電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)中應用虛擬現(xiàn)實技術探究

李海香,閆瑞杰,潘錦才

(1.山西電力職業(yè)技術學院,030021；2.中科大建成科技有限公司，230088）

電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)中應用虛擬現(xiàn)實技術探究

李海香1,閆瑞杰1,潘錦才2

(1.山西電力職業(yè)技術學院,030021；2.中科大建成科技有限公司，230088）

近幾年，我國的電網(wǎng)工程得到了迅猛發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及電網(wǎng)結構的日漸復雜，使得電網(wǎng)在運行過程中存在著許多的安全隱患。為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，電力企業(yè)應該加強管理工作，對電網(wǎng)安全事故進行預防，當事故發(fā)生時能夠快速處理，對供電進行恢復，保障居民正常的生產和生活。因此做好電網(wǎng)應急演練，提升對于突發(fā)性事故的應急反應能力就顯得尤其重要。本文結合虛擬現(xiàn)實技術的概念，對其在電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)中的應用進行了分析，希望能夠保證良好的系統(tǒng)規(guī)劃效果。

電網(wǎng)；應急演練；模擬系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實技術

0　前言

我國的電網(wǎng)工程建設持續(xù)繁榮，不僅電網(wǎng)的規(guī)模迅速擴大，電網(wǎng)結構越發(fā)復雜，而且分布式電源的出現(xiàn)也使得電源結構變得日趨多樣化，影響電網(wǎng)運行安全的因素越來越多，電網(wǎng)的安全問題也因此受到了社會公眾的普遍關注，做好電網(wǎng)運行管理工作，提升電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，成為電力部門研究的熱點問題。在電網(wǎng)運行管理中我們應提高對突發(fā)性事件的應急反應能力，以及相應的應急預案，并且定期開展應急演練。從而可以減少突發(fā)性事故導致的人員傷亡以及財產損失，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

1　應急演練模擬系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術

目前，電網(wǎng)應急演練采用的多是預定腳本的實戰(zhàn)演練，此方法缺乏靈活性，人員缺少應急事故處理能力，無法真正意義上對應急機制的運轉情況進行檢驗，訓練效果不佳，而且成本較高，不能進行頻繁演練，更加無法對一些大型災害或者自然災害的場景進行真實模擬。針對這種情況，基于虛擬現(xiàn)實技術，構建三維現(xiàn)場仿真電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)對于突發(fā)性事件的模擬仿真操作，也就成為了電力部分重點研究的課題。

虛擬現(xiàn)實技術即VR技術，屬于第三代仿真技術，融合了計算機圖像技術、網(wǎng)絡技術以及虛擬技術各自的優(yōu)勢，可以構建出一個能夠為使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感受的虛擬世界，實現(xiàn)三維實體的感知與交互，從而使得使用者能夠親身體驗虛擬現(xiàn)實世界的神秘。虛擬現(xiàn)實技術包括了沉浸性、構想性和交互性，具備非常強大的多媒體功能和網(wǎng)絡功能，能夠實現(xiàn)人工智能、動態(tài)交互、智能感知等。想要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術，需要做好必要的工作，包括了數(shù)據(jù)收集、三維建模、場景構建以及交互技術等。

2　虛擬現(xiàn)實技術在電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)中的應用

2.1建設目標

依照我國應急體系建設的總體要求，有利于電力行業(yè)發(fā)展，構建結構合理、功能全面、反應迅速、保障有力、指揮統(tǒng)一的電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)，快速處理突發(fā)性事件，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2.2實現(xiàn)方法

（1）系統(tǒng)結構：系統(tǒng)主要包括了軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三部分，通過不同的組合方式，構成結構不同，功能各異的應用系統(tǒng)。

（2）開發(fā)流程：在系統(tǒng)設計開發(fā)中，主要是針對現(xiàn)實場景的三維仿真模擬，其開發(fā)流程大致分為三個步驟，一是利用3DS MAX建模工具，針對需要進行仿真的環(huán)境和實體進行三維幾何建模，構建出虛擬的3D場景；二是將制作好的角色模型和3D動畫結合相應的插件，輸入到系統(tǒng)中；三是將3DS MAX中輸出的文件導入到Virtools中，添加相應的交互實現(xiàn)模塊腳本，確保利用鼠標與鍵盤可以對場景進行全方位瀏覽，對角色進行精確控制。

（3）虛擬現(xiàn)實技術應用：虛擬現(xiàn)實技術在系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)在：一是虛擬場景交互，即角色、人員和場景之間形成一個相對完整的交互式虛擬現(xiàn)實場景；二是碰撞檢測，主要是為了確保環(huán)境的真實性和物體運動的逼真性，可以隨時檢測物體之間的碰撞位置，計算碰撞反應同時進行處理，避免了物體穿越的情況；三是三維技術，結合多維度空間分析功能，可以實現(xiàn)三維技術與虛擬現(xiàn)實技術的相互融合，使得應急演練也會更加逼真，能夠取得更好的效果。

