基于移動(dòng)版計(jì)量錯(cuò)誤接線培訓(xùn)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

羅智青　方紹懷

摘要：研究基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)端電能計(jì)量實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。主要三維圖像建模理論的測(cè)試器件虛擬化技術(shù)對(duì)計(jì)量器件進(jìn)行處理，采用有限狀態(tài)機(jī)理論的實(shí)時(shí)檢測(cè)流程虛擬化技術(shù)對(duì)檢測(cè)過程進(jìn)行虛擬化，利用窮舉法機(jī)理建立錯(cuò)誤數(shù)據(jù)庫(kù)，通過觸屏的人機(jī)交互手段，增加了在操作過程中操作的真實(shí)性。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；電能計(jì)量；流程虛擬化；錯(cuò)誤數(shù)據(jù)庫(kù)

Abstract：Based on virtual reality technology for mobile end energy metering training platform. The main test device modeling theory of three-dimensional image of the measurement device virtualization technology for processing real-time testing process finite state machine theory virtualization technology to virtualize the detection process， the use of brute-force method mechanism to establish a bug database， via touch screen interactive means to increase the authenticity of the operations during the operation.

Keywords：Virtual reality technology； electric energy measurement； process virtualization； error database

1引言

為了保證電力工業(yè)生產(chǎn)和電能計(jì)量能安全、可靠、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，我們必須依靠安裝在電力生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)上的能測(cè)量電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)的儀器儀表來保證。電能計(jì)量是否準(zhǔn)確，除了與電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確度有關(guān)之外，還與計(jì)量回路接線是否正確有密切關(guān)系。如果由于電能表本身的誤差和超差，使電能計(jì)量產(chǎn)生的誤差一般只有百分之幾，但如果由于電能表計(jì)量回路有錯(cuò)誤接線，可能會(huì)使電能計(jì)量的誤差達(dá)到百分之幾百，這會(huì)給用戶或供電企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。更嚴(yán)重的是，可能由于接線錯(cuò)誤導(dǎo)致造成人身傷亡。為了避免這些不必要的事故發(fā)生，工作人員必須了解和熟悉較常見的故障現(xiàn)象，如果遇到接線錯(cuò)誤需要能夠做出正確判斷，進(jìn)行故障分析，這就需其知識(shí)水平的提高，進(jìn)行有效的電力培訓(xùn)和反復(fù)的學(xué)習(xí)是其提高的捷徑[1-2]。

基于以上因素，對(duì)基于硬件進(jìn)行的培訓(xùn)，不僅培訓(xùn)設(shè)備投資成本高，缺乏專業(yè)知識(shí)的全面性和理論性，無(wú)法做到緊跟計(jì)量裝置的更新?lián)Q代；而基于軟件平臺(tái)進(jìn)行的仿真培訓(xùn)，枯燥、單調(diào)的人機(jī)界面缺乏真實(shí)感，也不能使培訓(xùn)人員整體全面的去理解接線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和情況。因此無(wú)法激發(fā)起培訓(xùn)人員強(qiáng)大的學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)的去理解和學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)電能錯(cuò)誤接線的情況和原因[3]。

2計(jì)量錯(cuò)誤接線培訓(xùn)系統(tǒng)概述

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)端電能計(jì)量實(shí)訓(xùn)平臺(tái)將借助實(shí)下流行的智能移動(dòng)終端，通過觸屏的人機(jī)交互手段，增加了在操作過程中操作的真實(shí)性。并通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示操作結(jié)果，當(dāng)采取不同操作時(shí)，后臺(tái)可自動(dòng)計(jì)算結(jié)果，實(shí)時(shí)地顯示數(shù)據(jù)的變化過程，可以把枯燥抽象的操作過程具象化。同時(shí)并且借助時(shí)下流行的智能移動(dòng)終端，使平臺(tái)具有很豐富的可移植性，一定程度上也使得訓(xùn)練平臺(tái)進(jìn)入了員工的生活中，使得培訓(xùn)工作更加人性化。綜上所述，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)端電能計(jì)量實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有著對(duì)分析電能計(jì)量中現(xiàn)場(chǎng)接線的影響與改進(jìn)有著十分重要的實(shí)際意義。

國(guó)際上在多功能電能裝置檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展的較快，已有的儀器基本做到了在線全方位的對(duì)電能計(jì)量裝置監(jiān)控、測(cè)試。但是引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的費(fèi)用相當(dāng)高，也不利于我國(guó)的自主創(chuàng)新。

目前我國(guó)在電能計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域，出現(xiàn)一些智能電能表校驗(yàn)儀和電能計(jì)量檢查系統(tǒng)，例如思達(dá)的ST-9040K電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀、AP2023低壓計(jì)量裝置故障檢測(cè)儀，鄭州萬(wàn)特的T-205系列電能計(jì)量故障差錯(cuò)檢測(cè)儀等，這些裝置的技術(shù)雖然能達(dá)到自動(dòng)或手動(dòng)校驗(yàn)單相、三相三線、三相四線有功和無(wú)功電能表，校驗(yàn)低壓計(jì)量裝置CT一、二次側(cè)誤差，擁有時(shí)鐘功能，一定的計(jì)算功能等。但現(xiàn)有的產(chǎn)品主要注重現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)用，在硬件上雖然具備三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能等基本電參數(shù)的測(cè)試功能，可以發(fā)現(xiàn)電能計(jì)量中的某些接線錯(cuò)誤，但只是發(fā)現(xiàn)和簡(jiǎn)單的顯示錯(cuò)誤信息，對(duì)于錯(cuò)誤發(fā)生的原因缺乏理論分析，而且多為液晶顯示技術(shù)，顯示界面不夠逼真，可視化很差，功能上也不完善。如接線錯(cuò)誤缺乏錯(cuò)誤仿真設(shè)置、缺乏錯(cuò)誤接線軟件分析功能，更沒有錯(cuò)誤接線設(shè)置、電路理論分析、相量分析、線損累積計(jì)算等功能[3-4]。

