CN108269450A - 基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***，其中该方法包括先使用红外扫描设备对变电站进行1：1建模并构建虚拟变电站，再通过触发该虚拟变电站巡检的不同模式并进行相应的巡检培训。采用了该发明中的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***，通过使用高精度扫描设备实地对变电站进行扫描，通过分析扫描数据进行3D建模，在虚拟现实的世界构建变电站场景，真实还原变电站实际工作环境，给培训人员身临其境的感觉，通过后台设置各种电力故障场景甚至导入现场真实故障数据，让培训操作人员反复演练，达到十分有效的培训效果。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及电力技术领域，具体是指一种基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***。
背景技术
变电站巡检是一种全面优化电网***的措施，可以对电网存在的潜在安全风险隐患进行综合的分析和控制，通过评估对于可能或者即将发生的问题进行有效的处理，确保变电站内各个电气设备的持续、安全、可靠运行。巡检过程对工作人员的知识和经验都要求较高，为了确保巡检结果的正确，定期对人员进行巡检培训显得很重要。
传统变电站的巡检培训需要经验丰富的电力专业人员做为培训负责人，带领其他工作人员到变电站进行巡检培训，熟悉并了解变电站现场整体工作流程，正确的识别工作现场的典型危险并做出有效的防范手段，该过程周期较长并且存在一定的安全风险，因为要操作实际设备可操作范围也受限。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够提升培训效果的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***。
为了实现上述目的，本发明的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***具有如下构成：
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)使用红外扫描设备对变电站进行1：1建模并构建虚拟变电站；
(2)触发该虚拟变电站巡检的不同模式并进行相应的巡检培训。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(1)包括：
(1.1)使用红外扫描设备获取所述变电站的点云数据；
(1.2)基于所述的点云数据对所述的变电站进行1：1建模，并获取变电站模型、变电站设备模型和变电站设备模型贴图；
(1.3)根据所述的变电站模型、变电站设备模型和变电站设备模型贴图构建虚拟变电站。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(2)中，所述的虚拟变电站巡检设有学习模式、考核模式和编辑模式，当触发所述的学习模式时，可通过预先编辑的教学文档进行巡检学习；当触发所述的考核模式时，所述的教学文档将处于隐藏状态，同时根据当前出现的事故信息自行填写巡检信息并进行相应考核；当触发所述的编辑模式时，所述的教学文档将处于可编辑状态，同时根据当前出现的事故信息编辑并完善所述的教学文档，且将所述的教学文档保存于本地数据库。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的编辑模式包括外部编辑模式和内部编辑模式，且当触发所述的内部编辑模式时，该虚拟变电站将导入真实故障信息并根据该真实故障信息编辑并完善所述的教学文档。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的虚拟变电站导入真实故障信息具体为：
该虚拟变电站通过TCP/IP通信协议接收后台发送的真实故障信息，并解析所述的真实故障信息，并找到变电站接收设备的ID和故障类型，同时根据所述接收设备的ID和故障类型在该虚拟变电站中找到相应的设备并产生同样的故障现象。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(2)中，通过一VR设备在所述的虚拟变电站中进行巡检培训。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(1.2)中，所述的变电站设备模型贴图包括变电站设备模型的颜色贴图、法线贴图和高光贴图。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***，其主要特点是，所述的***包括相互连接的虚拟变电站和巡检培训模块，所述的虚拟变电站为根据变电站1：1扫描建模后构建生成，所述的巡检培训模块用于根据实际情况执行相应的巡检培训。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***的巡检培训模块包括学习单元、考核单元和编辑单元，所述的学习单元用于通过预先编辑的教学文档配合巡检学习过程，所述的考核单元用于根据当前出现的事故信息以配合一后台数据库进行考核过程，所述的编辑单元用于通过当前出现的事故信息以配合所述教学文档的编辑和完善，并将该教学文档保存于本地数据库。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***的编辑单元包括外部编辑子单元和内部编辑子单元，所述的内部编辑子单元用于通过虚拟变电站导入的真实故障信息以配合所述教学文档的编辑和完善。
采用了该发明中的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***，通过使用高精度扫描设备实地对变电站进行扫描，通过分析扫描数据进行3D建模，在虚拟现实的世界构建变电站场景，真实还原变电站实际工作环境，给培训人员身临其境的感觉，通过后台设置各种电力故障场景甚至导入现场真实故障数据，让培训操作人员反复演练，达到十分有效的培训效果。
