虛擬仿真技術在軌道交通供電中的應用研究*

鞏文東，趙青龍，徐明智，董智超，韓澤臣

（1.山東職業學院，山東 濟南255014；2.青島市技師學院，山東 青島266003；3.青島地鐵集團有限公司運營分公司，山東 青島266003）

虛擬現實（VR-Virtual Reality）技術通過仿真生成一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環境中的實體相互作用，使之產生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流。

目前國內外針對VR 技術在培訓的應用方面已經做了一定的研究。國外學者C. F. Cayo 等人將VR 技術應用于牙科培訓，并取得了較好的效果。國內四川大學周學東等人設計了虛擬口腔解剖實習平臺。哈爾濱工程大學張敬男等人把計算機虛擬仿真技術引入電力拖動類課程的培訓中，構建了電力拖動自動控制虛擬仿真實驗系統。

城市軌道交通供電技術專業具有“高空、高壓、高危”的專業技能訓練風險，借助VR 仿真技術，配備真實的城軌供配電設備，可搭建虛實結合、聯動訓練的綜合訓練平臺。通過虛擬仿真技術，利用計算機技術調節各個設備和系統的原有數據，更改運行的外部環境，從而模擬各種不同的場景。切身體驗到視覺、心理沖擊，提高現實中解決危機的能力。模擬各種電力事故現場，身臨其境感受事故的危害和破壞力，在模擬真實場景中看到各種各樣的故障，充分發揮了信息化技術的作用。

1 虛擬仿真技術的優勢

1.1 高空作業、高電壓作業、高風險作業仿真型轉化

城市軌道交通供電技術作業的過程包括安全措施和檢修作業兩部分，VR 技術模擬各種電力事故現場，身臨其境感受事故的傷害和破壞，事故仿真畫面如圖1所示。

圖1 事故仿真畫面

1.2 設備操作

運用三維虛擬與仿真技術模擬搭建一個與真實空間一致的操作環境，模擬高壓電力設備真實帶電運行狀態，開展在現實條件下無法進行的各種實操技能訓練，如圖2 所示。

圖2 設備操作仿真

1.3 零部件拆卸與裝配仿真實訓

城市軌道交通供電設備的拆卸與裝配應該是技術人員的必備技能，以剛性接觸網更換絕緣子為例，需要知道利用哪些工具，按照哪些步驟實現絕緣子的拆卸，然后按照何種規范實現絕緣子的更換。利用虛擬現實技術可以模擬更換絕緣子的場景，如圖3 所示，選取工具和需要組裝的零件，然后按照組裝順序，一步一步按要求完成組裝。通過交互設備還可以實現信息查詢和知識培訓。

圖3 絕緣子更換虛擬仿真

1.4 工程設計

利用互聯網+VR 交互技術，可以對工程圖進行仿真，及時發現設計圖中的問題。圖4 所示為牽引變電所線路布置圖的工程設計仿真。

圖4 牽引變電所線路布置圖仿真

1.5 變電站及線路巡視仿真

變電站及線路巡視仿真就是運用虛擬仿真技術真實再現牽引變電所及線路各部分的操作環境，該環境具有高度的沉浸性，使進入環境的操作人員無論從感覺上、操作上，還是從行動處理上的反饋都會表現得與真實牽引變電所及線路的反應高度一致，從而達到對環境及受訓人員的分析、培訓與考核。接觸網線路巡視仿真如圖5 所示。

圖5 接觸網線路巡視仿真

2 效果

在設備操作和零部件拆裝中，虛擬仿真系統帶來的效果非常明顯，這是由于虛擬仿真系統使整個過程更加直觀。虛擬仿真系統能夠提供一個虛擬的設計平臺，可以通過技術上、工藝上對供電系統的運行進行大膽的實驗，并根據系統自動運行和計算的結果對自己的實驗進行驗證。

3 結論

（1）虛擬仿真系統在城市軌道交通供電系統中能充分發揮信息化技術的優勢。

（2）目前應用的虛擬仿真系統主要是基于VR，而增強現實（AR）也是未來虛擬仿真系統發展的趨勢，下一步將重點研究如何在實際場景中使用增強現實技術。