根據(jù)電能計(jì)量培訓(xùn)的實(shí)際需要，目前國(guó)內(nèi)主要有三款電能計(jì)量仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，分別是由國(guó)家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞公司、湖大華龍電氣公司和五洲電力開發(fā)的。它們主要是提高電力工作人員的計(jì)量技術(shù)，結(jié)合電能計(jì)量原理理論進(jìn)行實(shí)觀操作，包括理論知識(shí)培訓(xùn)、技能操作培訓(xùn)、錯(cuò)誤分析培訓(xùn)等[5-7]。

3基于三維圖像建模理論的測(cè)試器件虛擬化技術(shù)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電能計(jì)量實(shí)訓(xùn)仿真技術(shù)最直接和最根本的特色在于人機(jī)的交互，高體驗(yàn)化的人機(jī)交互效果將為移動(dòng)式的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的運(yùn)用帶來事半功倍的效果。同時(shí)隨著社會(huì)思潮的年輕化，符合大眾審美趨勢(shì)的設(shè)計(jì)也將提高大家的使用感受。

基于三維圖像建模理論的測(cè)試器件虛擬化技術(shù)將抽取各類實(shí)際設(shè)備的樣貌特征、性能、接口設(shè)置等，利用三維圖像建模，按照一定的比例生成圖像。微軟研究院提出的網(wǎng)格模型。這種模型由194個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和360個(gè)三角平面組成，并且構(gòu)建了65個(gè)可調(diào)向量用于模型的變形。向量S0表示為：

通過改變系數(shù)cj可以描述不同的模型。利用這種模型，根據(jù)兩幅圖像和兩個(gè)圖像序列，來模擬圖像，可以取得較好的效果。基本模型的可調(diào)參數(shù)比較少，可以比較方便地進(jìn)行模型的變形。

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板對(duì)應(yīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的色塊，利用復(fù)雜的光流算法建立不同模塊顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

假設(shè)一個(gè)色塊的顏色可以用向量F來表示：F = （X1，Y1，Z1… Xn，Yn，Zn）T，Xi，Yi，Zi分別表示三維點(diǎn)的坐標(biāo)。對(duì)應(yīng)點(diǎn)的紋理信息可以用向量T表示：T = （R1，G1，B1…Rn，Gn，Bn）T，Ri，Gi，Bi代表點(diǎn)的RGB顏色分量。設(shè)有m個(gè)模型，每個(gè)樣本由一個(gè)形狀向量和一個(gè)紋理向量組成，則形態(tài)模型可由這樣m個(gè)樣本構(gòu)成。對(duì)于一個(gè)新的色塊，它的形狀向量和顏色向量可以分別描述為：

通過對(duì)系數(shù)ai和bi的調(diào)節(jié)可以描述不同色塊的三維形狀特征和紋理特征。三維形狀特征類似于標(biāo)準(zhǔn)色，對(duì)預(yù)先構(gòu)建的三維模型用主成分分析方法進(jìn)行降維，獲得表征模塊形狀的主要分量，利用它們的線性組合表達(dá)不同的色塊模型。建立統(tǒng)計(jì)模型通常比較繁瑣，需要大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，而且三維數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程非常復(fù)雜，建成后的模型具有統(tǒng)計(jì)意義上合理的調(diào)節(jié)參數(shù)，使圖像表達(dá)合理優(yōu)化。

這其中不僅需要計(jì)算機(jī)視覺中傳統(tǒng)的基于明暗、紋理、焦距等線索對(duì)圖像進(jìn)行幾何重建，還需要一些有關(guān)于視覺外觀的修飾，這其中包括表面紋理和反射屬性等決定模型視覺效果的因素，其中具體的技術(shù)包括亮度圖像獲取和定標(biāo)技術(shù)，紋理的恢復(fù)技術(shù)以及反射屬性的恢復(fù)技術(shù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目是在東莞供電局安全教育培訓(xùn)的內(nèi)容體系的研究基礎(chǔ)上，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)端電能計(jì)量實(shí)訓(xùn)平臺(tái)將借助實(shí)下流行的智能移動(dòng)終端，通過觸屏的人機(jī)交互手段，增加了在操作過程中操作的真實(shí)性。并通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示操作結(jié)果，當(dāng)采取不同操作時(shí)，后臺(tái)可自動(dòng)計(jì)算結(jié)果，實(shí)時(shí)地顯示數(shù)據(jù)的變化過程，可以把枯燥抽象的操作過程具象化。同時(shí)并且借助時(shí)下流行的智能移動(dòng)終端，使平臺(tái)具有很豐富的可移植性，一定程度上也使得訓(xùn)練平臺(tái)進(jìn)入了員工的生活中，使得培訓(xùn)工作更加人性化。

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作者信息：

羅智青，1968- 男，廣東東莞人，本科，用電高級(jí)技師，研究方向：電能計(jì)量運(yùn)行維護(hù)、用電檢查等工作

方紹懷，1977- 男，廣東東莞人，本科，高級(jí)工程師，用電高級(jí)技師，研究方向：電能計(jì)量運(yùn)行維護(hù)、用電檢查等工作