增強現實、虛擬現實和混合現實技術在電力系統中的應用

劉佳旺

摘 要：隨著社會的進步與發展，對電力資源的需求量不斷上漲，結合前沿性技術提高電力系統的自動化水平是電力行業未來重要的發展方向?；诖?，文章對增強現實、虛擬現實和混合現實技術的理論展開論述，并對該類技術在電力系統中的應用方法進行研究，旨在為相關人員提供參考，促進電力行業的創新與發展。

關鍵詞：增強現實；虛擬現實；混合現實；電力系統

0 引言

近年來，智能可穿戴設備技術迅速發展，以智能眼鏡為代表的新興科技產品在各個行業中的應用范圍不斷擴大，智能穿戴設備的出現進一步提升了使用設備的便捷性，使各行業的自動化水平更高，使各行業中人員的工作效率得到了進一步提升。智能可穿戴設備“解放雙手、高效交互、輔助決策”的生產理念，受到了社會各界的廣泛關注。

1 增強現實、虛擬現實和混合現實技術的理論研究

1.1 增強現實、虛擬現實和混合現實技術的概念

增強現實技術（Augmented Reality，AR）是通過三維建模、多媒體、智能交互、實時跟蹤及注冊等多種技術將虛擬世界信息和真實世界信息進行融合，經過合成后將其展現給觀眾。將該技術應用于電力系統，能利用全息投影將現實世界和電網信息進行疊合，操作人員能在設備將通過交互手段完成對電力系統的操作，顯著提高對電網信息的監測和操作水平。

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）也叫靈境技術，該技術中融合了仿真技術、電子信息、計算機技術等，通過計算機仿真系統對三維動態視景與實體行為進行系統仿真創建，并能讓用戶體驗虛擬世界，獲得身臨其境的感受。將該技術應用到電力系統當中，操作人員能對電力系統進行仿真創建，使操作人員在人造空間內通過交互對系統進行操作。

混合現實技術（Mix Reality，MR）是將AR和VR技術進行融合與創新的一種技術，通過合并虛擬世界和現實世界創造出新的可視化環境[1]。將該技術應用于電網系統中，能使操作人員通過可視化環境與數字對象和現實世界進行實時互動。

1.2 我國增強現實、虛擬現實和混合現實技術的發展現狀

我國應用增強現實、虛擬現實和混合現實技術的時間較晚，目前對增強現實、虛擬現實和混合現實技術的研究水平還有待加強。國內對該類技術的應用多為快銷產品，并未建立起可迭代化產品生產體系，在一定程度上制約了增強現實、虛擬現實和混合現實技術在國內的發展。

2 增強現實、虛擬現實和混合現實技術在電力系統中的應用方法研究

雖然當前國內各個行業中對增強現實、虛擬現實和混合現實技術已有不同程度的應用，但總體來說，該類技術仍處于研發階段。下文主要根據該類技術的工作原理對其應用于電力系統中的思路展開論述，期望能為智慧電網的建設與發展提供參考。

2.1 增強現實技術的應用研究

增強現實技術的實現需要依托與之相關的軟件系統及能適配的硬件設備，硬件設備包括但不限于頭盔、眼鏡等。增強現實技術能在用戶穿戴硬件設備后為其呈現新型的視覺體驗，將現實世界和業務數據影像進行疊加，使用戶能在與現實世界保持聯動的同時及時獲取需要的電網信息[2]。

2.1.1 單兵作業領域

巡查、檢修、電力搶修等單兵作業領域是電網工作中的重要組成部分，在該領域中可以通過應用增強現實技術，提升電力系統單兵作業水平：（1）通過為工作人員佩戴具有圖像識別功能的可穿戴設備，能使工作人員迅速確認電網系統中出現故障的位置。（2）工作人員可從云端業務大數據中快速獲取相關設備的歷史運行參數和屬性數據，如設備結構信息、零件設備的更換歷史等。（3）智能穿戴設備中配備的光學顯示器不僅能為工作人員顯示故障點附近的信息，還能將檢測到的故障信息及時上傳到云端，為后續工作的開展提供參考。

2.1.2 實時通信領域

當前，電網系統的現場維修人員主要通過對講機、手機等設備與電力企業進行溝通，由于現場環境的多樣性、復雜程度較高，可能無法完全將現場情況與維修人員的意見描述清楚，在一定程度上影響電網系統的維修效益[3]。隨著增強現實技術的不斷優化與創新，音頻、視頻和多媒體技術等逐漸應用到增強現實技術中，若在電網維修的過程中，現場人員利用智能穿戴設備與電力企業進行實時溝通，能讓電力企業實時接收到現場畫面，提高工作效率。目前，已有電力企業為現場維修人員配備AR智能眼鏡，現場維修人員利用AR智能眼鏡中的視頻、語音交互功能與后臺之間進行實時溝通，專家能對復雜電網的維修進行遠程指導，提高維修質量。