2.3技術架構

在系統(tǒng)設計中，主要采用C/S和B/S模式，C/S模式本身具備非常強大的事務處理和數(shù)據(jù)操作能力，能夠保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性，而且技術相對成熟，在系統(tǒng)構建中具有高效、安全、穩(wěn)定的優(yōu)點，尤其適合三維虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)，能夠在客戶端中呈現(xiàn)出風格多樣的個性化界面。電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)的技術架構如圖1所示。

圖1　電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)技術架構

2.4功能架構

以虛擬現(xiàn)實技術為基礎構建的電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)，包括了演練配置管理、演練執(zhí)行、單項技能以及演練評估四個功能模塊，功能架構見圖2。這里主要對系統(tǒng)功能的設計和實現(xiàn)進行分析。

（1）演練配置管理：演練配置管理系統(tǒng)采用模塊化設計，其中包括了四個基本的子模塊：一是事件管理模塊，主要功能是對演練事件信息以及演練地點信息的設置，通常需要從數(shù)據(jù)庫和預設事故集中提取相應的信息；二是信息管理模塊，做好參與應急演練的人員信息、單位任務、單位資源、場景配置等相關信息的完整性和真實性；三是腳本配置模塊，在預先設置好的時間節(jié)點，向參與應急演練的人員發(fā)送相應的腳本信息系、圖片信息和視頻信息，實現(xiàn)對于真實場景的仿真模擬；四是場景任務配置模塊，主要是針對演練場景以及不同場景中任務的管理。

（2）演練執(zhí)行：包括了三個基本的子模塊，一是權限管理，能夠實現(xiàn)對于導演監(jiān)控、用戶登錄等權限信息的有效管理；二是信息交互，在演練執(zhí)行環(huán)節(jié)，參與應急演練的人員接收到的信息可以分為三種，即通話、信息和公告的形式，內容則包括了人員需求的上報、災情提示、公告信息、音頻信息以及資源調配等；三是應急處理，該模塊的功能包括了基本的通用功能（如場景切換、進度查詢、地圖導航等）以及業(yè)務功能（響應啟動、響應調整、響應結束、總結評估等）。

（3）單項技能：單項技能主要是針對應急處理人員在不同環(huán)境下對于一些具體技能操作的培訓和考核，提升人員的專業(yè)素質。在系統(tǒng)中，單項技能培訓的設置主要包括了對于具體技能培訓的增加、修改、刪減、查詢，以及對于技能培訓結果的考核、成績查詢、培訓積分查詢等。

（4）演練評估：在應急演練響應結束后，通過演練評估系統(tǒng)，能夠對整個演練的過程進行評估，具體的評估方式包括了專家手動評估和系統(tǒng)自動評估，手動評估主要是專家和技術人員結合預先設置好的評估模板，針對演練過程、參演人員表現(xiàn)、取得的成果以及存在的問題等進行評估，而自動評估則是系統(tǒng)根據(jù)演練中收集到的各種數(shù)據(jù)信息，自動評估同時生成相應的評估報告。

3　結語

綜上所述，本文基于虛擬現(xiàn)實技術，對電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)進行了設計，從系統(tǒng)的建設目標、建設原則、功能架構、技術架構等方面進行了簡單介紹，對于電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)的設計、開發(fā)、建設以及驗收等都具有一定的指導作用，能夠有效減少應急演練的成本，、提高應急演練效果，確保在出現(xiàn)突發(fā)性問題時，電力部門能夠在第一時間啟動應急預案，開展應急處理，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

[1]王國棟,任鋼.基于虛擬現(xiàn)實技術的應急推演沙盤系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J].軟件,2012,33(8):23-27.

[2]霍聞軍.電力應急搶修演練中虛擬現(xiàn)實技術的應用論述[J].信息系統(tǒng)工程,2016,(6):145-146.

[3]蔡進.簡析虛擬現(xiàn)實技術在電力應急搶修演練中的實踐[J].辦公室業(yè)務,2014,(23):241.

Research on Application of virtual reality technology in power grid emergency drill simulation system

Li Haixiang1,Yan Ruijie1,Pan Jincai2
（1.Shanxi Vocational Technical College of Electric Power，030021；2.China Science and Technology Co., Ltd.，230088）

In recent years,China's power grid project has been rapid development,the size of the power grid and the increasing complexity of the grid structure,making the power grid in the operation of the process there are many security risks.In order to ensure the safe and stable operation of power system, power enterprises should strengthen the management work,as far as possible for the safety of the power grid accident prevention,It should be able to quickly deal with,ensure the normal production and life of residents.to enhance the ability to respond to sudden emergency response is particularly important. Based on the concept of virtual reality technology,this paper analyzes the application of the virtual reality technology in the power grid emergency response exercise simulation system.

Power grid; emergency drill;simulation system;virtual reality technology

圖2　電網(wǎng)應急演練模擬系統(tǒng)功能架構

李海香（1979—），女，山西廣靈人，研究生，講師，主要從事水電技術、軟件系統(tǒng)開發(fā)方面的教學研究。