附图说明
图1为本发明的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***的应用示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)使用红外扫描设备对变电站进行1：1建模并构建虚拟变电站；
(2)触发该虚拟变电站巡检的不同模式并进行相应的巡检培训。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(1)包括：
(1.1)使用红外扫描设备获取所述变电站的点云数据；
(1.2)基于所述的点云数据对所述的变电站进行1：1建模，并获取变电站模型、变电站设备模型和变电站设备模型贴图；
(1.3)根据所述的变电站模型、变电站设备模型和变电站设备模型贴图构建虚拟变电站。
请参阅图1所示，其为本发明的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法及***的应用示意图。该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(2)中，所述的虚拟变电站巡检设有学习模式、考核模式和编辑模式，当触发所述的学习模式时，可通过预先编辑的教学文档进行巡检学习；当触发所述的考核模式时，所述的教学文档将处于隐藏状态，同时根据当前出现的事故信息自行填写巡检信息并进行相应考核；当触发所述的编辑模式时，所述的教学文档将处于可编辑状态，同时根据当前出现的事故信息编辑并完善所述的教学文档，且将所述的教学文档保存于本地数据库。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的编辑模式包括外部编辑模式和内部编辑模式，且当触发所述的内部编辑模式时，该虚拟变电站将导入真实故障信息并根据该真实故障信息编辑并完善所述的教学文档。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的虚拟变电站导入真实故障信息具体为：
该虚拟变电站通过TCP/IP通信协议接收后台发送的真实故障信息，并解析所述的真实故障信息，并找到变电站接收设备的ID和故障类型，同时根据所述接收设备的ID和故障类型在该虚拟变电站中找到相应的设备并产生同样的故障现象。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(2)中，可通过一VR设备在所述的虚拟变电站中进行巡检培训。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法的步骤(1.2)中，所述的变电站设备模型贴图包括变电站设备模型的颜色贴图、法线贴图和高光贴图。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***，其主要特点是，所述的***包括相互连接的虚拟变电站和巡检培训模块，所述的虚拟变电站为根据变电站1：1扫描建模后构建生成，所述的巡检培训模块用于根据实际情况执行相应的巡检培训。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***的巡检培训模块包括学习单元、考核单元和编辑单元，所述的学习单元用于通过预先编辑的教学文档配合巡检学习过程，所述的考核单元用于根据当前出现的事故信息以配合一后台数据库进行考核过程，所述的编辑单元用于通过当前出现的事故信息以配合所述教学文档的编辑和完善，并将该教学文档保存于本地数据库。
该基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***的编辑单元包括外部编辑子单元和内部编辑子单元，所述的内部编辑子单元用于通过虚拟变电站导入的真实故障信息以配合所述教学文档的编辑和完善。
在一具体实施方式中，上述巡检过程如下：
1、变电站设备建模
使用红外扫描设备在实地对变电站进行高精度扫描，获取到变电站中所有设备的点云数据。通过分析红外线点云数据，获取变电站中每一个设备的精确位置和大小。运用3DMax建模软件生成1：1大小的模型和贴图，主要包括以下内容(建模常用手段)：
a.模型主文件xxx.fbx：模型的主体文件，包含设备的形状、大小、位置信息。
b.模型颜色贴图xxx.jpg：模型的颜色贴图赋予设备模型不同的色彩样式。
c.模型法线贴图xxx.tga：模型的法线贴图让设备模型更有立体感。
d.模型高光贴图xxx.jpg：模型的高光贴图让设备模型更真实；
2、构建虚拟场景
将变电站模型、设备模型、贴图导入Unity3D软件中，通过Unity3D引擎构建虚拟变电站场景、灯光、材质、贴图及交互操作程序。虚拟变电站可以达到和真实变电站大小、位置、巡检形式一致的目标。以虚拟现实变电站巡检方法进行培训，服务于真实巡检的目标。
3、巡检培训(参阅图1)
教学提示文档：虚拟现实变电站巡检教学提示文档可以由多名具有电力经验的专业人员合力编辑。具有覆盖面广，专业，灵活，高效的特点。文档分为外部编辑和内部编辑。
3.1外部编辑：教导员根据自己的实际经验，填写对应事故的巡检设备流程和注意事项。教学提示文档内容格式如下：
教学提示文档文件格式可以是TXT、World等多种文件格式。将其导入虚拟现实变电站中，生成提示信息，存入本地数据库重复使用。
3.2内部编辑：后台程序发送故障信息(编辑)至虚拟变电站中产生对应的电力故障，教导员以实际产生的故障用VR设备在虚拟变电站中进行操作，编辑教学提示文档进行保存。教学提示内容以教导员的实际经验进行编辑。
例如：《XXX故障跳闸》
A巡检XXX变电柜。
A.1巡检XXX变电柜的XXX按钮是否正常。
A.2巡检XXX变电柜的XXX油压表是否正常。
