虛擬現實技術在電力系統的應用

朱琳

（國網山西省電力公司忻州供電公司 山西省忻州市 034000）

虛擬現實技術是一種典型的現代化科技技術類型，它對多媒體、計算機成像和人工智能等技術實現了有效綜合，能夠達到對現實情境的虛擬化、仿真化和直觀化呈現。此技術具有著諸多的優(yōu)勢，受到了各行各業(yè)的關注和引入，其中此技術在電力系統中的應用有效提升了電力系統工作水平，推動了電力系統的現代化發(fā)展，而此技術如何在電力系統中運用，就是本文主要研究的內容。

1 虛擬現實技術概述

對于虛擬現實就是來說，就是我們常說的VR 技術，它是科學領域中新興技術類型，基于計算機的圖形學、模擬仿真、人機的接口、多媒體、傳感、智能決策和網絡通信等技術，所產生和發(fā)展的一門綜合性學科，它也是目前計算機研究中最為熱門的高科技技術。此技術對事物的表達方法實現了有效突破，讓傳統計算機數字化的單維信息處理功能實現拓展，讓其能夠對滿足人特性和需求的多維化信息實施處理，把任何能夠想象到的環(huán)境通過虛擬手段來實現，且還可以通過人為動作來和虛擬現實的場景實施交流。此技術具有著顯著的特征，主要有多感知性、存在性、交互性、自主性等[1]。現階段，此技術在很多領域內都得到了廣泛運用，如電子、教育、醫(yī)藥、設計和軍事等。它在跨學科的領域中具有顯著優(yōu)勢，根據我國的電力事業(yè)特點與發(fā)展方向，電力系統內對此技術的運用有著很大的發(fā)展?jié)摿蜋C遇，因此這就需要積極探索電力系統中虛擬現實技術的運用。

2 虛擬現實技術要點

2.1 技術軟件環(huán)境

此技術環(huán)境是十分復雜的，要求是實時面向對象，且內在具有很強的可移植性以及靈活性，這對軟件開發(fā)的環(huán)境要求十分高。

在VRT 桌面虛擬的環(huán)境系統中，主要有形狀的編輯器、可視化器和世界的編輯器3個功能性模塊；基于VPL產生RB2的系統中，RB2 是完備性虛擬環(huán)境的原型系統類型，其能夠快速對用于評測的虛擬性環(huán)境構建，它也是產生的首個實用性VR 環(huán)境的系統。

基于SGI 產生VR 的開發(fā)平臺中，此平臺是由SGI 所研制的適用虛擬化環(huán)境的平臺，其把虛擬性世界所產生的系統和各種的外圍設備實施集成，在SGl 內Sky Writer 以及現實引擎具有窗口輸出、Unix 的計算、高級圖形的操作、數據庫的開發(fā)以及任務的規(guī)劃、預演與映象等功能[2]。

2.2 技術硬件環(huán)境

如圖1 所示，通過此技術想要實現人和計算機的融洽交互，使人能夠進入計算機建立的虛擬化環(huán)境內，就一定要求硬件設備滿足要求。硬件環(huán)境主要包括展示設備和輔助設備，而展示設備包括屏顯技術、頭部定位和立體光學的成像；輔助設備包括觸覺和力的反饋、位置定位和手眼跟蹤等。

其中跟蹤系統主要的任務是對虛擬現實的系統內人的頭、手位置和指向、身體等實時檢測，將此類數據向控制系統實施反饋，生成出隨視線而改變的圖像，其主要包括了電磁跟蹤、聲學的跟蹤和光學跟蹤等系統。

圖1：技術硬件環(huán)境圖

硬件環(huán)境中觸覺系統十分重要，它是實現虛擬現實的系統具備沉浸效果的重要保障，通過此系統能夠讓用戶用手、身體等其它能動的部分對虛擬物體實施操控，且在操作的同時可以得到虛擬物體產生的反應。

通過音頻系統實現系統的聽覺環(huán)境建立，在聽覺環(huán)境中主要包括語音音響的合成化設備、聲源的定位設備和識別設備等，借助聽覺通道所獲取的輔助性信息，能夠促進用戶對虛擬環(huán)境的良好感知[3]。

借助圖像的生成器，主要是對系統環(huán)境內的圖像實現生成與顯示。可視化的顯示設備主要是借助此類設備來生成出沉浸性虛擬現實的環(huán)境，如頭盔式的顯示器就是常見的此類設備。

