變電站三維虛擬現實系統的研究及應用

摘要：隨著科技的發展，數字化信息技術廣泛的應用在了城市建設中，其中三維虛擬現實技術的誕生，為工程設計、工程測繪等工作帶來了極大的便利。而隨著我國電力行業的飛速發展，變電站的大量建立，為了對變電站進行數字化建設和智能化管理，三維虛擬現實技術也應用在了變電站中，本文對變電站三維虛擬現實系統進行了研究，并分析了它的具體應用。

關鍵詞：變電站；三維虛擬現實；研究；應用

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

科技的發展為人們的生活、學習和工作提供了更好地服務，人們已經進入了數字化時代，尤其是三維虛擬現實技術的誕生，已經逐漸廣泛地應用于各個領域，尤其是在變電站這種有著特殊要求的建筑中，三維虛擬現實技術為變電站的建設和測繪提供了極大的便利。

1變電站三維虛擬現實系統的研究

（一）變電站三維虛擬現實系統的研究背景

隨著我國社會經濟的發展，對于電力這種能源的需求與日俱增，電力行業的高速發展催生了大量的變電站，變電站是一項復雜的工程，它對基礎設施建設提出了很高的要求，所以，變電站的建設工作一直都是一項繁雜的大工程，比如，它涉及到建筑物的選址以及合理分布，發電設備的安裝和走線等，變電站所需要的發電設備，不僅數量多，而且精密復雜，這就意味著設備線路鋪設的工作量十分巨大。在傳統的建設過程中，會產生大量的圖紙、數據和報告等，部分不便于管理，而且涉及到多個專業、部門，一旦在建設中遇到一些難題，就需要所有施工單位、相關部門進行大量的現場勘查調研，并經過多次研討協商，才能找到問題，并解決問題，這個過程往往歷盡艱辛，效率十分低下，而且最后的解決方案質量往往還不高。

所以，隨著社會的發展，科技的進步，在對變電站進行建設時，急需一種能夠解決傳統建設難題的技術手段，而虛擬現實技術的出現，能夠很好地解決了這些問題，在這樣的背景下，開始了變電站三維虛擬現實系統的研究。

（二）變電站三維虛擬現實系統的研究意義

三維虛擬現實系統對于變電站的意義，主要體現在三個方面，一是把大量的圖紙、數據、報告等各種信息整合在了一起，并構建成一個三維模型，非常直觀。二是三維模型的構建，方便了不懂專業知識的領導層進行工程進度掌握，方便他們做出決策。三是可以利用互聯網共享模型信息，方便各施工單位、部門進行查找問題，溝通協商解決辦法。

①直觀的三維模型。傳統的二維設計圖紙，對于非專業人員來說，十分深奧難懂，會對用戶產生極大的誤導，而利用虛擬現實技術，構件三維模型，非常直觀的把變電站戶進行了全方位展示，如建筑的設計方案、占地空間和具體功能等。

②方便的審核工作。利用虛擬現實技術，審核者們不需要太過專業的相關知識，就能夠快速的明白變電站的設計方案，并能夠根據三維模型直觀的了解建成后的模樣，同時能夠根據模型提出自己的調整建議，便于非專業人員與專業人員的溝通交流，從而方便審核者做出審批。

③便捷的模擬設計。虛擬現實技術不僅具有模型演示功能，還能夠在三維模型上進行設計工作，它利用虛擬技術直接在計算機上呈現出設計者的思想和意圖，減少了大量圖紙設計工作，并且降低了閱讀門檻，設計者和用戶能夠在設計過程中進行隨時溝通，從而對設計方案作出調整，這不僅極大的提高了工作效率，還降低了不少設計成本。

④可視化的變電站模擬培訓。利用三維可視化的虛擬變電站現場，培訓變電站規劃、建設、巡視和操作人員，充分利用文本、圖形、三維影像、三維動畫和聲音等多媒體表現形式刺激學員的視覺、聽覺神經，調動學員的積極性和主動性，從而改善了培訓效果；同時，對于投運設備，特別是換流變、變壓器、電抗器等設備，現場運維人員對其內部結構無法獲得較為深入的認識，可通過此項目完成現場人員對設備的全方位、立體化學習。

2變電站三維虛擬現實系統的應用

（一）變電站三維虛擬現實系統的需求分析

需求分析是每一項軟件工程的前提，也是最重要的一個環節，后期的設計和實現，都是圍繞著需求分析來進行的，需求分析是闡述這項工程“是什么”，而設計工作則是闡述這項工程“怎么做”，最后的工程實現，則就是按照需求分析和設計進行施工，一旦需求分析和設計通過，在施工階段需要盡量避免修改。在對變電站進行三維虛擬現實工程的需求分析時，需要明白變電站是“待建”，還是“測繪”。前者是“從無到有”，是建立一個新的變電站，涉及到很多方面；后者是“從有到優”，是對已有的變電站進行測繪，從而構建三維模型。

（二）變電站三維虛擬現實系統的設計

需求分析本身就是一種設計，只不過需求分析是用戶的“設計”，而需求設計是專業人員的“設計”，即，專業人員把用戶的非專業設計方案，進行專業化的呈現，用戶告訴設計者，這項工程“是什么”，設計者通過專業的設計方案，告訴施工者“怎么做”。在需求設計階段，同樣需要根據變電站不同的需求進行設計。

①對于“待建”工程。設計方案就需要涉及到選址、建筑布局、內部功能實現、施工步驟、設備安裝、走線等多方面工作。

②對于“測繪”工程。需要分析變電站的規模和用戶對于三維模型的需求，設計測距、測速、點密度等相關數據，從而選擇最合適的三維激光掃描儀，然后設計測繪工作中需要布設的掃描站點和標靶的位置等。

（三）變電站三維虛擬現實系統的實現

變電站三維虛擬現實系統的實現是需求分析和設計的最終成果，變電站三維虛擬現實系統的實現，其最終成果都是一個三維模型，對于工程需求和設計的不同，三維模型的構建也不同。

①對于“待建”變電站項目。“待建”變電站項目的三維模型需要滿足的內容包括：變電站的外觀、電氣設備線路、消弧系統線路、設備安裝布局、照明設施布局、建筑功能等等。在對“待建”變電站項目進行實現時需要分四個步驟，一是制作和存儲相關數據，二是導入Quest3D中的數據需要符合要求，三是對光照和不同材質進行模擬，四是對所有資源進行整合、添加或交互工作。當完成所有步驟，所有功能模塊都正確執行，則工程所需要的三維模型便正式制作完畢。

②對于“測繪”工程。“測繪”工程的三維模型不同于“待建”工程，它是需要對已有的變電站建筑進行激光掃描，構建一個三維模型，從而方便變電站改進原有的管理模式，進行智能化管理。所以對“測繪”工程所需要的三維模型進行實現時，只需要三個步驟，一是數據的采集，即按照設計中的相關數據選擇合適的三維激光掃描儀，然后按照設計中規定的地點布設掃描站和標靶，對整個變電站建筑群進行全方位掃描，并采集點云數據。二是數據的處理，即利用掃描儀配套的系統軟件，對采集到的點云數據進行處理，點云數據的配準精度影響著后期三維模型的構建精度，需要特別注意。三是模型的構建，變電站的高壓絕緣子、變壓器、高壓支柱瓷絕緣子套管等不同設備設施，需要經過相應的處理，從而構建細致入微的三維模型。

結語

綜上所述，三維虛擬現實技術對于變電站的建設和測繪，有著極大的研究意義，它為變電站的建設和測繪提供了極大的便利，使得變電站享受到數字化設計的快捷，以及智能化管理的便利。

參考文獻：

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