電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)探究

李海香,閆瑞杰,潘錦才

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

電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)探究

李海香1,閆瑞杰1,潘錦才2

(1.山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)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(kuò)大以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日漸復(fù)雜，使得電網(wǎng)在運(yùn)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(yùn)行，電力企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)管理工作，對電網(wǎng)安全事故進(jìn)行預(yù)防，當(dāng)事故發(fā)生時能夠快速處理，對供電進(jìn)行恢復(fù)，保障居民正常的生產(chǎn)和生活。因此做好電網(wǎng)應(yīng)急演練，提升對于突發(fā)性事故的應(yīng)急反應(yīng)能力就顯得尤其重要。本文結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念，對其在電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)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(yīng)急演練；模擬系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)

0　前言

我國的電網(wǎng)工程建設(shè)持續(xù)繁榮，不僅電網(wǎng)的規(guī)模迅速擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，而且分布式電源的出現(xiàn)也使得電源結(jié)構(gòu)變得日趨多樣化，影響電網(wǎng)運(yùn)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(guān)注，做好電網(wǎng)運(yùn)行管理工作，提升電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行管理中我們應(yīng)提高對突發(fā)性事件的應(yīng)急反應(yīng)能力，以及相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，并且定期開展應(yīng)急演練。從而可以減少突發(fā)性事故導(dǎo)致的人員傷亡以及財產(chǎn)損失，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1　應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

目前，電網(wǎng)應(yīng)急演練采用的多是預(yù)定腳本的實戰(zhàn)演練，此方法缺乏靈活性，人員缺少應(yīng)急事故處理能力，無法真正意義上對應(yīng)急機(jī)制的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢驗，訓(xùn)練效果不佳，而且成本較高，不能進(jìn)行頻繁演練，更加無法對一些大型災(zāi)害或者自然災(zāi)害的場景進(jìn)行真實模擬。針對這種情況，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建三維現(xiàn)場仿真電網(wǎng)應(yīng)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(shù)即VR技術(shù)，屬于第三代仿真技術(shù)，融合了計算機(jī)圖像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及虛擬技術(shù)各自的優(yōu)勢，可以構(gòu)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(shù)包括了沉浸性、構(gòu)想性和交互性，具備非常強(qiáng)大的多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能，能夠?qū)崿F(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(shù)，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(gòu)建以及交互技術(shù)等。

2　虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1建設(shè)目標(biāo)

依照我國應(yīng)急體系建設(shè)的總體要求，有利于電力行業(yè)發(fā)展，構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、功能全面、反應(yīng)迅速、保障有力、指揮統(tǒng)一的電網(wǎng)應(yīng)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(yùn)行。

2.2實現(xiàn)方法

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：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(gòu)成結(jié)構(gòu)不同，功能各異的應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）開發(fā)流程：在系統(tǒng)設(shè)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(jìn)行仿真的環(huán)境和實體進(jìn)行三維幾何建模，構(gòu)建出虛擬的3D場景；二是將制作好的角色模型和3D動畫結(jié)合相應(yīng)的插件，輸入到系統(tǒng)中；三是將3DS MAX中輸出的文件導(dǎo)入到Virtools中，添加相應(yīng)的交互實現(xiàn)模塊腳本，確保利用鼠標(biāo)與鍵盤可以對場景進(jìn)行全方位瀏覽，對角色進(jìn)行精確控制。

（3）虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)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(yùn)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(yīng)同時進(jìn)行處理，避免了物體穿越的情況；三是三維技術(shù)，結(jié)合多維度空間分析功能，可以實現(xiàn)三維技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相互融合，使得應(yīng)急演練也會更加逼真，能夠取得更好的效果。

2.3技術(shù)架構(gòu)

在系統(tǒng)設(shè)計中，主要采用C/S和B/S模式，C/S模式本身具備非常強(qiáng)大的事務(wù)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(shù)相對成熟，在系統(tǒng)構(gòu)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(fēng)格多樣的個性化界面。電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

2.4功能架構(gòu)

以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的電網(wǎng)應(yīng)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(gòu)見圖2。這里主要對系統(tǒng)功能的設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)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(shè)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(shè)置，通常需要從數(shù)據(jù)庫和預(yù)設(shè)事故集中提取相應(yīng)的信息；二是信息管理模塊，做好參與應(yīng)急演練的人員信息、單位任務(wù)、單位資源、場景配置等相關(guān)信息的完整性和真實性；三是腳本配置模塊，在預(yù)先設(shè)置好的時間節(jié)點，向參與應(yīng)急演練的人員發(fā)送相應(yīng)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(wù)配置模塊，主要是針對演練場景以及不同場景中任務(wù)的管理。

（2）演練執(zhí)行：包括了三個基本的子模塊，一是權(quán)限管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對于導(dǎo)演監(jiān)控、用戶登錄等權(quán)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(yīng)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(nèi)容則包括了人員需求的上報、災(zāi)情提示、公告信息、音頻信息以及資源調(diào)配等；三是應(yīng)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(jìn)度查詢、地圖導(dǎo)航等）以及業(yè)務(wù)功能（響應(yīng)啟動、響應(yīng)調(diào)整、響應(yīng)結(jié)束、總結(jié)評估等）。

（3）單項技能：單項技能主要是針對應(yīng)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(xùn)和考核，提升人員的專業(yè)素質(zhì)。在系統(tǒng)中，單項技能培訓(xùn)的設(shè)置主要包括了對于具體技能培訓(xùn)的增加、修改、刪減、查詢，以及對于技能培訓(xùn)結(jié)果的考核、成績查詢、培訓(xùn)積分查詢等。

（4）演練評估：在應(yīng)急演練響應(yīng)結(jié)束后，通過演練評估系統(tǒng)，能夠?qū)φ麄€演練的過程進(jìn)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(shù)人員結(jié)合預(yù)先設(shè)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(jìn)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(yīng)的評估報告。

3　結(jié)語

綜上所述，本文基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，從系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)原則、功能架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)等方面進(jìn)行了簡單介紹，對于電網(wǎng)應(yīng)急演練模擬系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、建設(shè)以及驗收等都具有一定的指導(dǎo)作用，能夠有效減少應(yīng)急演練的成本，、提高應(yīng)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(yīng)急預(yù)案，開展應(yīng)急處理，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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

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

[3]蔡進(jìn).簡析虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力應(yīng)急搶修演練中的實踐[J].辦公室業(yè)務(wù),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(yīng)急演練模擬系統(tǒng)功能架構(gòu)

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