2.3 關鍵性技術

通過虛擬現實的技術能夠創(chuàng)建出對虛擬現實的世界體驗的一種計算機的系統，其也是基于計算機的仿真技術于更高的層次中實現拓展和延伸，為用戶進行逼真環(huán)境的提升。在現實虛擬的系統中，虛擬環(huán)境的產生器、I/0 的子系統是其最基本性結構。在虛擬現實系統中，包括的主要關鍵性技術有視覺技術、觸覺技術、虛擬現實的場景生成相關工具、虛擬現實的建模語言等。

在視覺技術中，因為眼睛是人對外界信息獲取的重要性器官，也是虛擬現實環(huán)境內感受臨境感主要的途徑，借助頭盔式的顯示器是實現此種效果的技術，此技術能夠使虛擬的對象隨人頭部轉動而對視角改變，讓人獲取身臨其境之感。

在觸覺技術中，主要借助數據手套來讓人用手和虛擬現實的環(huán)境實現交互。因為手是人和客觀世界實施交互的工具，其具備豐富性語言以及感覺的器官，在VR 的系統內一定要完成其于真實的環(huán)境中功能的實現，也就是感受力、壓覺和觸覺的提供[4]。

在虛擬現實的場景生成相關工具中，要求虛擬環(huán)境的生成器一定要有著強大圖形、圖像的處理能力，而OpenGL 就被當作現階段最先進三維圖形程序應用的接口，它可以當作虛擬現實的技術場景內生成工具。此工具能夠生成出逼真場景，對人們信息獲取需要實施滿足。

在虛擬現實的建模語言中，可以使用VRML 來構建出虛擬的新世界通信載體，因為VRML 主要是超文本的語言，其能夠借助瀏覽器對ASCII 的文本格式讀懂，進而對世界描述與鏈接，同時VRML 可以用作建立真實性世界場景模型，且還能夠建立出虛構性二維以及三維的世界[5]。

3 虛擬現實技術在電力系統的應用

3.1 電力運營監(jiān)測

電力運營是電力系統功能發(fā)揮的保障，為了確保電力系統能夠良好運行，需要做好對其運營的監(jiān)測。而虛擬現實的技術在電力運營監(jiān)測中的應用，有效地實現了對電力運營狀態(tài)的有效掌控和監(jiān)管?；谔摂M現實技術的電力運營監(jiān)測中，通過實時監(jiān)控的子系統對各類型內電站相關的數據實施采集，然后把數據傳輸至虛擬現實的系統內，而管理維護的子系統是對相關信息數據實施維護。在虛擬現實的系統中，對三維場景的仿真以及二維圖形的界面實施一體化運用，從三方面對電網、發(fā)電概況和負荷實施在電力運營的監(jiān)控中心實施展示。在電網展示的部分中，通過分層次的展示法，對不同類型模塊實施點擊，就能夠對此類型電站分布的情況和運行的情況實施展示；而發(fā)電概況以及負荷的展示部分中，其表現形式與電網的規(guī)劃部分是基本相同的，都通過三維仿真的實體和二維圖形的界面實施展示。

3.2 電力培訓

通過虛擬現實的技術建立虛擬化電力培訓的系統，能夠節(jié)省培訓的資金，對培訓危險性實施降低，還能夠促進各個環(huán)節(jié)的密切聯系，讓受訓人員對各個部分深入認識和了解。在虛擬化電力培訓的系統中，因為人獲取的70%信息是借助眼睛達到，所以構建虛擬現實的系統就需要建立真實的場景，如三維聲音和三維模型等。

而在虛擬現實的漫游培訓系統中，首先要建立構建三維的模型。對簡單模型可以使用3DS Max5.0 內所提供基本的模型實施2D 和3D 的建模，對不規(guī)則的模型可以借助NURBS 的曲面實施建模以及細分曲面的建模法[6]。

其次，要對三維培訓場景實施建立?？梢越柚?DS Max 的強大建模功能來構建出逼真型電力系統的元件模型類型，后借助OpenGL 實施三維場景的建立，對建模步驟實施簡化。

再次，實施人機交互的界面建立。在此系統的界面設計中，往往通過可視化人機交互的界面建立，通過界面對用戶告知能夠對三維化場景模型實施操作，如物體平移、物體旋轉、物體拉伸、場景瀏覽，還能夠對電力系統內元件的工作原理實施演示，對系統元件和其關聯工作元件實施聯合的演示、對所出故障實施搶修演示等。通過這種方式，則用戶就不需具備過硬的計算機知識就可以對培訓的系統內場景模型實施操縱，從而達到有效的培訓效果。

