置故障檢測儀，鄭州萬特的T-205系列電能計量故障差錯檢測儀等，這些裝置的技術雖然能達到自動或手動校驗單相、三相三線、三相四線有功和無功電能表，校驗低壓計量裝置CT一、二次側誤差，擁有時鐘功能，一定的計算功能等。但現(xiàn)有的產品主要注重現(xiàn)場測試應用，在硬件上雖然具備三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能等基本電參數(shù)的測試功能，可以發(fā)現(xiàn)電能計量中的某些接線錯誤，但只是發(fā)現(xiàn)和簡單的顯示錯誤信息，對于錯誤發(fā)生的原因缺乏理論分析，而且多為液晶顯示技術，顯示界面不夠逼真，可視化很差，功能上也不完善。如接線錯誤缺乏錯誤仿真設置、缺乏錯誤接線軟件分析功能，更沒有錯誤接線設置、電路理論分析、相量分析、線損累積計算等功能[3-4]。

根據(jù)電能計量培訓的實際需要，目前國內主要有三款電能計量仿真實訓系統(tǒng)，分別是由國家電網電力科學研究院武漢南瑞公司、湖大華龍電氣公司和五洲電力開發(fā)的。它們主要是提高電力工作人員的計量技術，結合電能計量原理理論進行實觀操作，包括理論知識培訓、技能操作培訓、錯誤分析培訓等[5-7]。

3基于三維圖像建模理論的測試器件虛擬化技術

基于虛擬現(xiàn)實技術的電能計量實訓仿真技術最直接和最根本的特色在于人機的交互，高體驗化的人機交互效果將為移動式的實訓平臺的運用帶來事半功倍的效果。同時隨著社會思潮的年輕化，符合大眾審美趨勢的設計也將提高大家的使用感受。

基于三維圖像建模理論的測試器件虛擬化技術將抽取各類實際設備的樣貌特征、性能、接口設置等，利用三維圖像建模，按照一定的比例生成圖像。微軟研究院提出的網格模型。這種模型由194個關鍵點和360個三角平面組成，并且構建了65個可調向量用于模型的變形。向量S0表示為：

通過改變系數(shù)cj可以描述不同的模型。利用這種模型，根據(jù)兩幅圖像和兩個圖像序列，來模擬圖像，可以取得較好的效果?；灸Ｐ偷目烧{參數(shù)比較少，可以比較方便地進行模型的變形。

每個標準模板對應一個標準的色塊，利用復雜的光流算法建立不同模塊顏色的對應關系。

假設一個色塊的顏色可以用向量F來表示：F = （X1，Y1，Z1… Xn，Yn，Zn）T，Xi，Yi，Zi分別表示三維點的坐標。對應點的紋理信息可以用向量T表示：T = （R1，G1，B1…Rn，Gn，Bn）T，Ri，Gi，Bi代表點的RGB顏色分量。設有m個模型，每個樣本由一個形狀向量和一個紋理向量組成，則形態(tài)模型可由這樣m個樣本構成。對于一個新的色塊，它的形狀向量和顏色向量可以分別描述為：

通過對系數(shù)ai和bi的調節(jié)可以描述不同色塊的三維形狀特征和紋理特征。三維形狀特征類似于標準色，對預先構建的三維模型用主成分分析方法進行降維，獲得表征模塊形狀的主要分量，利用它們的線性組合表達不同的色塊模型。建立統(tǒng)計模型通常比較繁瑣，需要大量的學習數(shù)據(jù)，而且三維數(shù)據(jù)的預處理過程非常復雜，建成后的模型具有統(tǒng)計意義上合理的調節(jié)參數(shù)，使圖像表達合理優(yōu)化。

這其中不僅需要計算機視覺中傳統(tǒng)的基于明暗、紋理、焦距等線索對圖像進行幾何重建，還需要一些有關于視覺外觀的修飾，這其中包括表面紋理和反射屬性等決定模型視覺效果的因素，其中具體的技術包括亮度圖像獲取和定標技術，紋理的恢復技術以及反射屬性的恢復技術等。

4 結語

本項目是在東莞供電局安全教育培訓的內容體系的研究基礎上，基于虛擬現(xiàn)實技術的移動端電能計量實訓平臺將借助實下流行的智能移動終端，通過觸屏的人機交互手段，增加了在操作過程中操作的真實性。并通過實時動態(tài)顯示操作結果，當采取不同操作時，后臺可自動計算結果，實時地顯示數(shù)據(jù)的變化過程，可以把枯燥抽象的操作過程具象化。同時并且借助時下流行的智能移動終端，使平臺具有很豐富的可移植性，一定程度上也使得訓練平臺進入了員工的生活中，使得培訓工作更加人性化。

參考文獻

[1]閆衛(wèi)陽，曾小平.虛擬現(xiàn)實技術及其應用[J]. 安徽農業(yè)科學.2009（11）

[2]周曉慶，肖建瓊.基于C/S及B/S模式的實驗中心管理平臺研究[J]. 電腦開發(fā)與應用. 2009（04）

[3]林向義.虛擬現(xiàn)實技術在電力培訓中的應用[J]. 計算機仿真. 2005（04）

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[5]張蓬鶴，何俊佳，陸以彪，王保盛.電子式互感器誤差校驗裝置的研究[J]. 電測與儀表. 2009（01）

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[7]閻娟娟，陳波，王樂.基于Struts和Hibernate的J2EE架構的研究[J]. 計算機工程與設計. 2008（21）

作者信息：

羅智青，1968- 男，廣東東莞人，本科，用電高級技師，研究方向：電能計量運行維護、用電檢查等工作

方紹懷，1977- 男，廣東東莞人，本科，高級工程師，用電高級技師，研究方向：電能計量運行維護、用電檢查等工作