虛擬現實技術在排除電網事故發生中的應用

韋克峰

[摘要]介紹虛擬現實virtual reality技術的概念、基本原理及技術特點，分析虛擬現實技術在排除電網事故發生中運用的直觀性及應用方法。

[關鍵詞]虛擬現實技術電網事故

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1671--7597(2009)1020055--01

安全可靠是建設堅強電網的最基本要求，也是國民經濟和社會發展的保障。當前電力供需形勢緊張、發用電平衡存在較大缺口，給電網的安全穩定運行帶來了嚴重威脅。電力生產中的嚴峻形勢要求不斷完善安全生產保證體系和監督體系；不斷提高輸變電設備的管理水平和技術水平，不斷提高電力員工對電力設備的操作能力，大幅降低電力施工中的事故率：努力創建和諧的內外部環境。而做到這一切的核心與根本在于以人為本，強化培訓，狠抓高素質人才隊伍建設，從強化員工安全意識和提高素質出發，加強安全生產教育，強化員工安全工作意識，增強員工的安全生產技能。而近年來，以網絡、虛擬現實、三維圖形技術為代表的電腦信息科技的發展，為電力安全教育的實施提供了新思路。本文對如何將虛擬現實技術應用在電力企業安全培訓中，以幫助企業進行安全和危險分析進行了探究，進而提出解決方案，從而實現了對員工進行安全教育的目的。

虛擬現實技術(Virtual Reality，簡稱VR技術)，又稱靈境技術，1989年由美國VPL Research公司的創始人Jaron Lanier提出，是20世紀末興起的一門嶄新的綜合性信虛擬現實技術，目的是能讓用戶使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進行考察或操作，同時提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而又自然的實時感知。

vR是一門新興的交叉學科，是當今科學界廣泛關注的一個熱點。[1]虛擬現實技術改變了人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現狀，給用戶提供了一個趨于人性化的虛擬信急空間。它以模擬方式為使用者創造了一個實時反映實體對象變化與相互作用的二維影像世界，在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中，使參與者可直接參與和探索虛擬對象所處環境的作用和變化，仿佛置身于現實世界中。一個身臨其境的虛擬環境系統是包括計算機圖形學、圖象處理與模式識別、智能接口技術、人工智能技術、多傳感器技術、語音處理與音像技術、網絡技術、并行處理技術和高性能計算機系統等不同功能、不同層次的具有相當規模的子系統所構成的大型綜合集成環境。所以，虛擬現實技術是綜合性極強的高新信息技術。

虛擬現實有3個特征。分別為：沉浸性(Illusion 0f imitations)、交互性(Intractivity)和多感知性(Imagination)[2]。

1、沉浸性。虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，用計算機產生逼真的二維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身少虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣，一切感覺都是那么逼真，有一種身J臨其境的感覺。

2、交互性。虛擬現實系統中的人機交互是一種近乎自然的交互。使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互。而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能就能對虛擬環境中的對象進行考察或操作。

3、多感知性。虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

這些特性中沉浸性是vR技術最主要的特征。

虛擬現實系統按硬件條件可分為桌面式虛擬現實系統(Desktop vR)、沉浸式虛擬現實系統(Immersive VR)、分布式虛擬現實系統(Distribut ed vR)[3，4]。

由于vR技術具有上述的優勢特征，虛擬現實技術在排除電網事故發生中得到了廣泛的應用，并且具有廣闊的應用前景。現階段，虛擬現實技術在排除電網事故發生中的應用主要有以下幾個方面：

1、工作場所布局及其環境的建模仿真。首先對工作場所的環境及工藝流程進行建模仿真，可利用立體眼睛實現在虛擬工作環境三維空間的漫游：借助數據手套可以對系統的各種繼電器、開關進行操作，模擬各種參數下設備運轉情況，工作人員在此虛擬環境下能夠快速準確地掌握整個操作流程以及各種操作可能帶來的后果，為以后的安全操作打下良好的基礎。

2、事故模式及其影響仿真。在安全系統分析方法的指導下，使用相關軟件進行模擬，找出過程中危險有害因素，從而得出相應評價方法對事故可能引起災害后果的定性或定量預測，列出流程中各主要設各、部件的災害分析情況，通過計算，可得出各災害事故的影響范圍，作用時間等衡量災害事故嚴重度的參數，借助技術對災害事故的發展過程和影響進行情景模擬。如：爆炸仿真可人為設定爆炸的強度級別，在相應的軟件程序中可以輸入相關參數并結合地理信息系統等，進行物理、化學等方面的分析計算，從而得出事故的危害后果，使培訓員工對過程中的危險有更為直觀的理解。

3、事故發生幾率預測。應用大型計算軟件在各種可靠性分析方法基礎上對各個設備進行分析，對設備的受力、腐蝕等情況進行計算，從而得出各設備、部件可能發生的主要災害形式的出現幾率，以數字、顏色等直觀方式結合vR技術顯示出來，使培訓員工知道在最易發生破壞的部位，應重點注意。

4、事故損失分析。采用安全評價法對各生產設備進行安全評價，采用不同的色彩表征設各風險的大小。

5、提出整改對策措施。根據前幾步的分析計算，得出各設備部件的風險程度，對其風險進行綜合分析，從而指導工作場所布局、設備參數的調整。經分析，在危險處設置警示標志并制定規范的操作程序，并在人行通道與操作區之間設置防護。最后，通過各種措施盡量降低災害發生的可能性及其影響程度，使用vR技術給出整改后環境示意圖。

總之，虛擬現實技術是一個大型綜合集成環境，是一項集成性極強的高新信息技術，是一個具有巨大應用前景的高新技術領域，但仍存在許多有待解決與突破的問題，尤其在排除電網事故發生應用的研究方面，我們應努力建設虛擬現實技術實驗室，面向應用，開發有價值的虛擬現實電網事故排除系統，使其在排除電網事故發生中得到更廣泛應用。我們堅信虛擬現實這一高新技術領域幾年之后，必將會高速發展，像計算機技術、網絡等技術一樣，豐富人們的生活，改變人們的世界。將這種新興技術應用到排除電網事故發生中是實現數字化企業的必然發展趨勢。