3.3 電力故障維護

通過虛擬現實的技術能夠對工作場所的布局和環(huán)境實施仿真的建模，先對工作的場所環(huán)境和工藝的流程實施仿真建模，這樣就能夠使用立體的眼睛對虛擬工作的環(huán)境內三維空間實現漫游；通過數據手套來對系統內各種的繼電器和開關等實施操作，對各種參數條件下設備的運轉情況實施模擬，則工作人員能夠在此虛擬的環(huán)境中對操作可能產生的后果迅速和準確掌握，從而促進對故障的預防。

此技術還能夠對事故模式和其影響實施仿真模擬?；诎踩到y的分析方法，通過相關軟件實施模擬，就能夠找出事故過程中存在的危險因素，后借助相應的評價方法來對事故會造成的災害后果實施定性或者定量的預測，并對流程內各個主要的設備和部件等災害分析的情況實施明確，計算后就能夠得到各災害的事故具體影響的范圍和作用的時間等，從而對事故的嚴重度實施衡量。同時借助此技術還能夠事故發(fā)展的過程以及影響實施情境的模擬，如對爆炸的仿真中可對爆炸強度的級別人為設定，并在軟件程序內輸入相關的參數且和地理信息的系統結合，就能夠得到事故危害的后果。

此技術能夠對事故發(fā)生的幾率實施預測。借助大型的計算軟件利用可靠性的分析法，能夠對各設備實施分析，如設備受力和腐蝕等計算，獲取各設備和部件會發(fā)生的災害情況和幾率，并通過數字或者顏色等方式實施呈現。

在提出整改的對策后，按照上述的分析和計算，等到各個設備的部件得到風險的程度后，對它們風險實施綜合性分析，來指導工作的場所布局和設備的參數調整等，并在危險位置實施警示標志的設置，并規(guī)范操作的程序[7]。最后，在借助這些措施對災害發(fā)生實施處理后，借助虛擬現實的技術來對整改后的效果圖進行呈現。

3.4 電力工程設計

通過虛擬現實的技術能夠為電力工程的設計提供良好條件，工程設計工作可以借助程序內三維環(huán)境實施完成。在虛擬的環(huán)境內，三維的模型和場景都能夠隨著觀察者的視角變化而變換，還能夠和虛擬的環(huán)境實施信息的交流。將虛擬現實的技術和電力工程的設計實現結合，設計人員能夠借助鼠標就可以完成設計工作的各個環(huán)節(jié)，對整個電力工程的建設布置實施瀏覽，從而實現對工程設計的整體把控。

在虛擬化工程設計系統中，首先要進行三維建模。在三維建模中，主要是將電力工程內各專業(yè)的設計內容實現實體模型的構建，對設計部分建立在統一性三維設計的環(huán)境內。在此環(huán)境內主要有隔離開關和阻波器等一些配電的裝置以及土建的基礎和構架建模；主變壓器和電抗器等一些主變區(qū)域的設備和土建建模；對生產辦公的用房建模等。然后借助此類模型實施漫游、渲染和剪輯、合成處理，就能夠對變電所實現整體的漫游、瀏覽效果。

在完成對專業(yè)設計的內容實體的模型構建后，借助三維設計的系統內碰撞檢查的功能，來對各專業(yè)內三維模型實施碰撞的檢查，比如檢查構架和設備支架間空間布置的沖突、道路擠占的空間；設備和設備間是否存在碰撞；借助標準人功能對設備和通道間安全距離實施檢查；對導線和設備間因為懸垂或者風偏等造成安全距離的變化實施檢查。通過這種技術就能夠防止錯誤設計的發(fā)生，提升設計的質量。另外，借助模型來對工程實體仿真實施瀏覽，能夠對設計的方案實施預覽，檢查設計方案合理性和完整性，來對總體布置實施優(yōu)化。在符合電力設計的規(guī)范、規(guī)程和電氣的設備間要求安全距離標準下，能夠對電氣的設備操作具有的空間以及距離實施優(yōu)化，還能夠對建筑物與道路交通布置方案實施優(yōu)化，從而確保設計方案的最優(yōu)化。

4 結語

綜上所述，虛擬現實技術具有著顯著的特點和優(yōu)勢，其在電力系統中諸多方面都得到了廣泛地應用，并推動了電力系統工作的現代化發(fā)展，為了充分發(fā)揮此技術作用，需要相關單位積極進行虛擬現實技術的引入和改進，這也是其發(fā)展中需要重點研究的內容。