B巡检XXX瓷瓶是否正常。
C巡检XXX风扇是否正常。
3.3虚拟变电站接收触发故障信息
虚拟变电站通过TCP/IP通讯方式收到后台故障信息，通过解析故障信息获取产生故障设备的ID号码和产生故障的类型，在虚拟变电站中产生于实际现象一样的故障现象，用于学员的培训、考核和教案的编辑。例如：解析数据为：ID＝102，Type＝5。则将ID为100的设备(瓷瓶)设置故障为5(冒烟)的现象。通过后台触发的故障可以为一个涵盖多种现象的大事故，也可以为一个小设备的异常。可以将设备异常同时发送，也可以将设备异常延迟发送。
3.4巡检培训的模式
巡检培训模式分三类，学习模式、考核模式、编辑模式。
3.4.1学习模式：在学习模式下学员身处的虚拟变电站中会出现当前事故信息和当前事故信息的教学提示文档。教学提示文档上会有此次事故的所有需要巡检的设备信息，注意事项。学员可通过此文档提示的信息进行巡检学习。在巡检记录过程中，记录错误的巡检设备信息会有对应的提示，显示巡检信息有误，记录正确的巡检设备信息也会有对应的提示，以便于培训。学员在培训过程中记录下的所有巡检信息都会保存至本地数据库以便自检。
3.4.2考核模式：在考核模式下学员身处的虚拟变电站中只会出现当前事故的信息，没有教学提示文档，学员需要通过之前学习的内容，自己填写巡检信息。在此模式下填写巡检信息没有对错提示。学员将认为是正确的巡视信息(单条/多条)填写完成之后，提交后台和本地数据库用于考核评分。
3.4.3编辑模式：编辑模式只可用于教导员。在编辑模式下教导员身处的虚拟变电站会出现本次事故的信息。教导员需要通过自己多年的电力经验在场景中编辑教学提示文档。编辑完成后存入本地数据库，用于此事故的培训。
本技术方案具有以下优点：
1、通过红外线扫描生成1：1的变电站场景和设备数据，完全真实可靠；
2、培训方案可按实际需求定制，也可导入现场真实故障数据作为培训内容；
3、通过虚拟现实VR设备构建具有沉浸感(Immersion)特征，使用者通过视觉、听觉、触觉直观的感受到各类设备的故障现象，对设备进行细致丰富的实战操作和巡检内容的填写，具有：全面、真实、印象深刻的优点；
4、以软件培训相对于传统人工现场培训，具有：真实、经济、高效、灵活、安全、全面的优点。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)使用红外扫描设备对变电站进行1：1建模并构建虚拟变电站；
(2)触发该虚拟变电站巡检的不同模式并进行相应的巡检培训。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的步骤(1)包括：
(1.1)使用红外扫描设备获取所述变电站的点云数据；
(1.2)基于所述的点云数据对所述的变电站进行1：1建模，并获取变电站模型、变电站设备模型和变电站设备模型贴图；
(1.3)根据所述的变电站模型、变电站设备模型和变电站设备模型贴图构建虚拟变电站。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，所述的虚拟变电站巡检设有学习模式、考核模式和编辑模式，当触发所述的学习模式时，可通过预先编辑的教学文档进行巡检学习；当触发所述的考核模式时，所述的教学文档将处于隐藏状态，同时根据当前出现的事故信息自行填写巡检信息并进行相应考核；当触发所述的编辑模式时，所述的教学文档将处于可编辑状态，同时根据当前出现的事故信息编辑并完善所述的教学文档，且将所述的教学文档保存于本地数据库。
4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的编辑模式包括外部编辑模式和内部编辑模式，且当触发所述的内部编辑模式时，该虚拟变电站将导入真实故障信息并根据该真实故障信息编辑并完善所述的教学文档。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的虚拟变电站导入真实故障信息具体为：
该虚拟变电站通过TCP/IP通信协议接收后台发送的真实故障信息，并解析所述的真实故障信息，并找到变电站接收设备的ID和故障类型，同时根据所述接收设备的ID和故障类型在该虚拟变电站中找到相应的设备并产生同样的故障现象。
6.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，通过一VR设备在所述的虚拟变电站中进行巡检培训。
7.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的方法，其特征在于，所述的步骤(1.2)中，所述的变电站设备模型贴图包括变电站设备模型的颜色贴图、法线贴图和高光贴图。
8.一种基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***，其特征在于，所述的***包括相互连接的虚拟变电站和巡检培训模块，所述的虚拟变电站为根据变电站1：1扫描建模后构建生成，所述的巡检培训模块用于根据实际情况执行相应的巡检培训。
9.根据权利要求8所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***，其特征在于，所述的巡检培训模块包括学习单元、考核单元和编辑单元，所述的学习单元用于通过预先编辑的教学文档配合巡检学习过程，所述的考核单元用于根据当前出现的事故信息以配合一后台数据库进行考核过程，所述的编辑单元用于通过当前出现的事故信息以配合所述教学文档的编辑和完善，并将该教学文档保存于本地数据库。
10.根据权利要求9所述的基于虚拟现实技术实现变电站巡检培训的***，其特征在于，所述的编辑单元包括外部编辑子单元和内部编辑子单元，所述的内部编辑子单元用于通过虚拟变电站导入的真实故障信息以配合所述教学文档的编辑和完善。
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