2.2 虛擬現實技術的應用研究

虛擬現實技術是利用智能計算設備創造一個虛擬世界，用戶能通過智能穿戴設備獲得與虛擬世界同步的視覺、聽覺、觸覺等方面的真實感官體驗。在現實生活中，部分訓練由于實訓環境具有高度危險性、不可及或操作不可逆，通過虛擬現實技術能為訓練人員提供安全可靠的訓練環境。如在電力系統的操作中，可用虛擬現實技術搭建變電站的三維動態模型，依托智能穿戴設備，讓工作人員獲得視覺、聽覺、觸覺一體的體驗環境，使其處于特定范圍內的變電站虛擬環境中，手動操作或ART跟蹤交互對虛擬環境進行操作和模擬，使其自身專業水平不斷提升。

2.2.1 立體全站展示

依托虛擬現實技術和智能穿戴設備為工作人員營造變電站的三維立體全息投影，對工作人員進行技術培訓和訓練，為使工作人員獲得最佳的體驗感，提高場景的真實度。可利用計算機中的多媒體和圖像處理技術等對虛擬場景進行特效處理，使變電站的三維影像在3D屏幕上展示的過程中，處于虛擬環境中的工作人員左右眼的觀測景象有所差別，更加身臨其境；還可通過疊加特效場景的方式，讓工作人員能分別體驗雨雪天氣、強風天氣等可能對變電站正常工作產生影響的環境進行體驗，幫助工作人員構建極端天氣情況下的電網系統搶修措施和方案，為實際工作奠定扎實的基礎。

2.2.2 手動模擬操作

隨著科技的進步與發展，電力系統中的設備在不斷更新和升級，為使工作人員的專業知識技能與電力系統的更新與升級同步優化，可利用虛擬現實技術為工作人員搭建設備內部結構環境，以沉浸式的方式完成對變電設備的拆解和組裝，使其更深入地了解各類變電設備的內部結構和工作原理等內筒，使工作人員能通過沉浸式影響更扎實地掌握安全操作手段，提高工作人員操作的熟練度，降低電網檢修、維護的難度，提高工作效率。

2.2.3 電力事故演練

通過虛擬現實技術對不同的電力事故進行模擬，工作人員通過不斷地練習不同類型電力事故的處理方式，能使其在實際工作中對電力事故的類型、原因、可能發生故障的位置進行迅速的判斷，并依托于專業設備對故障進行快速處理。換而言之，利用虛擬現實技術對真實電力事故進行仿真模擬并要求多名工作人員利用虛擬顯示設備的聯動功能，同時進入電力設備的故障現場中，通過沉浸式交互體驗共同對事故進行處理，加強工作人員的協同作業能力，使不同環節的工作人員能在故障的發生和處理過程中，在保障相關人員安全的前提下，盡量減少電力事故帶來的影響和損失。

2.3 混合現實技術的應用研究

混合現實技術能為人們創造出現實和虛擬世界相互融合的新型可視化環境，各類物理數字對象能在這一可視化環境中進行互動、交流和共存。人們能利用該技術在虛擬環境中對現實事物進行信息標注，使用戶、虛擬世界和現實世界之間的交互得到增強，使用戶獲得更真實的使用感受。

在電力系統中可利用混合現實技術疊加電網資源數據，相關人員利用全息投影的方式將電網資源投射在真實設備上，通過手勢操作對電網資源進行互動展示。從某種角度來說，混合現實技術其實是增強現實技術和虛擬現實技術的融合發展，通過在電力系統中應用該技術，可推動電網資源的三維展示建設，使工作人員能在工作中依靠智能傳達設備完成資源查詢、定位、調配等工作，提高設備維護與檢修效率。

3 結語

在國家大力發展經濟的背景下，社會對電力資源的需求不斷提升。為保障電力系統的供應效率，各地區的電力公司開始嘗試在電力系統中應用增強現實、虛擬現實以及混合現實技術。相信通過不斷努力，我國電網系統的智能化水平會越來越高。

[參考文獻]

[1]李剛，蔡駿峰，劉海瓊，等.探索增強現實，虛擬現實和混合現實技術在電力系統的應用[J].電子世界，2020（22）：174-175.

[2]崔鈺婷，趙志群.虛擬現實技術對學生學習績效的影響—基于59項實驗或準實驗研究的元分析[J].中國遠程教育，2020（11）：63-71.

[3]王忠照，孫璟川，王元，等.虛擬現實技術在骨科住院醫師規范化培訓中的應用[J].中華醫學教育雜志，2020（7）：557-560.

（編輯 姚 鑫）

Application of augmented reality，virtual reality and hybrid reality technology in power system

Liu Jiawang

（China Information Technology Designing and Consulting Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200050， China）

Abstract：With the progress and development of society， the demand for power resources is rising. It is an important development direction for the power industry to improve the automation level of power system combined with frontier technology. Based on this， this paper discusses the theory of augmented reality， virtual reality and hybrid reality technology， and studies the application methods of this kind of technology in power system， in order to provide reference for relevant personnel and promote the innovation and development of power industry.

Key words：augmented reality； virtual reality； hybrid reality； power system