基于虛擬現實技術的配電線路巡檢虛擬仿真培訓系統

摘 要：本文介紹了基于虛擬現實技術開發的配電線路巡檢仿真培訓系統中的三維建模、碰撞檢測和交互行為控制等關鍵技術，并詳細敘述了系統的架構和各模塊的功能。系統的開發應用為電力作業人員的培訓帶來方便，有效提高了電力安全作業水平。

關鍵詞：配電線路；虛擬現實；仿真培訓；碰撞檢測

引言

基于虛擬實現技術的配電線路巡檢仿真培訓系統具有很多優勢，比如它擁有較大的信息容量、能夠進行多項演示、可以模擬出很多實際動作、模擬實際工作環境等，這些優勢都是過去的培訓方法不能比擬的。利用虛擬實現技術所創造出的培訓環境能夠極高的還原電力作業現場，被培訓對象可以在不存在任何危險的狀態下完成不同業務的培訓工作，從而在很大程度上避免電力事故的產生，這樣就能夠極大的降低培訓時間，節約培訓成本。

1 三維建模

三維建模可以說是整個虛擬仿真培訓系統的基本要素，三維建模通常有幾何建模以及物理建模這兩種形式。換句話說，虛擬仿真培訓系統中需要幾何模型必須與實際相符合，同時也必須要具有與實際物體相同的運動特征，構建出的模型必須要真實，這樣才能夠更好的達到培訓的目的。在三維建模的過程中必須要充分利用各種先進技術，將實際物體的具體尺寸、紋理細節等作為最原始的數據，使用MultiGen Creator[1]這種建模軟件來構建數據庫。在這一過程進行中，必須要結合虛擬仿真培訓系統的實際要求以及對實際物體的等級需求來進行，如此才能夠更好的構建模型，從而增強培訓系統的真實性[2]。

2 碰撞檢測

本文主要結合仿真培訓系統的具體需求以及工作人員在進行實際的業務操作過程中的特征，通過對引擎源碼進行修改，利用AABB軸向算法來對模擬工作場景與其他物理存在的碰撞進行檢測，這種方法的編程過程中相對簡單，而且容易實現。

3 交互行為控制

配電線路巡檢虛擬仿真培訓系統的組建，不僅僅需要依靠真實的三維場景，同時必須要具備一個相對簡易的人機操作界面，這樣一來才能夠讓培訓的效果得到更好的提升。在本文所論述的這一系統之中，進行人機操作界面的設計時充分考慮到了人機的交互，在人機界面清晰的讓用戶了解能夠使用三維模型進行哪些操作。如對物體進行平移或者旋轉、拉伸物理、瀏覽三維場景、電力元件的工作原理展示、故障的模擬搶修等。如此一來，即便是使用該系統的用戶不具備非常高的計算機知識也能夠非常輕易的使用該系統來進行電路巡檢工作流程的模擬操作，從而讓培訓的效果更好。

4 仿真培訓系統

4.1 系統介紹

模擬仿真培訓系統主要采用計算機技術、網絡技術、虛擬現實技術等現代化技術，給電力人員的業務培訓提供了一個非常簡易并且高效的網絡平臺。在虛擬仿真培訓系統中，它運用3D動畫、圖形以及聲音等不同的多媒體對電力操作流程進行了逼真的演示。系統中也有非常之多的案例讓電力工作人員進行參考實踐，能夠極大的滿足電力企業技術人員的培訓需求。

4.2 系統功能

4.2.1 現場漫游功能，現場漫游功能能夠從不同的方面對電力作業現場進行了解，主要有變電站和電力線路的結構、電力設備的運行狀況、電力線路的接線情況等。

4.2.2 規范電力人員的工具操作流程，對于電力技術工作人員而言，必須要對各種安全工具有充分的了解和認識，能夠完全掌握它們的具體操作方法，這對于電力作業時確保相關人員安全具有非常重要的意義。虛擬仿真培訓系統結合電力生產的實際特點，根據相關的規范要求，利用各種圖形動畫演示，為電力操作人員展示出了各種安全工具的使用、存放方法以及注意問題。

4.2.3 實際操作培訓功能，該系統能夠對配電線路巡檢人員進行線路設備、運行規程、操作規范等方面的培訓。能夠在很大程度上還原實際操作現場環境，讓培訓對象能夠獲得一種親臨其境的感受，從而更加牢固的掌握配電線路作業基本技能。

4.2.4 維護檢修培訓功能，虛擬仿真培訓系統能夠利用其培訓平臺，極大的增加配電線路檢修工作人員的技術水平，同時也可以讓新的技術人員對電力專業設備有一個詳細的認識。利用這一系統能夠在很多方面處理好過去電力培訓中一些不可視、不可進入的危險場所的培訓難題。

4.2.5 案例模擬功能，通過對一些典型案例的實際模擬來進行培訓。模擬的案例通常是隨機的故障，或者是在電力系統運行過程中由于人為失誤而導致的故障等。被培訓的對象通過這一系統進行案例模擬練習，能夠在較短的時間內對配電線路經常產生的一些鼓掌事故以及其基本處理方法有充分的了解和掌握，讓被培訓人員在實際工作中遇到這些問題時的應變能力和處理能力得到很大的提升。

4.2.6 培訓者和被培訓者的互動交流功能。培訓者對該系統模擬的培訓過程中進行實時的監控和管理，培訓者可以利用不同的方法來對培訓流程進行更改或者刪除。培訓者能夠使用隨機觸發模式、定時觸發模式或者其他模式，對培訓場景進行及時的切換和改變。培訓者對被培訓者的實際操作流程進行及時的記錄，以便于培訓結束后展開考評。

4.2.7 被培訓者和被培訓者之間的互動交流功能，在虛擬仿真培訓系統內部，不同的受訓者可以扮演成不同的角色來組建班組。例如某一被培訓對象的角色是工作票簽發者。另一學員的角色是工作票的負責人員、其他幾名學員的角色是工作組成員，幾名被培訓者被要求在同一個工作環境下共同來完成某一工作任務，從而讓多個學員獲得了培訓經驗，更增加了學員之間的互動。

4.2.8 考核評價功能，該系統能夠在受訓對象經過培訓之后科學的對學員的培訓情況進行分析考核，受訓者也可以利用系統提供的功能開展自我評價。

5 結束語

基于虛擬現實技術的仿真培訓系統其靈活性非常強，能夠在很大程度上滿足電力作業人員的培訓需求。該系統可以實時檢測培訓對象的受訓過程，在模擬培訓的過程中第一時間作出信息的反饋。虛擬仿真培訓系統能夠讓培訓對象在任何地點進行培訓，打破了過去培訓時對空間時間的限制。虛擬仿真培訓系統的利用能夠極大的提升電力人員業務培訓效果，從而在很大程度上提升電力作業質量。

參考文獻

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